Informasi

Mengapa sel Hfr disebut sel rekombinasi frekuensi tinggi?

Mengapa sel Hfr disebut sel rekombinasi frekuensi tinggi?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya mengerti bahwa sel Hfr terbentuk ketika fragmen plasmid bakteri mengintegrasikan dirinya dalam genom (inang) bakteri lain melalui rekombinasi homolog tetapi pertanyaan saya adalah mengapa kita menyebut sel-sel ini sebagai "sel rekombinasi frekuensi tinggi". Dari mana istilah frekuensi tinggi berasal?


Menurut Luca Cavalli-Sforza, ilmuwan yang menciptakan akronim Hfr:

Rekombinasi seperti yang diamati di awal sangat rendah frekuensi. Itu berhenti menjadi langka ketika saya menemukan strain mutan yang saya sebut Hfr untuk “tinggi frekuensi rekombinasi.” Saya menemukannya secara tidak sengaja pada tahun 1949 ketika saya sedang memilih mutasi yang tahan terhadap nitrogen mustard dan radiasi. Dua mutan resisten pertama, yang telah menjalani perlakuan yang agak berat dalam proses seleksi ketahanan terhadap mustard nitrogen, terbukti luar biasa dalam perilaku kawin mereka. Salah satunya adalah Hfr dan ia segera menunjukkan kemampuan kawinnya yang luar biasa, yang lebih tinggi daripada persilangan normal dengan faktor 1000 atau lebih. Saya mengulangi eksperimen itu dua kali lagi sebelum mempercayainya. Mutasi lainnya, seperti yang kemudian saya buktikan, adalah mutasi F- (steril sendiri) dari galur F+ (fertil). (menekankan milikku)

Sumber: Empat Puluh Tahun Lalu dalam GENETIKA: Perilaku Kawin Bakteri yang Tidak Ortodoks


3 Mode Transfer Genetik dalam Sel Bakteri | Biologi

Tiga mode transfer genetik dalam Sel bakteri adalah: (a) Transformasi, (b) Transduksi, (c) Konjugasi.

Bakteri membelah dengan sangat cepat. Waktu penggandaan juga disebut waktu generasi dan mungkin paling rendah 20 menit. Bakteri terutama bereproduksi dengan reproduksi aseksual tetapi tidak menunjukkan reproduksi seksual yang benar karena mereka tidak menghasilkan fase diploid. Dengan demikian, meiosis kurang. Namun, bakteri bertukar materi genetik antara dua sel.

Cara transfer genetik pada bakteri:

Tiga mode transfer genetik antara sel bakteri adalah:

(A) Transformasi:

Fenomena di mana DNA diisolasi dari satu jenis sel, ketika dimasukkan ke dalam jenis lain mampu memberikan beberapa sifat-sifatnya ke yang terakhir, disebut sebagai transformasi. Hal itu ditegaskan oleh Griffith dengan eksperimennya pada bakteri Streptococcus pneumonia.

Pemindahan materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain melalui bakteriofag disebut transduksi.

Transfer DNA searah dari satu sel ke sel lain melalui jembatan sitoplasma disebut konjugasi. Proses ini setara dengan perkawinan seksual pada eukariota. Dua sel haploid bakteri dari strain yang berbeda saling berdekatan.

Mereka saling mengenali oleh makromolekul komplementer yang ada di permukaannya. Donor atau sel pria melewati sebagian atau seluruh kromosom ke dalam sel resipien atau wanita. Kemampuan mentransfer materi genetik dari jantan dikendalikan oleh jenis kelamin atau faktor kesuburan (gen F) yang ada dalam plasmid.

Dengan demikian, gen dapat ditransfer dari donor ke sel penerima pada molekul DNA yang bertindak sebagai faktor seks yang disebut gen F. Gen seks ini dapat berada dalam kromosom bakteri atau mungkin ada sebagai unit otonom dalam sitoplasma.

Bakteri jantan dengan tonjolan seperti duri yang disebut pili seks bersentuhan dengan bakteri betina yang tidak memiliki pili dan menyumbangkan DNA-nya. Faktor F (sebuah plasmid) membawa gen untuk memproduksi pili dan fungsi lain yang diperlukan untuk mentransfer DNA. Kadang-kadang faktor F berintegrasi ke dalam kromosom bakteri.

Bakteri tersebut dapat mentransfer materi genetiknya ke dalam sel betina dengan frekuensi tinggi (Hfr) dalam urutan tertentu. Mereka disebut sebagai Hfr -strains. Konjugasi pertama kali ditunjukkan oleh Lederberg dan Tatum pada E. coli. Frekuensi rekombinasi sangat rendah dalam eksperimen Lederberg.

Sel Hfr bertindak sebagai bakteri jantan dan ketika dicampur dengan sel betina (F-) membentuk jembatan konjugasi. Faktor F yang mengandung DNA pecah pada titik tertentu dan mulai memasukkan DNA ke dalam betina dan urutan transfer gen kromosom selalu dalam urutan yang sama (gen A, B, C dan D).

Faktor F ditransfer terakhir. Jembatan konjugasi biasanya putus sebelum seluruh kromosom ditransfer. Hanya gen A dan B yang telah ditransfer dalam contoh yang diberikan. Gen A dan/atau B ini dapat bergabung kembali dengan gen yang sesuai dalam kromosom F—.

Jadi, jika B’ dalam sel F— adalah bentuk mutasi dari B, pencurian B’ dalam kromosom F— dapat menjadi B sebagai hasil rekombinasi setelah konjugasi. Dengan demikian, penanda genetik dapat ditransfer dari inang ke penerima yang sesuai yang tidak memiliki penanda tersebut.

Urutan penanda tersebut ditransfer ke penerima akan mengikuti urutan di mana mereka hadir di donor. Dengan demikian, eksperimen konjugasi berguna dalam menyusun peta gen (urutan susunan gen dalam kromosom) organisme.

Hayes (1952) menemukan strain E. coli yang frekuensi rekombinasinya mencapai 100 sampai 1000 kali seperti yang dilaporkan oleh Lederberg. Strain itu disebut strain rekombinan frekuensi tinggi (Hfr).


BIOL230_Test2

Reaksi enzimatik
Substrat (S) + Enzim (E) &rarr Enzim/Substrat Kompleks (ES) &rarr E + Produk1 + Produk2
(Perhatikan bahwa enzim yang digunakan dalam reaksi juga merupakan salah satu produk akhir. Enzim dapat digunakan kembali sekitar 1 juta kali.)

-Oksidasi - ketika bahan kimia kehilangan H+ dan/atau e-.
-Reduksi - ketika bahan kimia memperoleh H+ dan/atau e-.
-Ketika terjadi oksidasi dan reduksi energi dilepaskan yang kemudian disimpan.

  • Bahan awal : 1 molekul Glukosa + 2 ATP
  • Produk : 2 molekul Asam Piruvat + 10 ATP
  • Respirasi glikolosis keseluruhan menghasilkan 8 ATP's
  • Bahan awal : 1 molekul Glukosa + 2 ATP
  • Produk: 4 ATP's
  • Glikolosis fermentasi keseluruhan menghasilkan 2 ATP's
  • 4 ATP diproduksi langsung dari Glikolisis
  • 2 set (2 H+ dan 2 e-) dikirim ke ETS dengan total 6 ATP
  • 2 ATP digunakan untuk memulai proses
  • 4 + 6 - 2 = 8 ATP
  • 4 ATP diproduksi langsung dari
  • 2 ATP digunakan untuk memulai proses
  • 4 - 2 = 2 ATP

Masing-masing dari 2 Asam Piruvat dari Glikolosis dimasukkan ke dalam siklus Kreb menghasilkan 5 set (2 H+ dan 2 e-) yang pergi ke ETS untuk memberikan masing-masing 3 ATP dengan total 30 ATP

2 asam piruvat x 5 set (2 H+ dan 2 e-) x 3 ATP yang dihasilkan dari ETS = 30 ATP

  • Berisi informasi turun-temurun untuk semua sel hidup.
  • Berisi kode untuk semua protein sel.
  • RNA untai tunggal, bukan untai ganda.
  • RNA memiliki basa nitrogen Urasil bukan Timin (masih berpasangan dengan ADE).
  • RNA menggunakan gula Ribosa dalam tulang punggung gula-fosfatnya alih-alih deoksiribosa.
  • Kebanyakan bakteri harus memotong DNA sirkular untuk membuatnya linier.
  • Enzim memotong DNA pada titik awal tertentu.
  • 2 ujung DNA yang terpotong menempel pada 2 tempat pada membran sel.
  • 2 untai DNA terlepas.
  • Saat untaian melepaskan ikatan hidrogen antara pasangan basa putus, memperlihatkan basa nitrogen.
  • Nukleotida DNA baru menempel pada nukleotida asli yang terpapar dan membangun kembali 2 untai komplementer baru.
  • Tulang punggung gula/fosfat baru terbentuk pada untai komplementer baru.
  • 2 helai baru mundur.
  • 2 untai baru terpisah dari membran sel.
  • 2 untai baru mereformasi struktur melingkar.
  • Subunit ribosom 30-an dan 50-an berikatan dengan m-RNA pada kodon "mulai" (AUG).
  • T-RNA "bermuatan" awal dengan antikodon komplementer (UAC) berbaris dengan kodon awal mRNA.
  • Kodon adalah urutan 3 basa pada mRNA yang mengkode asam amino tertentu.
  • Antikodon adalah urutan 3 basa pada tRNA yang berpasangan secara komplementer dengan kodon pada mRNA.
  • TRNA "bermuatan" mengacu pada tRNA yang membawa asam amino.
  • Sebuah tRNA "tidak bermuatan" mengacu pada tRNA yang tidak membawa asam amino. Ini telah meninggalkan asam amino di ribosom untuk membangun protein.
  • 1. TRNA "bermuatan" yang melengkapi kodon ke-2 berikatan dengan kodon ke-2 mRNA.
  • 2. Asam amino sebelumnya meninggalkan tRNA ke-1 dan membentuk ikatan peptida dengan asam amino ke-2 pada t-RNA ke-2.
  • 3. Ribosom menggeser untai mRNA ke bawah sehingga kodon berikutnya berada di tempatnya untuk menerima tRNA yang sesuai bersama dengan asam aminonya.
  • 4. Kemudian 3 langkah pertama diulang sampai protein yang dikodekan selesai.
  • Ribosom bergeser ke kodon yang tidak masuk akal.
  • Protein dilepaskan dari t-RNA akhir.
  • Subunit ribosom 50-an dan 30-an berasal dari m-RNA.
  • Tidak, semua asam amino dapat memiliki lebih dari 1 kodon yang mengkodenya.
  • Kecuali kodon "mulai" AUG yang hanya mengkode asam amino Metionin, dan kodon UGG yang hanya mengkode triptofan.
  • 1 atau lebih basa DNA ditukar dengan basa lain yang mungkin mengkode asam amino yang berbeda.
  • Biasanya tidak berbahaya, kecuali jika kode berubah untuk menghentikan kodon, atau mengubah kode untuk protein yang dibutuhkan.
  • Anemia sel sabit dan penyakit Tay-Sachs.
  • 1 basis dihapus dari urutan yang menghasilkan pergeseran bingkai pembacaan. Pergeseran bingkai dimulai di situs penghapusan dan berlanjut ke bawah untai DNA.
  • Biasanya fatal bagi sel.

Penambahan atau Penghapusan seluruh kodon biasanya tidak berbahaya.

  • Langkah 1&2 - bakteri donor mati dan terdegradasi meninggalkan fragmen DNA.
  • Langkah 3 - Fragmen DNA dari donor mati menembus bakteri penerima hidup yang kompeten.
  • Langkah 4&5 - Fragmen DNA donor ditukar dengan sepotong DNA bakteri penerima.
  • Streptococcus pneumoniae - penyebab utama pneumonia pada manusia.
  • 2 strain
  • Strain halus - akan membuat kapsul (berbahaya)
  • Strain kasar - tidak akan membuat kapsul (tidak berbahaya)
  • Setiap orang memiliki ketegangan kasar secara alami.
  • Jika galur halus diperkenalkan, gen "halus" akan diteruskan ke galur kasar melalui transformasi.
  • Langkah 1 - Fag sedang mengadsorbsi bakteri dan menyuntikkan genomnya.
  • Langkah 2 - Genom fag menyisipkan ke dalam nukleoid bakteri untuk menjadi profag.
  • Langkah 3 - Kadang-kadang selama induksi spontan, sepotong kecil DNA bakteri donor diambil menggantikan beberapa DNA fag sebagai bagian dari genom fag, dan sebagian DNA fag tertinggal di nukleoid bakteri. (Kesalahan dalam induksi spontan.)
  • Langkah 4 - Saat fag bereplikasi, potongan DNA bakteri bereplikasi sebagai bagian dari genom fag. Setiap fag sekarang membawa DNA bakteri itu.
  • Langkah 5 - Fag yang rusak menyerap ke bakteri penerima dan menyuntikkan genom.
  • Langkah 6 - Genom fag, membawa DNA bakteri donor, menyisipkan ke dalam nukleoid bakteri penerima.
  • Streptococcus pyogenes
  • 2 strain
  • Strain toksigenik - menghasilkan toksin eritrogenik dan menyebabkan Demam Scarlet
  • Strain non-toksigenik - tidak menghasilkan toksin eritrogenik, menyebabkan Radang Tenggorokan
  • Penggunaan antibiotik di awal perjalanan infeksi dari strain non-toksigenik mengurangi perkembangan menuju Demam Scarlet karena antibiotik membunuh bakteri strain non-toksigenik sebelum transduksi mengubahnya menjadi strain toksigenik.
  • Konjugasi F+
  • Konjugasi Hfr (frekuensi tinggi)
  • Konjugasi R-Plasmid (Resistansi-Plasmid)
  • Bakteri donor adalah F+ jantan (mengandung kode genetik untuk produksi f-pilis)
  • Bakteri penerima adalah F-betina (tidak mengandung kode genetik untuk produksi f-pilis).
  • Bakteri donor membuat plasmid F+.
  • Plasmid adalah fragmen DNA beruntai ganda yang mengkode produksi f-pilis.
  • Donor berkonjugasi dengan resipien dengan pilis seks dan mentransfer 1 untai plasmid F+.
  • Baik donor dan penerima membuat salinan komplementer dari untai plasmidnya.
  • Kedua bakteri tersebut sekarang adalah F+ jantan dan dapat membuat pilis seks.
  • Tidak ada transfer DNA kromosom.
  • Donor jantan F+ menyisipkan plasmid F+ ke dalam nukleoid untuk menjadi jantan Hfr dan berkonjugasi dengan F- betina melalui pilis seks.
  • Satu untai DNA donor pada ujung yang berlawanan dengan plasmid F+ yang disisipkan mulai memasuki bakteri penerima.
  • Sel-sel mudah pecah sehingga biasanya hanya sebagian dari untai DNA donor yang ditransfer.
  • Untai DNA yang tersisa pada donor membuat salinan komplementer dan sisa dan Hfr jantan.
  • Fragmen untai DNA yang ditransfer ke penerima membuat salinan komplementer.
  • Fragmen DNA donor ditukar dengan sebagian dari DNA bakteri penerima.
  • Bakteri penerima biasanya tetap menjadi F-betina (transfer DNA kromosom tetapi bukan plasmid).
  • R-Plasmid = resistensi plasmid.
  • Bakteri donor jantan dengan R-Plasmid (resisten multipel dan jantan) berkonjugasi dengan bakteri tanpa R-plasmid (sensitif antibiotik dan betina) dengan pilis kelamin.
  • Satu untai R-plasmid ditransfer ke bakteri penerima.
  • Kedua bakteri membuat salinan komplementer dari R-plasmid.
  • Kedua bakteri memiliki R-plasmid dan resisten terhadap antibiotik multipel dan jantan.
  • Hambatan Anatomi
  • Refleks dan Sekresi
  • Bahan Kimia Tubuh Non Spesifik
  • Mikroorganisme residen normal (bakteri)
  • Peradangan
  • Kulit adalah penghalang fisik yang hanya bisa dilewati oleh sedikit infeksi.
  • 3 Pengecualian: Stafilokokus aureus , Tularemia (demam kelinci), dan jamur Dermatofit (tinea, kurap)

