Penyakit Sistik Fibrosis

Penyakit Sistik Fibrosis ([bahasa Inggeris]] cystic fibrosis) merupakan penyakit kegagalan fungsi badan yang diwarisi. Ini disebabkan percantuman gen yang tidak normal. Serangan sistik fibrosis melibatkan kegagalan sistem penghadaman dan bahagian paru-paru. Penyakit ini merupakan penyakit genetik yang biasa dihadapi di kalangan orang berkulit putih (Kaukasia).

Pengenalan

Sistik Fibrosis dihidapi oleh seorang daripada setiap 2,500 orang, dengan seorang daripada dua puluh lima disebabkan oleh heterozigot, gen terlebih zigot yang berlaku ketika persenyawaan. Dengan menggunakan antibiotik, jangka hayat pesakit Sistik Fibrosis boleh menjangkau tiga puluh tahun tetapi kebanyakan pesakit mati sebelum mencecah umur tiga belas tahun. Sistik fibrosis merupakan penyakit genetik pertama yang berjaya diklon oleh pakar genetik.

Bagaimana pendekatan sebegini gagal

Untuk mengenal pasti gen sistik fibrosis, pendekatan reverse genetics digunakan. Pendekatan ini bermula dengan mengenal pasti penanda yang hadir bersama penyakit ini yang dikenali sebagai Restriction Fragment Length Polymorphism ataupun RFLP. RFLP merupakan asas DNA dalam individual yang hadir bersama kecacatan genetik.
RFLP untuk sistik fibrosis dikenal pasti melalui teknik Somatic Cell Hybridization dan melalui Southern Blot Electrophoresis (pemisahan DNA melalui gel). Tiga RFLP dikenal pasti melalui proses di atas; Doc RI, J3.11 dan Met. Menggunakan in situ hybridization, gen sistik fibrosis dikenal pasti hadir di lengan kromose nombor tujuh. Tidak lama selepas penanda ini dikenal pasti, satu penanda lain dijumpai hadir lebih kerap bersam sistik fibrosis (apabila melalui proses pemisahan DNA melalui gel), membuktikan ia mempunyai kaitan lebih rapat dengan gen CF.