Rambut juga berfungsi sebagai penghalang fisik.

alis mata, bulu mata, bulu hidung, bulu kemaluan, bulu telinga

Apa refleks dan/atau pertahanan sekresi yang terkait dengan hal-hal berikut:

1. mata
2. hidung
3. mulut
4. tenggorokan
5. perut
6. usus
7. saluran kemih
8. saluran vagina
9. saluran telinga


Mengapa sel Hfr disebut sel rekombinasi frekuensi tinggi? - Biologi

Virus adalah organisme hidup yang istimewa, begitu istimewa sehingga ada masanya ketika mereka tidak dikenali sebagai makhluk hidup. Virus bahkan tidak memiliki struktur sel, tidak ada meiosis dan mitosis. Materi genetik mereka adalah DNA atau RNA, yang merupakan genom virus. Catatan kuliah ini memberikan ringkasan mekanisme genetik yang bekerja pada virus dan beberapa implikasi praktis yang muncul darinya.

Dimungkinkan untuk memisahkan analisis molekuler genom virus menjadi dua jenis pendekatan:

  • Analisis fisik struktur dan urutan nukleotida, pada dasarnya dilakukan secara in vitro.
  • Analisis biologis dari hubungan struktur-fungsi genom virus utuh dan elemen genetik individu biasanya melibatkan analisis fenotipe virus in vivo.

Analisis genetik konvensional virus hewan didasarkan pada isolasi dan analisis mutan, menggunakan teknik pemurnian plak. Untuk virus yang tidak membentuk plak, sedikit analisis genetik yang mungkin dilakukan sebelum pengembangan genetika molekuler, tetapi trik tertentu memungkinkan untuk menggunakan teknik genetik ini untuk virus tersebut misalnya,

  • Imunoassay fokal
  • Analisis biokimia
  • Analisis fisik
  • Biologi molekuler
  • Pembentukan 'fokus' sel yang diubah.
  • Peta Rekombinasi
  • Peta/Grup Reassortment
  • Peta Fisik
  • Peta Batasan
  • Peta Transkripsi
  • Peta Terjemahan

'Strain', 'type', 'variant', 'mutant' dan bahkan 'isolate' adalah istilah yang digunakan secara bergantian untuk membedakannya dari virus asli 'parental', 'wild-type' atau 'street'. Menurut sumber mutagenesis ada dua jenis mutasi yang dapat dibedakan:

  • Mutasi spontan, yang terjadi secara alami di lingkungan
  • Mutasi terinduksi, yang dihasilkan oleh peneliti dengan mutagen.

Kedua jenis mutasi yang disebutkan di atas mungkin memiliki jenis mutasi yang berbeda sebagai berikut:

  • Morfologi plak
  • Jangkauan tuan rumah
  • Sensitif terhadap suhu (t.s.)
  • Sensitif terhadap dingin
  • Omong kosong
  • Penghapusan
  • Penanda biokimia
  • Revertants

Interaksi Genetik Antar Virus:

  • Komplemen alelik (intragenik): mutan yang berbeda memiliki cacat komplemen pada protein yang sama.
  • Komplementasi non-alel (intergenik): mutan dengan cacat pada gen yang berbeda.

  • Heterozigosis
  • gangguan
  • Penekanan
  • Pencampuran fenotipik
  • Pseudotyping

Beberapa perbandingan mekanisme genetik dan aplikasinya antara organisme hidup yang berbeda telah ditulis dalam MITOPENCOURSEWARE ( PDF).

Kuliah 19. Plasmid bakteri dan konjugasi

Bakteri adalah perwakilan khas prokariota. Prokariota memiliki struktur sel dan DNA mereka terkonsentrasi di daerah yang disebut nukleoid. Namun, berbeda dari eukariota, bakteri tidak memiliki meiosis maupun mitosis.

Semua sifat sel, termasuk virulensi, patogenisitas dan resistensi antibiotik, ditentukan oleh genomnya. Ini dikodekan oleh urutan spesifik basa nukleotida dalam DNA. Ingatlah bahwa DNA bakteri adalah ds-DNA melingkar tunggal, yang TIDAK memiliki membran inti dan tidak memiliki histon. E.coli adalah pengecualian karena DNA-nya adalah bundel melingkar tidak beraturan yang terletak bebas di sitoplasma.

Selain ds-DNA utama, beberapa sel bakteri juga dapat membawa satu atau lebih elemen ekstra-kromosom yang tampak melingkar dan disebut PLAMIDS.

Plasmid bereplikasi secara INDEPENDEN dari kromosom utama dalam sel. Mereka membawa kode informasi genetik tambahan untuk sifat-sifat tertentu seperti resistensi antibiotik atau kemampuan untuk bertahan hidup di lingkungan yang keras.

Sumber ketiga informasi genetik dalam sel bakteri disediakan oleh BAKTERIOFAG. Ini juga disebut virus bakteri. Mereka terdiri dari genom virus tertutup oleh mantel protein. Mereka membutuhkan inang bakteri untuk berkembang biak, dan ketika mereka melakukannya, mereka menyebabkan kematian sel bakteri. Namun, dalam beberapa kasus, mereka dapat menjalani LISOGENI. Ini dikendalikan, replikasi jangka panjang dalam sel bakteri tanpa menyebabkan lisis sel bakteri. Dengan cara ini, mungkin menjadi bagian sementara dari sel dan mengubah sifat sel bakteri.

Perbandingan antara 3 jenis sumber informasi genetik dalam sel bakteri
Elemen genetik TIPE Konfigurasi Ukuran dalam kb
Kromosom DNA ds melingkar 2,0 hingga 4,0 x10
Plasmid DNA ds melingkar 9 sampai 60
Bakteriofag RNA/DNA ss/ds Linier/melingkar 3 sampai 40

Ada tiga mekanisme utama rekombinasi genetik (transfer materi genetik ke organisme HOST) pada bakteri yang terjadi di alam dan juga dalam kondisi laboratorium: konjugasi, transformasi, dan transduksi.

KONJUGASI Ini adalah mekanisme yang paling penting untuk transfer luas informasi genetik antara bakteri. Ini adalah transfer langsung DNA bakteri antar organisme dan membutuhkan KONTAK SEL-KEL.

Kebanyakan konjugasi adalah PLASMID-MEDIATED.

PLASMIDS kecil, melingkar, molekul ds-DNA, berukuran sekitar 2-10 kilobase. Mereka semua memiliki kemampuan untuk bereplikasi pada bakteri. Beberapa salinan plasmid dapat ditemukan di sel inang, namun tidak semua plasmid dapat mentransfer dirinya sendiri.

Plasmid konjugasi memiliki kode untuk gen yang memungkinkan transfer antar sel.

Plasmid NONCONJUGATIVE membutuhkan bantuan plasmid konjugatif untuk menularkan dirinya ke bakteri lain.

PLASMID JANGKAUAN PENANGGUNG JAWAB SEMPIT hanya ada dalam satu spesies.

PLASMIDA BERBAGAI HOST LUAS ada di berbagai genera organisme.

  1. 1. ORI atau asal replikasi yang memungkinkan replikasi otonom.
  2. 2. Satu atau lebih gen yang memberikan resistensi antibiotik spesifik.
  3. 3. Tempat untuk endonuklease restriksi yang digunakan untuk menyisipkan fragmen DNA tertentu.
  4. 4. Kode untuk faktor virulensi seperti racun atau adhesi

Plasmid yang mampu memediasi konjugasi membawa gen yang mengkode produksi PILUS, pelengkap protein yang ditemukan pada permukaan sel donor. Bakteri yang membawa plasmid ini disebut sel F(+), menjadikannya sel donor. Ujung pilus menempel pada permukaan sel penerima, dan transfer DNA terjadi. Tidak jelas apakah DNA ditransfer melalui pilus, atau apakah pilus berfungsi sebagai mekanisme untuk menyatukan kedua sel. Either way, ini adalah alasan mengapa itu juga disebut SEKS BAKTERI.

Setelah sel penerima memperoleh plasmid F, ia berubah dari sel F(-) menjadi sel F (+), sehingga memungkinkannya menjadi sel donor sekarang.

Dalam proporsi sel yang sangat kecil, plasmid F dimasukkan ke dalam kromosom bakteri. Setelah dimasukkan, seluruh kromosom bakteri bertindak seperti plasmid F. Ini kemudian disebut strain rekombinasi frekuensi tinggi (strain Hfr). Ini mengarah ke 2 proses:

  1. 1. Plasmid F dan seluruh DNA bakteri mengalami konjugasi dengan sel F(-).
  2. 2. Plasmid F dipotong bersama dengan sebagian DNA bakteri sehingga plasmid F disebut F prime (F’).

Misalnya, plasmid F-lac adalah plasmid F’ yang membawa gen untuk operon laktosa E.coli. Ketika plasmid ini ditransfer ke pembentuk non-laktosa, mereka diubah menjadi fermentor laktosa.

Perhatikan bahwa plasmid F terbatas pada genus Escherichia dan bakteri enterik lain yang terkait erat.

Untuk melakukan uji dominasi atau komplementasi pada bakteri, menggunakan konjugasi, silakan lihat ( PDF)*.

Kuliah 20. Transformasi Bakteri

Transformasi adalah proses di mana materi genetik yang diambil dari lingkungan ditambahkan ke bagian DNA bakteri. DNA juga dapat menggantikan gen yang ada atau bagiannya dari genom bakteri, sehingga mengakibatkan hilangnya aktivitas gen tersebut.

Untuk pertama kalinya transformasi ditunjukkan pada tahun 1928 oleh Frederick Griffith, seorang ahli bakteriologi Inggris yang mencari vaksin untuk melawan pneumonia bakteri. Griffith menemukan bahwa galur Streptococcus pneumoniae yang tidak virulen dapat diubah menjadi galur virulen dengan terpapar galur S. pneumoniae virulen yang telah dibunuh dengan panas. Pada tahun 1944 ditunjukkan bahwa faktor transformasi adalah genetik, ketika Oswald Avery, Colin MacLeod, dan Maclyn McCarty menunjukkan transfer gen pada S. pneumoniae. Avery, Macleod dan McCarty menyebut penyerapan dan penggabungan DNA oleh bakteri sebagai "transformasi".

Transformasi bakteri dapat disebut sebagai perubahan genetik stabil yang disebabkan oleh pengambilan DNA telanjang (DNA tanpa sel atau protein terkait), dan kompetensi mengacu pada keadaan mampu mengambil DNA eksogen dari lingkungan. Dua bentuk kompetensi yang berbeda harus dibedakan: alami dan buatan.

Kompetensi alami Beberapa bakteri (sekitar 1% dari semua spesies) secara alami mampu mengambil DNA di bawah kondisi laboratorium, lebih banyak lagi yang dapat mengambilnya di lingkungan alami mereka. Spesies tersebut membawa set gen yang menentukan mesin untuk membawa DNA melintasi membran atau membran sel.[2]

Kompetensi alami Kompetensi buatan tidak dikodekan dalam gen sel. Melainkan diinduksi oleh prosedur laboratorium di mana sel secara pasif dibuat permeabel terhadap DNA, menggunakan kondisi yang biasanya tidak terjadi di alam.[3]

Elektroporasi adalah cara lain untuk membuat lubang di sel bakteri (dan lainnya), dengan menyetrumnya sebentar dengan medan listrik 10-20kV/cm. DNA plasmid dapat masuk ke dalam sel melalui lubang-lubang tersebut. Metode ini dapat digunakan dengan DNA plasmid besar. [4] Mekanisme perbaikan membran alami akan dengan cepat menutup lubang ini setelah kejutan.

Transformasi plasmid Agar dapat bertahan dan dipertahankan secara stabil di dalam sel, molekul DNA plasmid harus mengandung asal replikasi, yang memungkinkannya untuk direplikasi di dalam sel secara independen dari kromosom. Karena transformasi biasanya menghasilkan campuran sel-sel yang jarang berubah dan banyak sel-sel yang tidak berubah, suatu metode diperlukan untuk mengidentifikasi sel-sel yang telah memperoleh plasmid. Plasmid yang digunakan dalam eksperimen transformasi biasanya juga mengandung gen yang memberikan resistensi terhadap antibiotik yang sensitif terhadap strain bakteri penerima yang dituju. Sel yang mampu tumbuh pada media yang mengandung antibiotik ini akan diubah oleh plasmid, karena sel yang kekurangan plasmid tidak akan dapat tumbuh.

Penanda lain, yang digunakan untuk mengidentifikasi sel E. coli yang telah memperoleh plasmid rekombinan, adalah gen lacZ, yang mengkode β-galaktosidase. Karena β-galaktosidase adalah homo-tetramer, dengan setiap monomer terdiri dari satu protein lacZ-α dan satu lacZ-ω, jika hanya satu dari dua protein yang diperlukan diekspresikan dalam sel yang dihasilkan, tidak ada fungsi enzim akan terbentuk. Jadi, jika strain E. coli tanpa lacZ-α dalam genomnya ditransformasikan, menggunakan plasmid yang mengandung fragmen gen yang hilang, sel-sel yang ditransformasi akan menghasilkan β-galaktosidase, sedangkan sel-sel yang tidak ditransformasi tidak akan, karena mereka hanya mampu menghasilkan setengah omega dari monomer. Dalam jenis transformasi ini, wilayah polilinker plasmid terletak pada fragmen gen lacZ-α, yang berarti bahwa plasmid rekombinan yang berhasil diproduksi akan memiliki gen yang diinginkan disisipkan di suatu tempat di dalam lacZ-α. Ketika fragmen gen yang terganggu ini diekspresikan oleh E. coli, tidak ada protein lacZ-α yang dapat digunakan yang diproduksi, dan oleh karena itu tidak ada β-galaktosidase yang dapat digunakan. Ketika ditumbuhkan pada media yang mengandung gula galaktosa termodifikasi X-gal yang tidak berwarna, koloni yang mampu memetabolisme substrat (dan karena itu telah ditransformasi, tetapi tidak oleh plasmid rekombinan) akan tampak biru pada koloni berwarna yang tidak mampu memetabolisme substrat (dan karena itu telah diubah oleh plasmid rekombinan) akan tampak putih.

Transformasi pada tumbuhan dan hewan Saat ini transformasi merupakan teknik rutin yang digunakan di banyak laboratorium biologi molekuler untuk mentransfer DNA ke dalam sel tumbuhan dan hewan. Sejumlah mekanisme transformasi tersedia untuk sel tumbuhan:

    Transformasi termediasi adalah transformasi tanaman yang paling mudah dan paling sederhana. Bakteri ini dapat menginfeksi jaringan tanaman dan memasukkan DNA-nya ke dalam sel beberapa spesies tanaman. : Melapisi partikel emas atau tungsten kecil dengan DNA dan menembakkannya ke dalam sel tanaman muda atau embrio tanaman. Beberapa materi genetik akan tinggal di dalam sel dan mengubahnya. : membuat lubang sementara di membran sel menggunakan kejutan listrik ini memungkinkan DNA masuk seperti dijelaskan di atas untuk Bakteri. (transduksi): Kemas materi genetik yang diinginkan ke dalam virus tanaman yang sesuai dan biarkan virus yang dimodifikasi ini menginfeksi tanaman. Jika materi genetiknya adalah DNA, ia dapat bergabung kembali dengan kromosom untuk menghasilkan sel-sel transforman.

Pada prinsipnya mekanisme transformasi hewan serupa. Pengenalan DNA ke dalam sel hewan biasanya disebut transfeksi.

21. Transduksi bakteri

Seperti disebutkan di atas, transduksi adalah salah satu dari tiga mekanisme rekombinasi genetik pada bakteri yang terjadi di alam dan juga dalam kondisi laboratorium. Dengan kata lain, transduksi adalah proses, di mana asam nukleat dari satu organisme dapat ditransfer ke organisme hidup lain melalui virus perantara.

Dengan kata lain transduksi adalah transfer DNA bakteri yang dimediasi fag.

Fag adalah virus bakteri dengan molekul DNA tertutup dalam cangkang protein. Struktur cangkang protein membatasi jumlah DNA yang dapat dilingkupi oleh virus, biasanya sekitar 50 kilobase.

Kebanyakan fag membawa ds-DNA melingkar di dalam mantel protein. Mungkin ada spesies fag yang memiliki ss-DNA atau ss-RNA juga.

Ada dua jenis transduksi:

Ketika fag memasuki sel bakteri dan bereplikasi, setiap kepala fag biasanya memiliki salinan genom fag yang direplikasi. Terkadang, kepala fag kosong diproduksi. DNA bakteri mungkin salah dikemas ke dalam kepala fag yang kosong itu, kemudian dipindahkan ke sel bakteri lain. Dengan demikian, DNA yang memasuki sel bakteri kedua adalah segmen pendek dari kromosom sel bakteri pertama. Seperti halnya transformasi, rekombinasi harus terjadi agar transduksi berhasil.

Ini disebut generalisasi karena fag akan mengambil bagian mana pun dari kromosom bakteri secara acak. (Ini tidak spesifik untuk segmen kromosom tertentu.)

Gen hanya dapat ditransfer dalam spesies tertentu karena fag biasanya menyerang bakteri dalam kisaran terbatas.

Fag juga dapat mengambil dan mentransfer DNA plasmid. Misalnya, gen penisilinase Staphlococci terletak di plasmid, dan fag dapat mengambil plasmid itu dan melalui transduksi, meneruskannya ke sel lain, sehingga mentransfer gen penisilanase ke spesies stafilokokus lain.

Bakteriofag yang melisiskan sel inang dikenal sebagai fag virulen, dan menyebabkan siklus litik infeksi. Sebaliknya, fag yang dapat menginfeksi sel bakteri tanpa menyebabkan kematiannya disebut fag sedang.

Sel bakteri yang bertahan hidup setelah infeksi fag disebut lisogen, dan fag beriklim sedang yang terintegrasi di dalamnya disebut profag.

DNA fag kemudian dimasukkan ke dalam DNA sel bakteri dan juga direplikasi sebagai bagian dari kromosom sel inang.

Ketika sel bakteri terinfeksi oleh satu fag, tidak ada fag lain yang dapat menyerang bakteri, karena begitu fag diintegrasikan ke dalam DNA sel bakteri, fag memberikan kekebalan terhadap superinfeksi oleh fag lain.

Fase lisogen stabil tetapi tidak permanen. Jika profag dipotong selama proses replikasi, sel bakteri akhirnya dapat dilisiskan. Ini dapat direplikasi di laboratorium dengan paparan bakteri terhadap sinar UV. (Misalnya, rumah sakit sterilisasi ruangan dengan UV.)

Berbeda dengan transduksi umum, fag sedang biasanya memiliki situs penyisipan spesifik pada kromosom dan hanya dapat mengambil DNA panjang pendek yang mengandung beberapa gen di kedua sisi situs ini. Jadi, ini disebut transduksi khusus atau restriktif.

Fag yang rusak dapat terjadi. Karena menempel pada kromosom DNA bakteri dan mengambil DNA yang berdekatan dengan situs integrasi fag, jumlah DNA mungkin terlalu banyak sehingga fag akan kekurangan beberapa gen fag. Ketika fag yang rusak ditransduksi ke sel bakteri kedua, fag masih dapat berintegrasi ke situs spesifik fagnya, tetapi tidak dapat bereplikasi secara normal dan juga tidak dapat melisiskan sel bakteri. Produk akhir adalah integrasi DNA sel bakteri pertama ke dalam DNA bakteri kedua.

Bagaimana transduksi mempengaruhi virulensi bakteri bagi manusia? Karena profag membawa gen, kehadirannya dalam sel bakteri dapat menyebabkan ekspresi protein tertentu. Ini disebut konversi lisogenik. Misalnya, toksin difteri Corynebacterium diptheriae hanya akan diproduksi jika Beta Phage menginfeksi bakteri.

Penggunaan umum lainnya untuk fag adalah fag lambda dari E.coli. Mereka memiliki genom 50 kilobase, tetapi begitu gen yang tidak penting dihilangkan, mereka berkurang menjadi 30 kilobase, memberikan ruang untuk penyisipan DNA asing. Kemudian fag menginfeksi E.coli, yang selanjutnya bereplikasi bersama dengan fag (pabrik sintesis fag) kemudian sel E.coli dilisis, dan fag menginfeksi sel lain.

E.coli adalah inang yang ideal karena bereplikasi setiap 20 menit. Selain itu, E.coli memiliki semua fase yang berbeda dalam kurva pertumbuhan bakteri, sehingga pertumbuhannya dapat dipantau di laboratorium.

Transduksi dapat digunakan untuk manipulasi gen serta analisis genetik seperti yang ditunjukkan secara eksperimental dalam kuliah dari MITOPENCOURSEWARE ( PDF).

Kuliah 22. Transposisi bakteri

Transposisi adalah pergerakan yang disebut transposon, yang merupakan urutan DNA yang dapat berpindah ke posisi berbeda dalam genom sel tunggal. Dalam prosesnya, mereka dapat menyebabkan mutasi dan mengubah jumlah DNA dalam genom. Transposon juga pernah disebut "gen lompat", dan merupakan contoh elemen genetik bergerak. Mereka ditemukan oleh Barbara McClintock di awal karirnya[1], dan untuk itu dia dianugerahi hadiah Nobel pada tahun 1983. Ada berbagai elemen genetik bergerak, dan mereka dapat dikelompokkan berdasarkan mekanisme transposisinya. Elemen genetik bergerak kelas I, atau retrotransposon, bergerak dalam genom dengan ditranskripsi ke RNA dan kemudian kembali ke DNA oleh reverse transcriptase, sedangkan elemen genetik bergerak kelas II bergerak langsung dari satu posisi ke posisi lain dalam genom menggunakan transposase untuk "memotong dan tempel" mereka di dalam genom. Transposon sangat berguna bagi peneliti sebagai sarana untuk mengubah DNA di dalam organisme hidup. Transposon membentuk sebagian besar ukuran genom yang terbukti melalui nilai-C spesies eukariotik.

Transposon diklasifikasikan menjadi dua kelas berdasarkan mekanisme transposisinya: Retrotransposisi dan transposon DNA.

Retrotransposon bekerja dengan menyalin diri mereka sendiri dan menempelkan salinan kembali ke genom di banyak tempat. Awalnya retrotransposon menyalin diri mereka sendiri ke RNA (transkripsi), tetapi, selain ditranskripsi, RNA disalin ke DNA oleh reverse transcriptase (sering dikodekan oleh transposon itu sendiri) dan dimasukkan kembali ke dalam genom.

Retrotransposon berperilaku sangat mirip dengan retrovirus seperti HIV, memberikan petunjuk tentang kemungkinan asal usul evolusi virus tersebut.

Ada tiga kelas utama retrotransposon:

  • Virus: mengkodekan reverse transcriptase (untuk membalikkan transkripsi RNA menjadi DNA), memiliki pengulangan terminal panjang (LTR), mirip dengan retrovirus. : mengkodekan reverse transcriptase, kekurangan LTR, ditranskripsi oleh RNA polimerase II.
  • Superfamili nonviral: tidak mengkode reverse transcriptase, ditranskripsi oleh RNA polimerase III.

Retrovirus sebagai elemen transposable

Retrovirus pertama kali diidentifikasi 80 tahun yang lalu sebagai agen yang terlibat dalam timbulnya kanker. Baru-baru ini epidemi AIDS telah terbukti disebabkan oleh retrovirus HIV. Pada awal 1970-an ditemukan bahwa retrovirus memiliki kemampuan untuk mereplikasi genom RNA mereka melalui konversi menjadi DNA yang menjadi terintegrasi secara stabil dalam DNA sel inang. Baru belakangan ini retrovirus diakui sebagai bentuk khusus transposon eukariotik. Akibatnya mereka adalah transposon yang bergerak melalui perantara RNA yang biasanya dapat meninggalkan sel inang dan menginfeksi sel lain. Bentuk DNA terintegrasi (provirus) dari retrovirus memiliki kemiripan yang nyata dengan transposon.

Siklus transposisi retrovirus memiliki kesamaan lain dengan transposon prokariotik, dan ini menunjukkan hubungan keluarga yang jauh antara kedua jenis transposon ini. Intermediet penting dalam transposisi retrovirus adalah molekul DNA ekstrakromosom. Ini dihasilkan dengan menyalin RNA partikel virus ke dalam DNA oleh polimerase yang dikodekan retrovirus yang disebut reverse transcriptase. DNA linier ekstra kromosom adalah prekursor langsung dari elemen terintegrasi dan mekanisme penyisipan memiliki kemiripan yang kuat dengan transposisi "potong dan tempel".

Perbedaan utama transposon kelas II dari retrotransposon adalah bahwa mekanisme transposisi mereka tidak melibatkan perantara RNA. Transposon kelas II biasanya bergerak dengan mekanisme yang analog dengan cut and paste, bukan copy dan paste, menggunakan enzim transposase. Berbagai jenis transposase bekerja dengan cara yang berbeda. Beberapa dapat mengikat bagian mana pun dari molekul DNA, dan situs target karena itu dapat berada di mana saja, sementara yang lain mengikat urutan tertentu. Transposase membuat potongan terhuyung-huyung di situs target menghasilkan ujung lengket, memotong transposon dan mengikatnya ke situs target. DNA polimerase mengisi celah yang dihasilkan dari ujung lengket dan DNA ligase menutup tulang punggung gula-fosfat. Hal ini menghasilkan duplikasi situs target dan situs penyisipan transposon DNA dapat diidentifikasi dengan pengulangan langsung pendek (pemotongan terhuyung-huyung pada DNA target yang diisi oleh DNA polimerase) diikuti oleh pengulangan terbalik (yang penting untuk eksisi transposon oleh transposase). Duplikasi di situs target dapat mengakibatkan duplikasi gen, dan ini dianggap memainkan peran penting dalam evolusi [2]:284 .

Tidak semua transposon DNA melakukan transpos melalui mekanisme cut and paste. Dalam beberapa kasus transposisi replikatif diamati di mana transposon mereplikasi dirinya ke situs target baru.

Transposon yang hanya bergerak dengan cut and paste dapat menggandakan dirinya sendiri jika transposisi terjadi selama fase S dari siklus sel ketika situs "donor" telah direplikasi, tetapi situs "target" belum.

Kedua kelas transposon mungkin kehilangan kemampuannya untuk mensintesis reverse transcriptase atau transposase melalui mutasi namun terus melompat melalui genom karena transposon lain masih memproduksi enzim yang diperlukan.

Transposon menyebabkan penyakit Transposon adalah mutagen. Mereka dapat merusak genom sel inang mereka dengan cara yang berbeda:

  • Sebuah transposon atau retroposon yang menyisipkan dirinya ke dalam gen fungsional kemungkinan besar akan menonaktifkan gen itu.
  • Setelah transposon meninggalkan gen, celah yang dihasilkan mungkin tidak akan diperbaiki dengan benar.
  • Beberapa salinan dari urutan yang sama, seperti urutan Alu, dapat menghambat pasangan kromosom yang tepat selama mitosis dan meiosis, menghasilkan persilangan yang tidak sama, salah satu alasan utama duplikasi kromosom.

Penyakit yang sering disebabkan oleh transposon antara lain hemofilia A dan B, imunodefisiensi kombinasi yang parah, porfiria, predisposisi kanker, dan distrofi otot Duchenne.

Selain itu, banyak transposon mengandung promotor yang mendorong transkripsi transposase mereka sendiri. Promotor ini dapat menyebabkan ekspresi gen terkait yang menyimpang, menyebabkan penyakit atau fenotipe mutan.

Evolusi transposon Evolusi transposon dan pengaruhnya terhadap evolusi genom saat ini merupakan bidang studi yang dinamis.

Transposon ditemukan di semua cabang utama kehidupan. Mereka mungkin atau mungkin tidak berasal dari nenek moyang universal terakhir, atau muncul secara independen beberapa kali, atau mungkin muncul sekali dan kemudian menyebar ke kerajaan lain melalui transfer gen horizontal[7]. Sementara transposon dapat memberikan beberapa manfaat pada inangnya, mereka umumnya dianggap sebagai parasit DNA egois yang hidup dalam genom organisme seluler. Dengan cara ini, mereka mirip dengan virus. Virus dan transposon juga berbagi fitur dalam struktur genom dan kemampuan biokimia mereka, yang mengarah ke spekulasi bahwa mereka memiliki nenek moyang yang sama.