Southern Blot electrophoresis

Pada masa yang sama, dua orang pakar sains bernama Lap-Chu Tsui dan Francis Collins berjaya mengasingkan probes daripada Sistik Fibrosis interval. Oleh itu mereka dapat menggunakan teknik lompatan kromosome yang lebih mudah untuk mengurangkan masa yang diperlukan untuk mengasingkan Gen Sistik Fibrosis berbanding menggunakan teknik biasa. Untuk menentukan lokasi tepat bagi Gen Sistik Fibrosis , probe diambil dari susunan nucleotide, hasil proses lompatan kromosome. Probe ini didapati dari pengasingan DNA daripada kuda, lembu, ayam, dan tikus dengan menggunakan Southern Blot electrophoresis. Empat probe yang didapati melekat kepada keempat-empat DNA haiwan membuktikan bahawa pasangan asas di dalam probe mempunyai maklumat penting, ataupun Gen Sistik Fibrosis itu sendiri. Daripada empat probe itu, dua disingkirkan kerana tidak mempunyai bingkai bacaan terbuka "open reading frames", iaitu rangkaian DNA yang menghasilkan mRNA yang bertanggungjawab bagi Gen.
Teknik elektrolisis Tompokan Utara (Northern Blot) kemudiannya digunakan untuk membezakan baki dua probe untuk memastikan yang mana satu sebenarnya mempunyai gen Sistik Fibrosis . Ini boleh dilaksanakan oleh kerana elektrolisis Tompokan Utara (Northern Blot) menggunakan RNA dan bukannya DNA. RNA jenis sel yang dijangkiti Sistik Fibrosis , bersama RNA sel normal daripada pancreas, kolon, dan hidung, tetapi tidak bercantum kepada sel RNA daripada jenis sel yang tidak dijangkiti seperti sel otak atau jantung. Probe nombor satu tidak bercantum hanya kepada jenis sel yang boleh dijangkiti oleh Sistik Fibrosis sementara probe nombor dua hanya bercantum dengan sel yang boleh dijangkiti oleh Sistik Fibrosis . Berdasarkan bukti ini, telah dapat dipastikan bahawa probe nombor dua mengandungi gen Sistik Fibrosis . Ketika pengasingan gen Sistik Fibrosis , didapati bahawa probe nombor dua tidak bergabung (hybridize). Peluang pengabungan juga berkurangan disebabkan cDNA yang digunakan tidak terdiri daripada jenis sel yang boleh dijangkiti Sistik Fibrosis . Penyelesaian untuk ketiadaan gabungan
Peluang pembentukan hibrid juga berkurangan kerana cDNA yang digunaka tidak dihasilkan daripada jenis sel sebenar yang dijangkiti CF. Penyelesaian bagi kekurangan pembentukan hibrid adalah dengan menghasilkan perpustakaan cDNA yang diperbuat sepenuhnya dari sel dijangkiti Sistik Fibrosis. Perpustakaan baru ini diasingkan dari sel dalam kelenjar peluh. Dengan menggunakan perpustakaan cDNA baru ini, probe nombor dua didapati menghibrid secara berlebihan. Ia diteori bahawa kejayaan ini disebabkan sejumlah besar gen Sistik Fibrosis hadir dalam kelenjar peluh, atau gen itu sendiri terbabit dalam keluarga protin yang besar. Walaubagaimanapun, pengikatan probe ini mampu membuktikan bahawa gen Sistik Fibrosis wujud dalam jujukan asas nukleotide yang sedang dianalisa.
Gen yang diasingkan dibuktikan sebagai bertanggungjawab bagi menyebabkan CF dengan membandingkan jujukan pasangan asasnya dengan jujukan pasangan asas yang serupa pada sel yang tidak dijangkiti. Keseluruhan jujukan cDNA CF adalah sekitar sepanjang 6,000 nukleotide. Dalam 6,000 n.t. tersebut, tiga pasang asas didapati hilang dalam sel dijangkiti, kesemuanya ada pada exon #10. hasil ketiadaan ini mengakibatkan kehilangan sisa phenylalanine dan ia bertanggungjawab bagi tujuh puluh peratus mutasi CF. Tambahan kepada pola kehilangan tiga pasangan asas, sehingga 200 mutasi berlainan telah dijumpai dalam gen menyebabkan CF, kesemuanya dengan pelbagai tahap berbeza.