Karena aktivitas transposon yang berlebihan dapat menghancurkan genom, banyak organisme tampaknya telah mengembangkan mekanisme untuk mengurangi transposisi ke tingkat yang dapat dikelola. Bakteri dapat mengalami tingkat penghapusan gen yang tinggi sebagai bagian dari mekanisme untuk menghilangkan transposon dan virus dari genom mereka sementara organisme eukariotik mungkin telah mengembangkan mekanisme interferensi RNA (RNAi) sebagai cara untuk mengurangi aktivitas transposon. Pada nematoda Caenorhabditis elegans, beberapa gen yang diperlukan untuk RNAi juga mengurangi aktivitas transposon.

Transposon mungkin telah dikooptasi oleh sistem kekebalan vertebrata sebagai sarana untuk menghasilkan keragaman antibodi. Sistem rekombinasi V(D)J beroperasi dengan mekanisme yang mirip dengan transposon.

Ada bukti bahwa elemen transposabel dapat bertindak sebagai mutator pada bakteri.

Aplikasi Transposon pertama ditemukan pada tanaman jagung (Zea mays, spesies jagung), dan diberi nama disosiator (Ds). Demikian pula, transposon pertama yang diisolasi secara molekuler adalah dari tanaman (Snapdragon). Secara tepat, transposon telah menjadi alat yang sangat berguna dalam biologi molekuler tanaman. Peneliti menggunakan transposon sebagai sarana mutagenesis. Dalam konteks ini, transposon melompat ke gen dan menghasilkan mutasi. Kehadiran transposon memberikan cara langsung untuk mengidentifikasi alel mutan, relatif terhadap metode mutagenesis kimia.

Terkadang penyisipan transposon ke dalam gen dapat mengganggu fungsi gen tersebut secara reversibel, eksisi transposon yang dimediasi transposase mengembalikan fungsi gen. Ini menghasilkan tanaman di mana sel-sel tetangga memiliki genotipe yang berbeda. Fitur ini memungkinkan peneliti untuk membedakan antara gen yang harus ada di dalam sel agar berfungsi (otonom sel) dan gen yang menghasilkan efek yang dapat diamati dalam sel selain yang diekspresikan gen.

Transposon juga merupakan alat yang banyak digunakan untuk mutagenesis sebagian besar organisme yang dapat dilacak secara eksperimental.

Kuliah 23. DNA rekombinan pada bakteri

DNA rekombinan adalah nama umum untuk mengambil sepotong DNA, dan menggabungkannya dengan untai DNA lain. DNA rekombinan juga kadang-kadang disebut sebagai "chimera." Dengan menggabungkan dua atau lebih untaian DNA yang berbeda, para ilmuwan dapat membuat untaian DNA baru. Proses rekombinan yang paling umum melibatkan penggabungan DNA dari dua organisme yang berbeda.

Ada tiga metode berbeda yang digunakan untuk membuat DNA rekombinan. Mereka adalah Transformasi, Pengenalan Fag dan Transformasi Non-Bakteri. Lihat Transformasi Bakteri dalam catatan kuliah 20. Transformasi Non-Bakteri adalah proses yang sangat mirip dengan Transformasi, yang dijelaskan di atas. Satu-satunya perbedaan antara keduanya adalah non-bakteri tidak menggunakan bakteri seperti E.coli untuk inangnya.

Dalam mikroinjeksi, DNA disuntikkan langsung ke inti sel yang sedang diubah. Dalam biolistik, sel inang dibombardir dengan proyektil mikro berkecepatan tinggi seperti partikel emas atau tungsten yang telah dilapisi dengan DNA.

Pengenalan fag adalah proses transfeksi, yang setara dengan transformasi, kecuali bahwa fag digunakan sebagai pengganti bakteri. Kemasan in vitro dari suatu vektor digunakan. Ini menggunakan fag lambda atau MI3 untuk menghasilkan plak fag yang mengandung rekombinan. Rekombinan yang dibuat dapat diidentifikasi dengan perbedaan rekombinan dan non-rekombinan menggunakan berbagai metode seleksi.

DNA rekombinan bekerja ketika sel inang mengekspresikan protein dari gen rekombinan.

Sejumlah besar protein rekombinan tidak akan diproduksi oleh inang kecuali faktor ekspresi ditambahkan. Ekspresi protein tergantung pada gen yang dikelilingi oleh kumpulan sinyal yang memberikan instruksi untuk transkripsi dan translasi gen oleh sel. Sinyal-sinyal ini termasuk promotor, situs pengikatan ribosom, dan terminator. Vektor ekspresi, di mana DNA asing dimasukkan, mengandung sinyal-sinyal ini. Sinyal adalah spesies tertentu. Dalam kasus E. Coli, sinyal ini pastilah sinyal E. coli karena E. Coli tidak mungkin memahami sinyal dari promotor dan terminator manusia. Masalah muncul jika gen tersebut mengandung intron atau mengandung sinyal yang bertindak sebagai terminator ke inang bakteri. Hal ini mengakibatkan penghentian prematur, dan protein rekombinan mungkin tidak diproses dengan benar, terlipat dengan benar, atau bahkan mungkin terdegradasi. Produksi protein rekombinan dalam sistem eukariotik umumnya terjadi pada ragi dan jamur berfilamen. Penggunaan sel hewan sulit dilakukan karena banyak yang membutuhkan permukaan penyangga yang kokoh, tidak seperti bakteri, dan memiliki kebutuhan pertumbuhan yang kompleks. Namun, beberapa protein terlalu kompleks untuk diproduksi dalam bakteri, sehingga sel eukariotik harus digunakan. DNA rekombinan menjadi semakin penting selama beberapa tahun terakhir, dan DNA rekombinan hanya akan menjadi lebih penting di abad ke-21 karena penyakit genetik menjadi lebih umum dan area pertanian berkurang. Di bawah ini adalah beberapa area di mana DNA Rekombinan akan berdampak.

  • Tanaman Lebih Baik (kekeringan & tahan panas)
  • Vaksin Rekombinan (yaitu, Hepatitis B)
  • Pencegahan dan penyembuhan anemia sel sabit
  • Pencegahan dan penyembuhan cystic fibrosis
  • Produksi faktor pembekuan
  • Produksi insulin
  • Produksi obat-obatan rekombinan
  • Tumbuhan yang menghasilkan insektisida sendiri
  • Garis kuman dan terapi gen somatik

Sekarang klik ke (PDF) untuk melihat bagaimana melakukan eksperimen pada kloning Gen dan Kloning dengan komplementasi pada bakteri.

Kuliah 24. Regulasi gen pada prokariota

Dalam regulasi gen prokariota diperlukan karena untuk efisiensi maksimum sel harus mampu

  1. 1. mengontrol jumlah produk gen yang dihasilkan.
    • Beberapa dibutuhkan dalam jumlah banyak.
      • protein ribosom
    • Beberapa dibutuhkan hanya dalam jumlah kecil.
      • banyak enzim
  2. 2. menanggapi lingkungan dengan menghidupkan (atau mematikan) gen atau kelompok gen tertentu.
    • operon Lac, gen kejutan panas
  3. 3. menghidupkan dan mematikan gen dalam pola temporal yang benar.
    • fag atau infeksi virus, perkembangan

Ada tiga tingkat utama regulasi gen:

  1. 1. Kontrol kelimpahan RNA (regulasi transkripsional)
    • inisiasi, perpanjangan, stabilitas
  2. 2. Kontrol sintesis protein (regulasi translasi)
    • pengikatan ribosom, laju translasi, terminasi
  3. 3. Kontrol aktivitas protein
    • stabilitas, modifikasi, efek alosterik
  • konstitutif, diinduksi atau direpresi
  • positif, negatif, positif dan negatif
  • dan dengan set gen ada juga koordinasi dan regulasi temporal
  • beberapa contoh ini di sirkuit regulasi adalah operon lac, operon trp dan gen lisogenik dan litik lambda
    • operon lac adalah sistem yang dapat diinduksi yang berada di bawah regulasi negatif dan positif
    • operon trp adalah sistem yang dapat ditekan dengan dua jenis kontrol negatif
    • gen litik lambda menunjukkan bagaimana gen dapat diatur sementara

    Untuk memahami lebih detail tentang regulasi gen, klik Kontrol Negatif (PDF), Kontrol Positif (PDF) dan Sirkuit Regulasi (PDF).


    2. BAHAN-BAHAN DAN METODE-METODE

    2.1 Lokasi studi dan pengambilan sampel

    Untuk mengevaluasi reservoir Plasmodium sp. di Distrik Bongo (BD), yang terletak di Upper East Region (UER) Ghana, studi potong lintang bertingkat dilakukan pada akhir musim kemarau pada Juni 2012. BD ditandai dengan transmisi musiman yang ditandai, dan malaria merupakan masalah kesehatan masyarakat yang utama untuk kabupaten. Detail tentang desain penelitian, populasi penelitian, dan prosedur pengumpulan data telah dijelaskan sebelumnya (Ruybal-Pesantez et al., 2017). Secara singkat, pengambilan sampel dilakukan di dua daerah tangkapan air yang luas (Vea/Gowrie dan Soe) di BD yang dipilih karena dianggap memiliki kesamaan dalam ukuran populasi, struktur umur, dan komposisi etnis. Namun dihipotesiskan bahwa mereka mungkin berbeda dalam hal intensitas dan musim penularan malaria karena Vea/Gowrie berada di dekat bendungan/daerah irigasi Vea, sedangkan Soe tidak berada di dekat badan air yang besar, meskipun bendungan yang lebih kecil untuk irigasi tersebar di seluruh sungai. daerah. Daerah tangkapan air dibagi lagi menjadi desa-desa yang lebih kecil: Vea, Gowrie, Soe Sanabisi, dan Soe Boko, dengan peserta terdaftar dari bagian-bagian dalam desa-desa ini (Vea: Gonga dan Nayire Gowrie: Nayire Kura dan Tingre Soe Sanabisi: Tindingo dan Akulgoo dan Soe Boko : Tamolinga dan Area Misi). Untuk analisis ini, peserta dengan konfirmasi mikroskopis P. falciparum infeksi dimasukkan (n = 267). Metode yang berhubungan dengan mikroskop, msp2 PCR, dan PCR mikrosatelit dijelaskan secara rinci dalam (Ruybal- Pesantez et al., 2017). Data mikrosatelit tersedia untuk 200 P. falciparum sampel, dan var Tag DBLα diurutkan untuk 209 P. falciparum sampel.

    2.2 Keanekaragaman var Jenis DBLα dan alel mikrosatelit

    Kami menganalisis var keragaman antigenik dalam 209 individu tanpa gejala di Ghana dengan P. falciparum infeksi. Untuk 163 individu ini, kami juga mengurutkan 12 lokus mikrosatelit seperti yang dijelaskan secara rinci dalam (Ruybal-Pesantez et al., 2017). Jumlah total puncak yang diamati (alel) di setiap lokus digunakan untuk memperkirakan MOI. Infeksi klon tunggal didefinisikan sebagai infeksi dengan paling banyak satu alel mikrosatelit di setiap lokus mikrosatelit. Untuk infeksi klon ganda, puncak dominan (alel) pada masing-masing dari 12 lokus mikrosatelit ditentukan untuk setiap isolat. Puncak dominan membentuk apa yang kita sebut "haplotipe dominan" atau "infeksi dominan" untuk setiap isolat. Isolat yang memiliki MOI 1 atau 2, ditentukan oleh jumlah maksimum puncak yang diamati pada lokus mikrosatelit tertentu, yang disebut "infeksi kepercayaan tinggi", dan ini mewakili metode standar yang digunakan di lapangan (Schultz et al. ., 2010 ). Karena tingkat MOI yang tinggi, kami dapat menentukan infeksi kepercayaan tinggi hanya untuk 59 dari 163 isolat. Keragaman urutan yang cukup besar diamati dalam jenis, baik di dalam maupun di antara isolat. Karena ini mewakili campuran keragaman urutan alami dan kesalahan pengurutan, dan karena kedua sumber ini tidak dapat dibedakan menggunakan metode kami, kami mengabaikan keragaman urutan tipe dalam dalam penelitian ini.

    2.3 Var metode pengurutan dan jenis penugasan

    DBLα, satu-satunya domain yang ditemukan di hampir semua var gen, adalah penanda molekuler dari var keragaman gen (Kraemer & Smith, 2003 Lavstsen, Salanti, Jensen, Arnot, & Theander, 2003 Smith, Subramanian, Gamain, Baruch, & Miller, 2000 Taylor, Kyes, Harris, Kriek, & Newbold, 2000). Dengan panjang baca rata-rata 400 bp atau lebih besar menggunakan pengurutan 454, kami mengurutkan seluruh panjang amplikon PCR tanpa perlu perakitan (Day et al., 2017 Rask, Petersen, Chen, Day, & Pedersen, 2016 ).

    Kami menetapkan urutan DBLα ke var Urutan "tipe" DBLα dengan cara yang konsisten dengan definisi identitas nukleotida 96% yang umum digunakan (Barry et al., 2007). Lebih khusus lagi, tipe DBLα didefinisikan di sini menggunakan algoritme pengelompokan yang diterapkan pada data urutan mentah, sehingga setiap klaster tipe urutan DBLα secara kasar sesuai dengan urutan dengan >97% identitas urutan asam amino. Ambang batas ini konsisten dengan sebagian besar pekerjaan sebelumnya yang mendefinisikan jenis yang berbeda dalam urutan tag DBLα karena memastikan bahwa setiap jenis urutan yang berbeda kemungkinan besar mewakili varian berbeda yang terjadi secara alami (yaitu, dan bukan hanya hasil dari kesalahan pengurutan).

    Sebagian besar analisis dijalankan menggunakan skrip Mathematica v8 kecuali dinyatakan lain. Kami menerjemahkan sekuens DNA ke sekuens AA menggunakan program perangkat lunak EMBOSS Transeq (Goujon et al., 2010 Rice, Longden, & Bleasby, 2000). Kami mengecualikan dari urutan analisis yang memiliki kerangka pembacaan yang tidak terduga, substitusi pergeseran bingkai yang jelas, atau kodon penghenti.

    Tiga isolat genom digunakan sebagai kontrol positif untuk metode sekuensing dan analisis kami: 3D7, Dd2, dan HB3. Sampel ini berbeda dari isolat lapangan kami dalam beberapa hal: Jumlah var gen di setiap genom diketahui MOI tepat 1 set lengkap urutan DBLα diketahui dengan presisi tinggi sehingga memungkinkan untuk mengidentifikasi beberapa var urutan dari jenis yang sama dalam genom ini.

    2.4 Mengukur keterkaitan

    Keterkaitan diukur sebagai jumlah tipe DBLα atau alel mikrosatelit yang dimiliki bersama antara dua isolat dibagi dengan jumlah rata-rata tipe DBLα atau alel mikrosatelit dalam suatu isolat, untuk pasangan tersebut. Untuk tipe DBLα, ini setara dengan pairwise type sharing (PTS) seperti yang didefinisikan oleh Barry et al. (2007).

    2.5 Var indeks tumpang tindih repertoar

    Salah satu aspek utama dari struktur populasi yang kami periksa adalah tumpang tindih di antara pasangan isolat. Kami membandingkan tumpang tindih di antara isolat yang diamati dengan tumpang tindih di antara isolat acak menggunakan dua indeks yang berbeda: berbagi tipe berpasangan (PTS) dan indeks kesamaan Jaccard (JS). Jika isolat A memiliki repertoar nA jenis dan isolat B memiliki repertoar nB jenis, dan kedua isolat berbagi total nAB jenis, dan gabungan kedua himpunan adalah kamuAB, kami mendefinisikan PTSAB = 2nAB/(nA + nB) dan JSAB = nAB/kamuAB. Indeks kesamaan PTS, yang dirancang untuk membandingkan var repertoar, didefinisikan di sini persis seperti di Barry et al. (2007).

    Kami membahas apakah tumpang tindih yang diamati berbeda dari acak dengan mengacak var Jenis urutan DBLα dalam isolat untuk membuat distribusi nol. Kami mempertimbangkan beberapa aspek dari data yang diamati untuk membangun hipotesis nol. Pertama, di isolat lapangan, kami tidak pernah dapat mengamati banyak salinan dari tipe DBLα yang sama karena kami tidak menentukan lokasi genomik dan variasi urutan dalam tipe apa pun tidak dapat dibedakan dari kesalahan pengurutan. Dalam distribusi nol dari isolat acak, kami mempertahankan sifat biner dari matriks tipe-isolat sehingga tidak ada tipe DBLα yang berulang dalam isolat acak mana pun. Kami juga mempertahankan jumlah total isolat dan tipe DBLα, jumlah sampel tipe DBLα per isolat, dan distribusi frekuensi tipe DBLα yang diamati dalam kumpulan data. Kami mempertahankan aspek-aspek data yang diamati ini dengan mempertahankan total baris dan kolom dari matriks tipe DBLα dalam isolat sambil mengacak entri 0/1 dari matriks. Akhirnya, kami juga mempertahankan keterhubungan matriks asli selama pengacakan. Kami kemudian bertanya apakah distribusi indeks tumpang tindih yang diamati antara isolat berbeda dari distribusi indeks tumpang tindih untuk pengacakan ini. Kami menggunakan algoritme sakelar yang efisien untuk membangun distribusi nol kami, yang disebut algoritme Curveball (Strona, Nappo, Boccacci, Fattorini, & San-Miguel-ayanz, 2014 ). Metode ini diimplementasikan dengan program yang ditulis untuk menilai modularitas dan stabilitas jaringan ekologi (Grilli, Rogers, & Allesina, 2016). Kami mengambil sampel setiap 100 unit swap, yang merupakan empat kali minimum yang direkomendasikan di Strona et al. ( 2014 ) (setiap unit swap sama dengan jumlah baris atau kolom, mana yang lebih rendah, dan hanya menghitung jumlah swap aktual dalam matriks sebagai lawan dari semua swap yang diusulkan).

    2.6 Koefisien linkage dan modularitas jaringan linkage

    Aspek lain dari struktur yang diprediksi oleh teori regangan adalah hubungan antara var gen. Keterkaitan ini muncul dari seleksi terhadap rekombinan dan dipertahankan secara dinamis. Kami menggunakan koefisien ketidakseimbangan linkage, D, untuk mengukur korelasi antara tipe DBLα sehubungan dengan keberadaan mereka dalam isolat. Kami membuat jaringan tipe DBLα yang memiliki D nilai di atas ambang batas yang diberikan D > 0,02 dan menganalisis struktur jaringan ini. Kami melakukan analisis keterkaitan menggunakan seluruh dataset dan kemudian mengulangi analisis hanya dengan menggunakan isolat yang terinfeksi tunggal. Untuk jaringan hubungan alel mikrosatelit, kami juga menggunakan ambang batas D > 0,02.

    Untuk jaringan linkage tipe DBLα, kami hanya menyertakan tipe DBLα yang muncul lebih dari satu kali dalam dataset karena ini adalah satu-satunya yang dapat memiliki hubungan linkage yang signifikan. Kami hanya mempertimbangkan koefisien ketidakseimbangan hubungan positif karena hubungan negatif dapat dihasilkan dari alel yang berbagi lokus, dan lokasi genomik tipe DBLα tidak ditentukan dalam penelitian ini. Kami mempertimbangkan D nilai yang signifikan secara statistik ketika mereka melebihi ambang batas yang dijelaskan dalam Hedrick, Jain, dan Holden (1978).

    Untuk mengidentifikasi himpunan var gen yang cenderung muncul bersama-sama, kami melakukan analisis modularitas var jaringan penghubung. Sebagai perbandingan, modularitas jaringan linkage mikrosatelit juga dilakukan. Kami menggunakan perangkat lunak MODULAR (Marquitti, Guimarães, Pires, & Bittencourt, 2013 ), yang mendefinisikan jumlah optimal modul dalam jaringan dan menentukan anggotanya, modularitas keseluruhan jaringan, dan signifikansi modularitas relatif terhadap nol model yang mempertahankan distribusi derajat asli. Meskipun metode ini dirancang untuk sistem ekologi, metode ini didasarkan pada teori jaringan umum dan definisi modularitas sebagai "bagian dari elemen yang terhubung erat". Pengaturan parameter berikut digunakan untuk mengidentifikasi modul di kedua: var dan jaringan penghubung mikrosatelit. Semua koefisien ketidakseimbangan linkage lebih besar dari 0,02 (D > 0,02) digunakan untuk membangun jaringan unipartit, yang dinyatakan sebagai matriks biner. Kami menetapkan bahwa 1.000 matriks acak harus digunakan untuk membangun model nol untuk menentukan signifikansi modularitas, dan kami menggunakan partisi spektral sebagai metode optimasi. Dalam kasus jaringan hubungan tipe DBLα, kami mengkonfirmasi signifikansi (P < .01) menggunakan model nol yang lebih konservatif daripada model yang dihasilkan oleh MODULAR. Null konservatif ini didasarkan pada 100 pengacakan yang mempertahankan total baris dan kolom dari matriks asli seperti yang dijelaskan di bawah ini.

    Untuk jaringan hubungan tipe DBLα, kami menggunakan 29 isolat infeksi tunggal untuk menentukan koefisien ketidakseimbangan hubungan. Untuk jaringan hubungan alel mikrosatelit, kami menggunakan 55 infeksi kepercayaan tinggi lengkap untuk menentukan koefisien ketidakseimbangan hubungan. Untuk mengatasi apakah kekuatan yang terkait dengan transmisi atau demografi, yang akan membentuk keragaman di mikrosatelit dan var lokus yang sama, mungkin bertanggung jawab untuk struktur yang diamati di var jaringan linkage, kami membuat Gambar 8 menggunakan 45 isolat yang kami memiliki infeksi lengkap mikrosatelit kepercayaan tinggi dan data tipe DBLα (terlepas dari apakah itu infeksi tunggal menurut kriteria mikrosatelit yang ketat).

    2.7 jaringan rekombinasi HB

    Penjelasan netral alternatif yang penting untuk keberadaan var modul tautan adalah yang disebut var hierarki rekombinasi, yang menjelaskan bagaimana rekombinasi terjadi secara istimewa di antara kelompok-kelompok tertentu var gen. Kami berusaha untuk menguji apakah ini var kendala rekombinasi dapat menjelaskan modul tautan dengan terlebih dahulu membangun a var jaringan rekombinasi dan kemudian menguji apakah modul tautan berkerumun di dalam jaringan ini. Jaringan rekombinasi dibangun dengan mengidentifikasi blok homologi (HBs), yang merupakan unit yang dilestarikan dari var rekombinasi yang ada di semua tag DBLα. HBs diidentifikasi menggunakan server web VARDOM (Rask, Hansen, Theander, Pedersen, & Lavstsen, 2010 ), dengan batas pengumpulan 9,97 untuk menentukan kecocokan.Kami kemudian menghubungkan tipe DBLα dengan tepi ketika mereka berbagi blok homologi, karena ini dapat dianggap sebagai bukti langsung dari peristiwa rekombinasi historis antara kedua tipe ini. Kami tidak mempertimbangkan tiga HBs yang >50% sering pada tag DBLα (HB 5, 14, dan 36).

    2.8 Pengacakan untuk penilaian struktur populasi

    Kami menanyakan apakah jumlah jenis DBLα yang dibagikan dan alel mikrosatelit yang dibagikan antara area A dan B lebih atau kurang dari yang kami harapkan secara acak mengingat jumlah jenis, dan distribusinya, di masing-masing area. Untuk menjawab pertanyaan ini, kami mengacak lokasi daerah tangkapan air dari masing-masing isolat, sehingga jumlah isolat di setiap daerah dilestarikan, dan kemudian kami menilai jumlah tipe DBLα atau alel mikrosatelit yang dibagikan di dua daerah. Kami menilai jumlah tipe DBLα atau alel mikrosatelit yang dibagikan setiap kali kami melakukan pengacakan dan membangun distribusi dari 10.000 pengacakan, yang kami gunakan untuk menghitung satu arah. P-nilai untuk jumlah yang diamati dari jenis bersama atau alel mikrosatelit. Untuk analisis mikrosatelit, sampel mencakup semua alel dari infeksi dominan dari 163 isolat yang dapat kami hitung haplotipe mikrosatelit dominannya dan yang kami miliki var (dan lokasi). Untuk var analisis, sampel terdiri dari semua jenis DBLα unik yang kami miliki data lokasi pengambilan sampelnya.

    2.9 Variabel genetika populasi

    Sementara konsep heterozigositas dan homozigositas yang diharapkan tidak secara jelas berkaitan dengan sebagian besar nonalelik var keluarga gen, kami mendefinisikan statistik analog yang sesuai untuk var gen-var heterozigositas yang diharapkan (Hv)—dan kami menggunakannya di sini untuk menjawab pertanyaan tentang var keragaman gen pada tingkat hierarki populasi yang berbeda. Pairwise type sharing (PTS) antar isolat merupakan konsep yang diperkenalkan oleh Barry et al. (2007) sebagian karena mengadaptasi konsep yang berguna dari genetika populasi: heterozigositas yang diharapkan (H) dan homozigositas yang diharapkan (1 H), untuk kasus var gen. PTS dapat dianggap secara kasar setara dengan homozigositas yang diharapkan. Di sini, kami memperluas analogi lebih lanjut untuk tujuan pengacakan dan konstruksi FNS-seperti statistik, dan kami memperkenalkan istilah “var heterozigositas yang diharapkan” (Hv), “var homozigositas yang diharapkan” (1 Hv), dan varFNS (FSTv) untuk kejelasan.

    Ketat untuk tujuan membuat metrik untuk mengukur var keragaman, kami membayangkan bahwa semua tipe DBLα adalah alel pada satu lokus. Sementara asumsi ini terlalu sederhana, mengingat sifat ektopik dari sistem rekombinasi mereka, itu tidak sepenuhnya tidak sesuai secara biologis. Dalam pengertian ini, kami menganggap parasit sebagai

    60N individu sehubungan dengan var gen. Metode standar untuk menilai heterozigositas yang diharapkan dan statistik terkait adalah dengan mengambil sampel organisme haploid (“gamet”) secara acak dari populasi. Dalam kasus kami, kami mengambil sampel tunggal var gen dari populasi untuk mewakili gamet. Kami kemudian menggabungkan dua single ini var gamet gen untuk membuat parasit diploid, masing-masing mengandung dua var gen. Kami melakukan ini untuk menggambarkan pola dalam keragaman yang diamati yang berbeda antara dua daerah tangkapan air, atau himpunan bagian lain dari sampel isolat kami. Perbedaan antara keragaman tipe DBLα yang diambil sampelnya dari lokasi yang berbeda dianalisis pada kisaran resolusi: pada resolusi rendah dari dua daerah tangkapan hingga delapan bagian, dan kami juga mempertimbangkan jenis DBLα di dalam versus antara isolat berbeda yang terletak di bagian yang sama .

    Untuk menanyakan apakah diharapkan var homozigositas dalam daerah tangkapan Vea/Gowrie atau Soe lebih besar dari yang diharapkan, kami mengacak yang ada var variasi gen menjadi isolat 2N (untuk menghindari resampling dari set gen yang terbatas). Kami merombak gen 10.000 kali untuk membuat distribusi. Kami menguji apakah mikrosatelit mencerminkan struktur geospasial antara dua daerah tangkapan dengan mempertimbangkan jumlah alel mikrosatelit bersama antara daerah dan menanyakan apakah jumlah ini menyimpang secara signifikan dari harapan acak. Kami juga menanyakan apakah daerah tangkapan air memiliki jumlah alel mikrosatelit bersama yang lebih rendah daripada yang diharapkan secara acak, menggunakan prosedur pengacakan yang dijelaskan di atas.


    Kanker ovarium: Status jalur rekombinasi homolog sebagai prediktor respons obat

    Kanker ovarium epitel (EOC), terutama subtipe serosa derajat tinggi, dikaitkan dengan mutasi germline pada BRCA1/BRCA2 gen pada hingga 20% pasien. Protein BRCA1/BRCA2 adalah komponen penting dari jalur homolog recombination (HR), proses perbaikan DNA vital yang melindungi genom dari kerusakan DNA untai ganda. Studi terbaru mengungkapkan mutasi somatik yang sering dari BRCA1/BRCA2 dan hipermetilasi dari promotor BRCA1 di EOC, selain mutasi germline. Perbandingan perubahan jumlah salinan DNA pada tumor dengan atau tanpa BRCA1/BRCA2 perubahan, mengarah pada identifikasi beberapa tanda tangan yang mendeteksi cacat jalur HR, di sini disebut "HRness". Tanda tangan ini memprediksi sensitivitas platinum dan kelangsungan hidup di EOC, seperti yang sebelumnya ditunjukkan untuk mutasi germline dari BRCA1/BRCA2. Mereka saat ini diselidiki dalam uji klinis sebagai biomarker prediktif potensial untuk respons terhadap inhibitor polimerase poli (ADP-ribosa).


    Menangkap elektron dalam tindakan: Sains pada skala attosecond

    Sinar laser dengan panjang gelombang panjang mendekati atom (kiri). Pulsa laser mengionisasi atom dengan meningkatkan salah satu elektronnya (tengah), tetapi sebelum dapat melarikan diri, medan listrik cahaya berbalik dan memaksa elektron untuk bergabung kembali dengan atom (kanan). Energi ekstra yang diperoleh elektron dilepaskan sebagai semburan attosecond dari sinar-x frekuensi tinggi (panjang relatif dari pulsa dilebih-lebihkan untuk kejelasan).