Kecacatan protin

Gen Sistik Fibrosis terdapat pada 7q31-32 di chromosome nombr tujuh dan merentangi sekitar 280 ribu pasangan asas genome DNA. Ia mengandungi dua puluh empat exon. Kod gen ini bagi protin terbabit dalam pengangkut ion antara-membran yang dikenali sebagai (‘’Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator – CFTR’’). Struktur protin asid amino sepanjang 1,480 bagi CFTR menyerupai struktur protin keluarga super pengangkut-ABC. Ia terdiri dari separuh yang sama, setiap satu mempunyai lipatan pengikat nucleotide (‘’nucleotide-binding fold – NBF’’), atau pengikat-ATP rumit, dan selaput menyeberangi domain (‘’membrane spanning domain – MSD’’). MSD membentuk selaput antara saluran CI. Terdapat juga Domain Kawalan (‘’ Regulatory Domain - R-Domain’’) yang terdapat pada pertengahan -protein yang memisah kedua bahagian saluran. R-Domain adalah unik kepada CFTR dan tidak terdapat pada sebarang pengangkut- ABC lain. Ia mengandungi pelbagai tapak pengikat pejangka (‘’predicted binding sites’’) bagi protein Mutasi kinase A dan protein Kinase C.4 dalam MDS pertama kebanyakannya dijumpai pada exon #4 dan exon #7. Mutasi jenis ini telah dijangka menukar pemilihan saluran ion khloride. Mutasi yang terdapat pada NBF pertama kebanyakannya terdapat pada CFTR. Sebagaimana disebut sebelum ini, 70 peratus daripada mutasi timbul dalam kes CF adalah ketiadaan tiga pasangan asas pada exon #10. Tiga pasangan asas menimbulkan phenylalanine dan mutasi pada tapak ini dirujuk sebagai DF508.5 Mutasi sebegini kelihatannya tidak menganggu phosphorylation R-Domain dan malah telah dilaporkan sebagai mengangkut ion khloride. Terdapat lima mutasi biasa lain yang terdapat pada NBF awal. Yang pertama adalah ketiadaan sisa isoleucine, DF507. Yang kedua adalah gentian glycine atau asid amino #551 dengan asid aspartik /F551D. Yang ketiga membabitkan pemberhentian mutasi pada arginine #553 dan glycine #542. Yang keempat adalah pengantian serine #549 dengan pelbagai sisa lain. Yang kelima adalah mutasi mencapah dijangka (‘’ predicted splicing mutation’’) pada permulaan exon #11. Mutasi dalam R-Domain amat jarang. Satu-satunya sebab ia wujud adalah disebabkan oleh pindahan frame (‘’frameshifts’’). Pindahan frame adalah mutasi yang berlaku akibat permulaan frame bacaan satu atau dua nucleotides lebih dari penterjemahan gen normal. Mutasi pada selaput kedua menyeberangi domain CFTR juga amat jarang dan hanya dikesan pada exon #17b. Ini tidak mempunyai kaitan dengan selaput menyeberangi domain pertama. Ia kelihatannya tidak juga mempunyai kesan besar kepada Pengawal Pengalir Antaraselaput Sistik Fibrosis (‘’Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator’’). Mutasi pada lipatan pengikat nucleotide kedua kebanyakannya berlaku pada exon #19 dan exon #20 dengan kehilangan isyarat berhenti pada asid amino nombor 1282. Exon #21 kadang kala mengalami mutasi oleh penggantian asparagine #1303 dengan lysine #N1303K.4

Kecacatan Bio-Kimia:

Kajian pada saluran khloride pada lapisan sel epithelial pada paru-paru, kelenjar peluh, dan pancreas menunjukkan persamaan dalam pengaktifan rembesan chloride sebagai tindak balas cAMP (adenosine 3', 5'-monofhosphate) lumpuh dalam kes Sistik Fibrosis. Saluran kawalan chloride bebas, lain yang turut terjejas yang dijumpai, diaktifkan oleh protin kinases yang bergantung kepada kalsium. Ion sodium juga disedari meningkatkan penyerapan oleh saluran sodium apical. Dengan itu, kekurangan pengangkut ion chloride terkawal menyeberangi selaput apical dan penyerapan apical terhadap ion sodium, menghalang kehadiran air luar selulur (extracellular). Air akan menyerap secara osmosis ke dalam sel dan dengan itu menyebabkan kekeringan pada sol (5- mm selaput cecair pada selaput sel) dan gel (lapisan lendir) yang dihasilkan oleh sel epithelia. Disebabkan oleh perlepasan air ini, saluran udara menjadi terhalang dan protin pankreas menjadi tidak aktif.