    (PhysOrg.com) -- Memahami cara membuat fotosintesis buatan, atau superkonduktor suhu tinggi yang tangguh dan fleksibel, atau sel surya yang lebih baik, atau segudang kemajuan lainnya, hanya akan mungkin jika kita memiliki kemampuan untuk mencitrakan elektron dengan membekukan waktu dalam beberapa triliun detik. Seorang pemimpin dalam ilmu attosecond menceritakan bagaimana hal itu dilakukan.

    Ketika laser yang dapat memancarkan pulsa cahaya ultrashort tersedia pada 1980-an, kenang Steve Leone, mereka mengantarkan bidang baru "femtochemistry." Femtosekon adalah sepersejuta detik, 10 15 detik.

    “Sejak saat itu hingga sekarang, sebagian besar orang telah mempelajari gerakan atom relatif atau transisi elektronik yang diatur oleh gerakan ini,” kata Leone, anggota Divisi Ilmu Kimia Lab Berkeley, seorang profesor kimia dan fisika di UC Berkeley, dan Direktur Kimia Dynamics Beamline di Sumber Cahaya Lanjutan. "Ini termasuk getaran, rotasi, dan sejenisnya - gerakan yang diukur dalam rentang waktu femtodetik."

    Gerakan tercepat yang diketahui antara inti atom adalah sekitar delapan femtosekon, periode getaran antara dua atom hidrogen dalam molekul hidrogen. Elektron mengikat, melepaskan, dan bergerak di antara atom-atom dalam molekul atau kristal, tetapi hampir semua massa atom ada di dalam nukleusnya, yang menyeret elektron-elektron ke sekelilingnya. Jadi banyak kimia dapat dilakukan dengan mengamati atom bergerak, bahkan ketika elektronnya tidak dapat dilihat secara langsung.

    Tetapi untuk Leone, femtoseconds tidak melakukan pekerjaan itu. Dia ingin melihat elektron bergerak sendiri.

    "Elektron lebih ringan dan lebih cepat dan bergerak dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada inti," kata Leone. “Dinamika elektron dan korelasi elektron adalah masalah yang harus dipecahkan jika kita ingin benar-benar memahami dan akhirnya mengontrol proses kimia dan material kompleks, seperti elektronik berkecepatan tinggi. Untuk mendapatkan dinamika elektron secara langsung, kita perlu bekerja pada skala waktu attosecond.”

    Pemikiran ini memotivasi dimulainya program sains attosecond di Berkeley pada tahun 2004, sebuah upaya kolaboratif yang dipimpin oleh Leone dan rekannya di Departemen Kimia UC Berkeley, Daniel Neumark, Direktur Divisi Ilmu Kimia Lab Berkeley.

    Meskipun ada lebih banyak femtodetik dalam satu detik daripada detik dalam 32 juta tahun, namun attodetik seribu kali lebih pendek - irisan waktu begitu halus sehingga, sementara mereka dapat dihitung dan diukur, mereka hampir tidak dapat dibayangkan. Dalam waktu yang dibutuhkan molekul hidrogen untuk membuat satu pantulan getaran, dua elektronnya melesat mengelilingi molekul 300 kali.

    Menangkap elektron ini dalam tindakan membutuhkan pulsa laser subfemtosecond, dari ratusan hingga hanya beberapa attoseconds. Bagaimana mungkin untuk membuat pulsa cahaya begitu pendek? Rahasianya terletak pada hubungan intim antara foton dan elektron. Foton memberikan energi elektron dalam kondisi tertentu, elektron dapat memberikan kembali energi itu dan banyak lagi.

    Steve Leone mendefinisikan "attosecond" dalam Daftar Istilah Video Berkeley Lab

    Berselancar ringan untuk membuat cahaya lebih cepat

    Bayangkan sebuah pulsa laser merah atau inframerah dekat (panjang gelombangnya yang panjang disebut panjang gelombang "optik") gelombang medan elektromagnetik pulsa naik dan turun seperti ombak, dan saat melewati media seperti gas neon bertekanan, gelombang yang naik terangkat elektron keluar dari orbitnya di sekitar atom dan mempercepatnya menuju kebebasan.

    Intensitas pulsa driver tidak selalu cukup untuk mengionisasi gas secara permanen. Seringkali, sebelum elektron dapat melarikan diri, puncak gelombang dan kebalikannya elektron ditarik kembali dan dipercepat kembali ke dalam atom, membawa energi ekstra yang mereka peroleh dari medan elektromagnetik.

    Setelah rekombinasi, atom memancarkan semburan cahaya frekuensi tinggi (ultraviolet atau sinar-x) yang diukur dalam attoseconds. Saat elektron terus bergabung kembali, proses berulang dengan setiap setengah gelombang dari siklus optik, membuat urutan kedipan attosecond frekuensi tinggi yang cerah, disinkronkan dengan sempurna dengan frekuensi gelombang driver optik, membawanya ke arah yang sama.

    Proses tiga langkah ini - percepatan elektron menjauh dari atom, percepatan kembali ke atom, dan rekombinasi yang memancarkan kilatan attosecond - disebut generasi harmonik tinggi.

    “Generasi harmonik tinggi adalah salah satu cara dasar dan paling umum untuk menciptakan pulsa laser attosecond,” kata Leone. “Jika pulsa dari laser drive cukup panjang, relatif mudah untuk membuat rangkaian pulsa attosecond, satu demi satu. Yang sulit adalah membuat denyut attosecond individu. Hanya empat atau lima kelompok di dunia yang melakukannya.”

    Grup Leone, dalam kemitraan dengan Neumark, adalah salah satunya, dan mereka telah mencapai denyut attosecond individu dengan cara baru. Metode yang paling sering digunakan untuk membuat pulsa attosecond tergantung pada filter yang memilih irisan frekuensi tertinggi dari pulsa harmonik, yang naik bersama dengan gelombang setengah siklus paling energik dalam amplop pulsa pembawa. Tapi Leone dan Neumark, dengan mahasiswa dan postdocs mereka, menggunakan metode yang disebut ionization gating.

    Gerbang ionisasi dimulai dengan pulsa optik yang jauh lebih kuat - yang begitu kuat sehingga bagian depan amplop pulsa mengetuk elektron langsung dari atom dalam gas, membentuk plasma padat di mana pulsa harus membajak. Tidak semua atom gas terionisasi, namun rekombinasi elektron dan atom berenergi masih menciptakan pulsa attosecond sinar-x, tetapi ada pemutusan rangkaian pulsa seperti sakelar.

    "Saklar" adalah proses yang disebut fase pencocokan gating. Pulsa attosecond, diproduksi di tepi depan pulsa optik, dapat disetel dalam energi sinar-x dengan menyesuaikan fase setengah siklus di dalam amplop pulsa driver. Pulsa attosecond tidak perlu dikunci ke setengah siklus terkuat dalam amplop pulsa optik.

    Setelah kereta dihentikan, pulsa attosecond individu, bersama dengan sinar laser asli, melanjutkan ke wilayah interaksi terpisah dari pengaturan laser, di mana eksperimen dapat dilakukan.

    Laser merah menghasilkan pulsa attosecond sinar-x dengan pembangkitan harmonik. Cahaya optik dan sinar-x bergerak bersama-sama ke daerah interaksi, kemudian dipisahkan oleh cermin dan direkam oleh detektor. Fotoelektron yang dihasilkan oleh pulsa attosecond di wilayah interaksi dianalisis oleh detektor waktu terbang (lingkaran). Spektrum fotoelektron bergaris, ditunjukkan versus waktu tunda pulsa laser, mengungkapkan durasi pulsa sinar-x menjadi sekitar 430 attodetik.

    Menonton apa yang terjadi dalam attosecond

    Setelah pulsa attosecond telah memasuki wilayah interaksi, Leone menggunakan teknik yang disebut "pemindaian fase amplop pembawa" dan "goresan optik" untuk mengamati apa yang terjadi. Dengan ini dia dapat mengidentifikasi dan mengkarakterisasi pulsa attosecond individu.

    Pemindaian fase amplop pembawa: Ketika sebuah elektron didorong menjauh dari atom selama ionisasi, foton yang melakukan penguatan terdiri dari medan listrik yang bervariasi dalam satu arah dan kemudian arah lainnya. Medan-medan ini dapat menambah dan mengurangi momentum elektron, jadi tergantung pada saat ia lahir, fotoelektron mengalami gaya yang berbeda - terkadang lebih kuat, terkadang lebih lemah. Memindai gas di wilayah interaksi (gas apa pun yang menjadi subjek percobaan) memungkinkan waktu elektron yang dihasilkan oleh semburan attosecond untuk diidentifikasi oleh momentum ekstra mereka.

    Goresan optik: Spektogram coretan berikutnya membandingkan energi pulsa attosecond dengan energi fotoelektron, karena keduanya berubah seiring waktu. Spektogram beruntun mengkonfirmasi keberadaan pulsa attosecond individu, mengukur panjangnya, dan menentukan kapan elektron sekunder dihasilkan.

    “Kami telah mengukur 450 pulsa attosecond,” kata Leone. “Waktu dibatasi oleh optik tertentu yang digunakan untuk memantulkan sinar-x. Metode ini sebenarnya dapat menghasilkan pulsa yang jauh lebih pendek, dapat disetel ke berbagai frekuensi.”

    Suatu hari metode ini akan memberikan stabilitas, keandalan, dan kemudahan penggunaan dalam produksi pulsa attosecond, meskipun saat ini sistem laser eksperimental Leone di Gedung 2 masih rewel. Leone membandingkannya dengan "perangkat TV yang bekerja sedikit temperamental, tetapi Anda harus memiliki sentuhan."

    Bahkan dengan instrumen yang terlalu sensitif ini, kelompok Leone telah melakukan eksperimen ilmiah yang unik pada sampel fase gas. Menggunakan sinar-x attosecond sebagai pulsa pompa untuk mengionisasi gas tipis sulfur heksafluorida (SF6), mereka menindaklanjuti dengan pulsa probe tepat waktu dari panjang gelombang yang lebih panjang, sinar laser femtosecond, menggunakan spektroskopi ionisasi untuk melihat apa yang terjadi ketika molekul “berevolusi. ” - yaitu, ketika senyawa belerang terurai dalam rutinitas yang teratur yang ditentukan oleh alam. Mengetahui bagaimana alam melakukannya dapat mengarah pada pengendalian proses kompleks seperti itu.

    Praktis di sebelah lab Leone di Gedung 2, Robert Kaindl dari Divisi Ilmu Material juga menggunakan laser attosecond, menguraikan korelasi elektronik dalam nanopartikel dan material kompleks. Sementara itu, Leone dan Neumark mengejar fisika solid state di lab lain di kampus UC Berkeley, mempelajari fenomena seperti excitons (keadaan terikat elektron bermuatan negatif dengan lubang bermuatan positif). Pekerjaan ini sangat penting untuk mengembangkan sel surya yang lebih baik, karena eksiton adalah prekursor penting untuk pemisahan muatan dalam semikonduktor untuk mengubah sinar matahari menjadi arus listrik.

    Ilmu ini sangat menjanjikan sehingga sistem laser attosecond lainnya sedang dalam pengerjaan. Pada bulan Januari Yayasan W. M. Keck memberikan $1 juta kepada Leone dan Neumark untuk meningkatkan laboratorium kampus untuk ilmu attosecond. Tak lama kemudian Departemen Pertahanan memberikan Leone Beasiswa Fakultas Sains dan Teknik Keamanan Nasional sebesar $850.000 per tahun selama lima tahun. “Hibah Keck akan digunakan untuk peralatan dan penghargaan DOD akan mendanai operasi, melengkapi dukungan dermawan dari Departemen Energi,” katanya.

    Sumber cahaya ultracepat masa depan

    Sudah di cakrawala adalah sumber cahaya yang kuat mampu menghasilkan pulsa attosecond ultrabright sinar-x hingga satu juta kali per detik, menggunakan beberapa kombinasi akselerator linier, injektor elektron canggih, dan laser elektron bebas (FELs).

    Ketika dia bersama dengan Divisi Penelitian Akselerator dan Fusion Berkeley Lab, Sasha Zholents (yang sekarang berada di Sumber Foton Lanjutan Argonne) merancang skema pemotongan pulsa laser menggunakan magnet goyang, yang sekarang digunakan oleh Sumber Cahaya Lanjutan untuk menghasilkan berkas sinar-x femtosecond. Dia juga memelopori konsep serupa untuk menghasilkan pulsa attosecond. Skema Zholents “adalah awal dari harapan kedua untuk FEL,” kata Leone.

    Intensitas tinggi, pulsa attosecond yang diproduksi FEL, yang dapat dibuat oleh mesin seperti Next Generation Light Source yang diusulkan Berkeley Lab, akan sangat penting untuk menggunakan pulsa attosecond untuk kedua pulsa pompa dan (sampai sekarang tidak praktis) probe pulse juga. Hanya dengan cara ini akan menjadi mungkin untuk membuat dan mengontrol keadaan materi dan proses kimia yang dapat divisualisasikan dan dimodelkan oleh para ahli teori dengan komputer.

    "Ada masalah yang menantang dengan semua banyak teknik yang terlibat dengan ilmu attosecond," kata Leone. "Kekuatan kontribusi saya sendiri terletak pada pemikiran tentang cara-cara baru untuk melakukan pengukuran dan sains yang harus dilakukan dengan pulsa pendek ini."

    * “Spektroskopi waktu-resolved of attosecond quantum dynamics,” oleh Thomas Pfeifer, Mark J. Abel, Phillip M. Nagel, Aurélie Jullien, Zhi-Heng Loh, M. Justine Bell, Daniel M. Neumark, dan Stephen R. Leone, muncul di Surat Fisika Kimia dan tersedia online untuk pelanggan.
    * “Pulsa attosecond terisolasi dari gerbang ionisasi emisi harmonik tinggi,” oleh Mark J. Abel, Thomas Pfeifer, Phillip M. Nagel, Willem Boutu, M. Justine Bell, Colby P. Steiner, Daniel M. Neumark, dan Stephen R .Leone, muncul di Fisika Kimia dan tersedia online untuk pelanggan.


    Kuliah 2 - pengantar genetika

    Genetika adalah studi tentang pewarisan dan manipulasi informasi genetik (biasanya DNA atau RNA). Ini dapat membantu kita:

     Mendeteksi dan mengobati penyakit  Memanfaatkan organisme untuk kepentingan umat manusia

    Pendekatan genetik sebelum pengembangan teknologi DNA adalah genetika klasik yang melibatkan:

     Mutagenesis acak  Seleksi  Penyusunan kembali karakteristik organisme dengan persilangan genetik (rekombinasi)

    Transformasi adalah pengeditan DNA dan memasukkannya kembali ke dalam sel. Menggunakan teknik in vitro memungkinkan kita untuk mensintesis ulang urutan DNA dengan tingkat presisi yang tinggi dan memperkenalkan konstruksi yang dihasilkan ke dalam organisme yang diteliti.

    In vitro adalah percobaan tabung reaksi. In vivo ada di dalam organisme.

    Proses rekayasa genetika in vivo baru telah digunakan untuk memperbaiki cacat yang menyebabkan penyakit genetik pada sel embrionik – CRISPR.

     Beruntai ganda  Sitosin dan guanin  Adenin dan timin  Deoksiribosa

     Untai tunggal  Sitosin dan guanin  Adenin dan urasil  Ribosa

    A-T memiliki 3 ikatan hidrogen dan C-G memiliki 2 ikatan hidrogen. Purin adalah adenin dan guanin dan ini lebih besar dari pirimidin (sitosin dan timin).

    Dalam 2 untai DNA, untaian terpolarisasi karena ujung 3' dan 5'.

    Wildtype adalah isolat alami suatu spesies yang tidak dimodifikasi. Kami membandingkan segalanya dengan organisme ini. Itu datang langsung dari lingkungan.

    Mutan adalah organisme yang berbeda dari tipe liar sebagai akibat dari perubahan spesifik dalam urutan DNA-nya.

    Mutasi adalah perubahan spesifik dalam urutan dna suatu organisme yang berbeda dari urutan dna di wildtype.

    Alel adalah salah satu salinan dari gen tertentu, baik itu tipe liar dari mutan.

    Fenotipe adalah sifat yang dapat diidentifikasi atau diamati yang dapat diubah oleh mutasi. Genotipe adalah urutan nukleotida yang ditentukan dari suatu organisme, biasanya dinyatakan dalam alel gennya. Resesif tidak akan ditampilkan kecuali resesif homozigot.

    Bakteri baik sebagai organisme model karena mereka:

     Relatif sederhana  Mudah dimanipulasi  Terkenal  Regenerasi cepat dengan pembelahan biner

     Sel haploid – mereka hanya memiliki satu salinan dari setiap gen sehingga sel yang bermutasi mudah diidentifikasi dan fenotipe akan segera diekspresikan.

    Organisme yang lebih tinggi biasanya diploid (2 atau lebih salinan dari satu gen) dan akan lebih rentan terhadap mutasi. Karena mutasi biasanya resesif, perbedaan yang dapat diamati tidak akan ada.

    Transfer gen vertikal adalah ketika sifat-sifat organisme yang diwariskan diturunkan ke keturunannya. Perubahan sifat-sifat ini dapat terjadi secara acak dan ketika perubahan itu menguntungkan, itu mengarah pada seleksi alam. Ini berlaku untuk organisme tingkat tinggi tetapi bakteri seharusnya beradaptasi dengan lingkungan mereka dengan perubahan langsung yang juga akan diteruskan.

    Luria dan delbruck (1941) menunjukkan bahwa prinsip di atas juga berlaku untuk bakteri. Mereka menunjukkan resistensi yang berkembang karena perubahan DNA pada frekuensi rendah – mutasi.

    Fred Griffith menunjukkan sifat bakteri yang diwariskan dapat ditransfer dari 1 bakteri ke bakteri lainnya

     Non-patogen - patogenik  Ini dikenal sebagai transformasi genetik

    Prinsip transformasi untuk proses di atas ditemukan sebagai DNA. Lederberg dan Tatum menunjukkan ketika 2 galur E.coli dicampur dengan karakteristik yang berbeda, maka akan terbentuk keturunan dengan karakteristik dari kedua tetua. Ini dikenal sebagai konjugasi.

    Ini adalah transfer gen dari satu sel bakteri (donor) dan yang lain (penerima) melalui kontak sel-sel langsung.

    Konjugasi biasanya dikendalikan oleh plasmid. Plasmid seperti kromosom tambahan tetapi jauh lebih kecil – 0,1-1% dari ukuran kromosom utama. Mereka biasanya bisa dihabiskan.

    Dalam E.coli, plasmid konjugatif mengkodekan pilus seks yang membentuk hubungan awal antara sel. Pilus berkontraksi dan menarik sel bersama-sama membentuk kontak permukaan-permukaan. Dalam kebanyakan kasus, itu adalah DNA plasmid yang ditransfer dari donor ke penerima.

    Plasmid non-konjugatif dapat ditransfer selama konjugasi jika mereka memiliki gen mobilisasi spesifik – gen ini dikeluarkan dari vektor kloning plasmid untuk mengurangi kemungkinan penyebaran plasmid rekombinan dalam populasi alami.

    Sel donor menempel pada sel penerima dengan pilusnya. Pilus menarik sel-sel bersama-sama dan sel-sel kontak satu sama lain. Satu untai DNA plasmid ditransfer ke penerima. Penerima mensintesis untai komplementer untuk menjadi sel F+, donor mensintesis untai komplementer, memulihkan plasmid lengkapnya.

    Hanya secara khusus gen kromosom inang ditransfer melalui konjugasi seperti dalam kasus yang disebut strain rekombinasi frekuensi tinggi (Hfr).

    Plasmid F berintegrasi ke dalam kromosom melalui rekombinasi. Sel bergabung melalui pilus konjugasi. Bagian dari plasmid F sebagian bergerak ke dalam sel resipien dengan mengikuti untaian DNA donor. Konjugasi berakhir dengan potongan plasmid F dan DNA donor di sel penerima mensintesis untai DNA komplementer. DNA donor dan dna penerima bergabung kembali membuat sel F rekombinan.

    Transduksi adalah transfer gen yang dikendalikan oleh virus bakteri (fag). Fag dapat mentransfer gen antar bakteri karena mereka membuat kesalahan saat mengemas DNA ke dalam partikel fag mereka. Partikel fag menjadi diisi dengan DNA kromosom inang atau campuran DNA inang dan fag – ini adalah partikel transduksi alias.

    Rekombinasi homolog adalah ketika DNA dalam sel inang dan DNA yang disuntikkan ke dalam sel inang baru dapat berintegrasi dan urutan nukleotida dipertukarkan antara 2 molekul DNA yang serupa. Hal ini dapat terjadi pada bakteriofag E.coli P1.

    Fag menginfeksi sel bakteri dengan memompa DNA ke dalam sel. Ini menyebabkan fag lain terbentuk di dalam sel. Infeksi fag menyebabkan zona lisis dan fag menghasilkan lebih banyak keturunan yang dilepaskan.

    Infeksi fag

    Phage menginfeksi DNA-nya. Enzim yang berasal dari fag mendegradasi DNA inang. Sel-sel mensintesis fag baru yang menggabungkan DNA fag dan beberapa DNA inang. Fag transduksi menyuntikkan DNA donor. DNA donor dimasukkan ke dalam kromosom penerima melalui rekombinasi.


    Histogenesis dan lesi praganas

    Histogenesis FL terkait erat dengan peristiwa penting perkembangan dan diferensiasi sel B normal. Selama perkembangan awal sel B di sumsum tulang, sel B progenitor menjalani proses rekombinasi V(D)J untuk merakit gen wilayah V rantai berat (IGH) dan rantai ringan yang mengkode bagian variabel molekul antibodi. 3 Ini melibatkan pemutusan untai ganda DNA pada sekuens sinyal rekombinasi spesifik (RSS), yang terletak di ujung gen V, D, dan J yang menata ulang. Pertama, dalam sel pro-B, an IGHD gen bergabung dengan IGHJ gen, dan pada langkah berikutnya, an IGHV gen direkombinasi ke DHJH persendian. 3 Prekursor sel B yang mengekspresikan gen rantai berat sebagai reseptor sel pra-B adalah sel pra-B. Di situs rekombinasi, keragaman lebih lanjut dihasilkan oleh penghilangan beberapa basa secara eksonukleolitik dan dengan penambahan basa yang dikodekan garis non-kuman, N-nukleotida. 3 Setelah rantai berat fungsional diekspresikan, penataan ulang gen rantai ringan dilakukan untuk menghasilkan reseptor sel B matang (BCR).

    Dalam kasus yang jarang terjadi, kesalahan terjadi selama rekombinasi V(D)J, dan ketika ujung-ujung gen yang menyusun ulang di 1 lokus imunoglobulin secara keliru digabungkan ke pemutusan DNA di kromosom lain, translokasi kromosom timbal balik terjadi. 4 Translokasi seperti itu kemungkinan merupakan kejadian pertama dalam patogenesis FL. Sekitar 90% FL menunjukkan t(1418)(q32p21) di mana limfoma sel B 2 (BCL2) gen bergabung dengan IGHJ gen atau DHJH sendi di lokus IGH. 5,6 Karakteristik spesifik dari translokasi, khususnya keberadaan N-nukleotida di tempat bergabungnya 2 kromosom dan lokasi titik putus di lokus IGH yang dekat dengan situs RSS suatu IGHD atau IGHJ gen, sangat mendukung rekombinasi V(D)J yang salah arah pada tahap sel pro-B sebagai mekanismenya. 4 Akibatnya, BCL2 gen dikendalikan oleh enhancer lokus IGH, menyebabkan ekspresi konstitutif protein BCL2 antiapoptosis. 4

    BCL2 bukan proto-onkogen yang kuat, dan karena sel B naif secara fisiologis mengekspresikan BCL2, tampaknya kehadiran t(1418) IGH-BCL2 translokasi tidak menyebabkan gangguan besar pada fisiologi sel B naif yang matang. Ini membuka fungsi patogenetiknya ketika sel B naif didorong ke dalam respons imun yang bergantung pada sel-T dan menjadi sel GC B. Di zona gelap GC, sel B yang diaktifkan antigen mengalami ekspansi klon besar-besaran dan mengaktifkan proses hipermutasi somatik (SHM) untuk memodifikasi IGV gen wilayah. 3,7 Karena mutasi somatik sebagian besar acak, hanya sedikit sel yang akan memperoleh mutasi yang meningkatkan afinitas dan dipilih secara positif oleh sel T follicular helper (TFH) di zona terang. 8 Sebagian besar mengalami mutasi yang merugikan dan ditakdirkan untuk mati karena apoptosis. 8,9 Rawan apoptosis sel GC B juga merupakan mekanisme toleransi untuk mencegah kelangsungan hidup sel B autoreaktif. 10,11 Rupanya, apoptosis adalah jalur default untuk sel GC B, dan faktor penting untuk program intrinsik ini adalah bahwa mereka menurunkan regulasi faktor antiapoptosis BCL2 (Gambar 1). 9,12 Hanya pada sel GC B zona terang terpilih yang mengalami diferensiasi menuju sel B memori atau sel plasma, ekspresi BCL2 direduksi. 12,13 Jika sel B dengan IGH-BCL2 translokasi didorong ke dalam reaksi GC, apoptosis normal dan proses seleksi terganggu, dan sel B tersebut memiliki keuntungan bertahan hidup. 14 Hal ini kemudian meningkatkan risiko akuisisi lesi genetik lebih lanjut dan akhirnya dapat menyebabkan perkembangan FL di beberapa sel tersebut. Seperti yang akan dibahas secara lebih rinci di bagian berikut, lesi genetik tambahan dan kejadian patogenetik ini menyebabkan penghentian diferensiasi pada tahap sel GC B.

    sel B dengan IGH-BCL2 translokasi juga terdeteksi pada manusia dewasa yang sehat. Frekuensi sel tersebut adalah 1 per 105 sel B darah tepi, dengan variasi yang luas antar individu. 15,16 Frekuensi cenderung meningkat seiring bertambahnya usia. 17 Awalnya, dianggap bahwa BCL2 sel sirkulasi translokasi-positif adalah sel B naif poliklonal, yang berasal dari berbagai peristiwa translokasi independen, dan terakumulasi dalam kompartemen sel B matang ini. Namun, studi elegan kemudian mengungkapkan bahwa sel pembawa t (1418) pada orang dewasa yang sehat sebagian besar hadir di antara sel imunoglobulin M-positif (IgM + )IgD + CD27 + memori B dengan mutasi somatik. IGV gen, dan kumpulan sel tersebut sebagian besar didominasi oleh 1 atau beberapa klon. 18,19 Klon ini sering bertahan, dan, dalam beberapa kasus, ditunjukkan bahwa klon yang beredar dalam darah perifer beberapa tahun sebelum diagnosis FL telah membawa sejumlah lesi genetik selain BCL2 translokasi. 20,21 Studi gabungan dengan sel B manusia dan model murine menunjukkan bahwa sel B terus-menerus mengekspresi BCL2 melewati beberapa bagian GC sampai akhirnya menghasilkan FL (Gambar 2). 22

    Skenario untuk patogenesis FL. Selama perkembangan awal sel B, dalam kasus yang jarang terjadi, sel pro-B memperoleh t(1418) IGH-BCL2 translokasi sebagai kesalahan rekombinasi IGH. Ini mengarah pada ekspresi konstitutif BCL2. Sel B yang mengandung t(14:18) dapat berkembang lebih lanjut menjadi sel B naif yang matang dan dapat memasuki reaksi GC pada stimulasi antigenik. Di GC, BCL2 biasanya diturunkan regulasi untuk mempromosikan kecenderungan apoptosis sel GC B. Namun, sel GC B pembawa t (1418) memiliki keuntungan bertahan hidup, dan dapat berkembang secara klonal dan menjadi sel B memori. t(1418)-sel B positif dalam darah perifer terutama ditemukan di antara sel B memori IgM. Sel-sel tersebut dapat mengalami reaksi GC berulang dan dengan demikian memperoleh lesi genetik lebih lanjut. Pada beberapa kelenjar getah bening reaktif, GC yang didominasi oleh sel BCL2 + GC B monoklonal dapat ditemukan. Ini disebut FLIS dan klon sel B dapat dianggap sebagai premalignant karena mereka sering membawa selain t (1418) lesi genetik lebih lanjut. Dari struktur seperti itu, FL dapat berkembang setelah mutasi gen tambahan terjadi. Lebih lanjut, mutasi yang mempromosikan N-glikosilasi asam amino di daerah variabel BCR telah terdeteksi di FLIS, 28,61 sehingga stimulasi antigenik kronis sebagai faktor patogenetik tambahan yang terjadi melalui stimulasi BCR oleh lektin pada sel stroma sudah dapat terjadi di FLIS (dan mungkin bahkan lebih awal, karena mutasi yang menyebabkan N-glikosilasi mungkin terjadi pada jalur GC awal, ketika SHM sangat aktif). Hampir setengah dari kasus FL mengekspresikan IgG, sehingga pada tahap tertentu selama patogenesis FL, sebagian besar kasus telah mengalami rekombinasi class-switch (CSR).