Gambaran penyerapan dan rembesan Cl-, Na+, dan Protein

Cerunan Na+ dalaman, eletrokimia dihasilkan oleh pam Na+, K+-ATPase yang terdapat pada selaput basolateral (bahagian sel mengadap organ yang diselitupinya). Pengangkut-bersama basolateral kemudian menggunakan cerunan (‘’gradient’’) Na+ bagi mengangkut Cl- ke dalam sel berlawanan dengan kecerunannya sendiri. Ini dilakukan dengan cara apabila saluran-Cl apical dalam antara-selaput terbuka, Cl- menyerap secara pasif melalui kecerunannya melalui selaput sel.4 Pada sel duct pankreas, pam Na+, H+-ATPase digunakan dan rembesan bikarbonat ditukarkan bagi pengambilan-Cl dalam selaput apical. Ion khloride kemudian merembes secara pasif apabila saluran-Cl dibuka. Rembesan sedemikian turut membenarkan exocytosis bagi protein dalam pankreas yang kemudian akan di bawa ke usus kecil bagi penguraian karbohidrat. Tambahan kepada pam menggunakan cerunan (‘’gradients’’) dan rembesan, terdapat kweujudan rembesan pemancar saraf (‘’neurotransmitter’’) autonomik dari sel epithelial dan kelenjar exocrine. Rembesan cecair, termasuk Cl-, kebanyakannya digalakkan oleh cholinergik, mekanisma a-adrenergik, dan tindakan b-adrenergik. Perutusan kimia sedemikian tidak dapat memasuki sel, ia hanya mengikat pada penerima khusus pada permukaan sel dan memancar perutusan dari dan melalui penghantar antara selular seperti Ca2+ dan cAMP dengan meningkatkan ketepuannya. Perutusan antara selular kemudian dipancar melalui sel samada melalui penyebaran atau melalui turutan langsung (‘’direct cascade’’).

Rawatan yang mungkin bagi Sistik Fibrosis

Salah satu cara merawat CF adalah dengan membekalkan kimia yang tiada kepada sel epithelial. Ini dapat dilaksanakan dengan penambahan adenosine 3',5'-monophosphate (cAMP) atau tambahan nucleotide triphosphates ATP atau UTP kepada kultur hidung nasal dan tracheal epithelia. Ini telah dibuktikan sebagai menukar kadar rembesan-Cl dengan menyingkir 5-mmeter lapisan sol cecair dalam saluran pernafasan. Tambahan lagi, penggunaan luminal bagi sebatian amiloride, yang membantut penyerapan Na+ aktif dengan menghalang pengaliran Na+ dalam selaput apical, mengurangkan rembesan sel dan penyerapan kepada nilai sekata. Rawatan lain yang dicadangkan adalah dengan menyembur larutan virus selsema yang dijurutera secara genetik dalam bentuk semburan kedalam salur hidung mereka yang mempunyai CF. Ini dilakukan dengan harapan virus tersebut akan membaca salinan gen mutasi yang diperbetulkan ke dalam laluan udara agar ia dapat mengantikan nucleotide yang mutasi. Rawatan bentuk ini dikenali sebagai terapi gen. Pendekatan berlainan yang diambil bagi cuba memulih Sistik Fibrosis termasuk menyembuhkan penyakit ketika pesakit masih pada peringkat “embrio”. Persenyawaan tabung uji (vitro fertilization) dan diagnosis F508 semasa perkembangan embrio boleh dilaksanakan melalui biopsi ke atas embrio tahap-pecahan (“cleavage”), dan peningkatan DNA dari sel embrio tunggal. Selepas rawatan ini, hanya embrio yang tidak dijangkiti akan dipilih bagi penanaman pada uterus. Embrio yang cacat akan dihapuskan.

Rumusan

Saluran pengalir Khloride mempunyai potensi besar. Satu saluran mampu mengalirkan sekitar 1x106 hingga 1x108 ion sesaat. Ini amat mengkagumkan kerana berdasarkan fakta tidak terdapat sebarang saluran lain wujud pada sel untuk melaksanakan tugas yang diperlukan ini. Disebabkan ini, mutasi pada satu saluran atau separa mutasi pada satu saluran, yang menyebabkan pengurangan pada peratusan bukaan saluran, mampu menimbulkan kesan yang besar. Rawatan serdahana sekalipun yang menukar Pengawal Pengalir Antaraselaput Sistik Fibrosis (Cystic Fibrosis Conductance Regulator) bagi mereka yang mempunyai Sistik Fibrosis akan membawa kepada peningkatan kesihatan kepada individual tersebut. Disebabkan Sistik Fibrosis merupakan kecacatan genetic paling biasa, terutama dikalangan Kaukasia, dalam masyarakat hari ini, usaha penyelidikan gigih kearah penyembuhannya amat berharga. Bilakah Sistik Fibrosis akan dapat disembuhkan sepenuhnya? Tiada siapa dapat menyatakan dengan pasti tetapi, langkah gigih telah dilakukan bagi mencapai matlamat ini.