    Skenario untuk patogenesis FL. Selama perkembangan awal sel B, dalam kasus yang jarang terjadi, sel pro-B memperoleh t(1418) IGH-BCL2 translokasi sebagai kesalahan rekombinasi IGH. Ini mengarah pada ekspresi konstitutif BCL2. Sel B yang mengandung t(14:18) dapat berkembang lebih lanjut menjadi sel B naif yang matang dan dapat memasuki reaksi GC pada stimulasi antigenik. Di GC, BCL2 biasanya diturunkan regulasi untuk mempromosikan kecenderungan apoptosis sel GC B. Namun, sel GC B pembawa t (1418) memiliki keuntungan bertahan hidup, dan dapat berkembang secara klonal dan menjadi sel B memori. t(1418)-sel B positif dalam darah perifer terutama ditemukan di antara sel B memori IgM. Sel-sel tersebut dapat mengalami reaksi GC berulang dan dengan demikian memperoleh lesi genetik lebih lanjut. Pada beberapa kelenjar getah bening reaktif, GC yang didominasi oleh sel BCL2 + GC B monoklonal dapat ditemukan. Ini disebut FLIS dan klon sel B dapat dianggap sebagai premalignant karena mereka sering membawa selain t (1418) lesi genetik lebih lanjut. Dari struktur seperti itu, FL dapat berkembang setelah mutasi gen tambahan terjadi. Lebih lanjut, mutasi yang mempromosikan N-glikosilasi asam amino di daerah variabel BCR telah terdeteksi di FLIS, 28,61 sehingga stimulasi antigenik kronis sebagai faktor patogenetik tambahan yang terjadi melalui stimulasi BCR oleh lektin pada sel stroma sudah dapat terjadi di FLIS (dan mungkin bahkan lebih awal, karena mutasi yang menyebabkan N-glikosilasi mungkin terjadi pada jalur GC awal, ketika SHM sangat aktif). Hampir setengah dari kasus FL mengekspresikan IgG, sehingga pada tahap tertentu selama patogenesis FL, sebagian besar kasus telah mengalami rekombinasi class-switch (CSR).

    sel B membawa IGH-BCL2 translokasi juga dapat dideteksi di GC dari 2% hingga 3% dari kelenjar getah bening reaktif dari orang dewasa yang sehat. 23-25 ​​Seringkali, jumlahnya agak kecil dan tersebar di antara sel-sel GC B normal. 26 Dalam kasus lain, biasanya, beberapa GC didominasi oleh sel GC B yang mengekspresikan BCL2 dengan translokasi t (1418). Ini telah ditetapkan sebagai FL in situ (FLIS). 24,27 Sel-sel mengekspresikan penanda sel B GC yang khas, seperti CD10, bersifat monoklonal, dan menunjukkan hipermutasi aktif. 24,28 Namun, tingkat proliferasi mereka lebih rendah daripada GC normal, dengan peningkatan fraksi sel B zona cahaya. 24 Perkembangan FLIS ke FL terlihat hanya pada kasus yang jarang terjadi, tetapi FLIS tampaknya mewakili lesi prekursor FL dan ekspansi klon sel B premaligna karena, dalam beberapa kasus, hubungan klonal antara FLIS dan FL berikutnya ditunjukkan, dan FLIS sering sudah membawa ketidakseimbangan genomik sebagai lesi genetik lebih lanjut selain t (1418). 29,30


    METABOLISME HDL DAN ATHEROSKLEROSIS

    HDL dan Transportasi Kolesterol Terbalik

    Apolipoprotein A-I (apoA-I) adalah protein utama pada HDL dan menyediakan struktur dan fungsi. ApoA-I miskin lipid dan HDL matang keduanya berkontribusi untuk menghilangkan kolesterol dari makrofag dan mencegah pembentukan sel busa (Gambar 2). Meskipun fluks kolesterol dari makrofag ke HDL (atau apoA-I) mengurangi akumulasi kolesterol pada lesi, aliran bersih kolesterol dari lesi memiliki sedikit atau tidak berpengaruh pada kadar kolesterol sistemik. Namun demikian, penghabisan kolesterol makrofag ke HDL mengurangi peradangan dan beban aterosklerotik, dan merupakan langkah pertama dalam transportasi kolesterol terbalik (RCT) (Gambar 10) (685-687). Jalur ini pertama kali dijelaskan pada tahun 1966 (688). Tingkat di mana kolesterol mengalir melalui jalur RCT lebih penting daripada tingkat stabil HDL-kolesterol (HDL-C). Menariknya, pergerakan kolesterol dari makrofag ke HDL terjadi melalui setidaknya 4 rute (70). Pertama, apoA-I yang miskin lipid merangsang pengeluaran fosfolipid dan kolesterol bebas melalui interaksi dengan transporter kaset pengikat ATP A1 (ABCA1) (Gambar 2), yang menghasilkan HDL pra-beta dan partikel diskoidal yang baru lahir (689). Semakin lipid apoA-1 menjadi, partikel HDL diskoid bertransisi menjadi struktur bola dan kehilangan kemampuannya untuk berinteraksi dengan ABCA1 dan merangsang penghabisan kolesterol melalui ABCA1. Partikel HDL diskoidal dan partikel HDL sferis matang juga dapat meningkatkan penghabisan kolesterol bebas dari transporter lain, transpor kaset pengikat ATP G1 (ABCG1), yang diperkirakan berada pada organel sub-seluler yang bertentangan dengan membran plasma (Gambar 2) ( 690.691). Transporter ini adalah pengatur penting dari ketersediaan kolesterol seluler perdagangan kolesterol intraseluler, dan ekspor kolesterol (690.692). Reseptor utama HDL untuk pengambilan kolesteril ester (CE), reseptor pemulung BI (SR-BI), juga merupakan pengangkut kolesterol bebas dua arah yang memfasilitasi penghabisan dan masuknya kolesterol bebas antara sel dan HDL matang (693-695) (Gambar 2). Arah bersih fluks kolesterol ditentukan oleh gradien konsentrasi kolesterol (membran plasma dan rasio HDL kolesterol bebas terhadap fosfolipid) (696) serta oleh subspesies fosfolipid (697.698). Akhirnya, kolesterol dapat dengan mudah berpindah dari membran plasma ke HDL melalui difusi air pasif, yang merupakan rute utama penghabisan kolesterol dari makrofag (Gambar 2) (70.687.695). Pada HDL kolesterol bebas dilarutkan dalam lapisan permukaan fosfolipid dan dengan cepat diesterifikasi oleh lesitin:kolesterol asiltransferase (LCAT) (Gambar 6), dan CE hidrofobik kemudian dimobilisasi ke inti HDL (699.700).

    Gambar 10.

    Fungsi Menguntungkan dari HDL. HDL memediasi sejumlah proses ateroprotektif. HDL sangat penting dalam transportasi kolesterol terbalik di mana ia memediasi langkah pertama menghilangkan kolesterol dari sel busa perifer dan makrofag untuk dibersihkan oleh hati. HDL dapat secara langsung memediasi langkah terakhir dalam transpor kolesterol terbalik dengan mengantarkan kolesterol ke hati melalui interaksi dengan SR-BI. HDL mengurangi oksidasi LDL dan status oksidatif sel dengan menghilangkan hidroperoksida lipid dari LDL dan sel. HDL juga mencegah oksidasi LDL melalui enzim anti-oksidan (PON1, LCAT, dan Lp-PLA2) dan dengan pengurangan hidroperoksida lipid oleh apoA-I. HDL mempertahankan penghalang sel endotel dengan merangsang vasorelaksasi yang dihasilkan dari peningkatan produksi oksida nitrat dari pensinyalan yang diinduksi HDL melalui sejumlah reseptor sel endotel (SR-BI, S1P, ABCG1). HDL mencegah pembentukan trombus dengan menghambat faktor koagulasi dan dengan merangsang penghabisan kolesterol dari trombosit melalui SR-BI untuk mengurangi agregasi trombosit. HDL mencegah apoptosis sel endotel dan makrofag dengan memberi sinyal jalur yang memodulasi ekspresi protein pro-apoptosis, Bid, dan faktor anti-apoptosis, Bcl-xl. HDL juga mengurangi kerentanan apoptosis dengan mengurangi stres retikulum endoplasma dengan menghilangkan kelebihan kolesterol bebas dan hidroperoksida lipid dari sel. HDL membatasi peradangan lesi aterosklerotik dengan menghambat aktivasi sel endotel yang menghasilkan lebih sedikit perekrutan monosit. HDL juga mengurangi peradangan lesi dengan mempromosikan fenotipe M2 anti-inflamasi makrofag melalui pensinyalan ABCA1/JAK2 untuk meningkatkan produksi sitokin anti-inflamasi (IL-10, TGF-β). HDL menghambat konversi ke fenotipe M1 inflamasi makrofag dengan mencegah aktivasi antigen spesifik sel T helper 1 (Th-1) untuk menghasilkan interferon gamma. HDL mengandung berbagai protein dan lipid bioaktif yang mengatur fungsi HDL. Selain itu, HDL mengontrol sejumlah proses ateroprotektif dengan memodulasi ekspresi gen dengan mentransfer microRNA ke sel penerima.

    HDL matang bulat kemudian mengangkut CE ke sel dan jaringan perifer, dan kembali ke hati sebagai bagian dari jalur RCT (Gambar 10). HDL mengantarkan CE ke hati melalui 2 rute utama. HDL mengantarkan CE ke hati melalui pengikatan ke SR-BI (Gambar 6), yang mendorong pengambilan selektif lipid inti (694). Rute utama lain dari pengiriman kolesterol ke hati dimediasi melalui LDL dan reseptor LDL (LDLR) (Gambar 6) (701). Dalam sirkulasi, HDL menukar CE untuk TG dari VLDL dan LDL melalui aktivitas cholesteryl ester transfer protein (CETP) (Gambar 6), dan tindakan ini bertanggung jawab untuk mengarahkan CE melalui jalur reseptor LDL (702). Selain jalur utama ini, pengambilan HDL oleh holopartikel juga dapat berkontribusi pada pengiriman HDL-CE ke hati. Hepatosit, dan banyak jenis sel lain di jaringan lain, kemungkinan berpartisipasi dalam retro-endositosis HDL di mana partikel apoA-I atau HDL diambil oleh endositosis dan disekresikan kembali tanpa degradasi pada endosom dan lisosom akhir (703.704). SR-BI dan CD36 dapat berpartisipasi dalam proses ini serta reseptor HDL potensial lainnya (705-707). Misal seperti F0F1 ATPase dan P2Y13 reseptor telah dilaporkan untuk memfasilitasi penyerapan seluruh partikel HDL (703.704.708.709). Hati kemudian mengekskresikan baik kolesterol dan asam empedu yang berasal dari kolesterol ke dalam empedu yang dikeluarkan dari tubuh dalam tinja, sehingga menyelesaikan RCT dari makrofag perifer ke empedu melalui HDL dan hati (710). Bukti terbaru menunjukkan ada juga kemungkinan jalur HDL-independen untuk penghapusan kolesterol sistemik melalui ekskresi kolesterol transintestinal (TICE) (711). Secara historis, sifat anti-aterogenik HDL sebagian besar dikaitkan dengan peran HDL dalam RCT dan menghilangkan kelebihan kolesterol dari makrofag dan jaringan perifer. Namun, fungsi HDL alternatif yang terus muncul kemungkinan secara signifikan berkontribusi pada perlindungan HDL terhadap CVD.

    Tingkat HDL dan Risiko CVD

    Secara historis, HDL-C identik dengan istilah HDL, namun jumlah kolesterol dalam kumpulan HDL (HDL-C) dan jumlah serta kualitas partikel HDL (HDL-P) adalah konsep independen yang penting untuk dipertimbangkan dalam konteksnya. dari fungsi HDL. Beberapa dekade studi epidemiologi berkualitas tinggi telah dengan jelas menunjukkan bahwa kadar HDL-C berkorelasi terbalik dengan risiko dan kejadian CVD, terlepas dari ras, jenis kelamin, dan etnis (712). Dalam studi terkontrol dengan baik menilai risiko CVD menggunakan pendekatan multivariat untuk menyesuaikan kovariat, baik apoA-I dan HDL-C adalah prediktor independen yang kuat dari risiko CVD (474). Meskipun demikian, kadar HDL-C juga berkorelasi terbalik dengan resistensi insulin, obesitas, dan trigliserida. Dengan demikian, kausalitas HDL-C dalam perlindungan dari CVD sulit untuk didefinisikan dan agak kontroversial, terutama karena perbedaan epidemiologis antara respons dosis tingkat HDL-C dengan hasil CVD. Ada kemungkinan bahwa kadar HDL-C mungkin hanya menjadi biomarker untuk CVD dan tidak memainkan peran kausal dalam aterosklerosis namun, peningkatan jumlah studi fungsional jelas mendukung relevansi fungsional HDL dalam mekanisme biokimia aterosklerosis. Bagaimanapun, studi epidemiologi selama 50 tahun terakhir telah memberikan banyak wawasan tentang risiko HDL-C dan CVD. Bukti pertama datang dari Framingham Heart Study pada tahun 1966 yang menunjukkan hubungan antara HDL-C dan ASCVD (713). Pada tahun 1975, kadar HDL-C ditemukan berbanding terbalik dengan CVD dalam percobaan di Norwegia (Tromso Heart Study) (714). Pada tahun-tahun berikutnya, Studi Jantung Honolulu (1976) (715) dan Studi Jantung Framingham (1977) (559) keduanya melaporkan bahwa banyak pasien CVD memiliki kadar HDL-C yang rendah. Selama bertahun-tahun, kadar HDL-C yang rendah telah dilaporkan secara konsisten terkait dengan peningkatan risiko ASCVD dan kejadian (716-718). Pada akhir 1980-an dan awal 1990-an, hubungan antara HDL-C dan CVD diterima secara umum, karena penelitian selama periode ini menetapkan bahwa kadar HDL-C yang rendah dikaitkan dengan risiko CVD terlepas dari faktor risiko lain bahkan pada pasien dengan kadar kolesterol total normal. (719-721).

    Uji Hasil Klinis

    Sebelum era statin, hasil dari uji klinis terkontrol secara acak menunjukkan bahwa peningkatan kadar HDL-C 1 mg/dL atau 1% mengurangi kematian akibat CVD sebesar 3-4% (722.723). Dalam Studi Pencegahan Aterosklerosis Koroner Angkatan Udara/Texas (AFCAPS/TexCAPS), pengobatan pria dan wanita dengan kadar TC dan LDL-C rata-rata dan kadar HDL-C di bawah rata-rata dengan lovastatin (20-40 mg) mengurangi LDL-C sebesar 25% dan meningkatkan HDL-C 6%, menghasilkan penurunan 37% dalam risiko kejadian koroner akut besar pertama (724). Hasil ini menunjukkan bahwa terapi statin efektif dalam mengurangi risiko CVE pada subjek dengan HDL-C rendah. Sejauh mana manfaat yang diperoleh dari peningkatan HDL-C tidak jelas. Studi yang diselesaikan pada subjek yang menggunakan statin telah menghasilkan hasil yang tidak konsisten sehubungan dengan pentingnya meningkatkan HDL-C sebagian karena bukti yang menunjukkan bahwa penggunaan statin (fluvastatin) pada subjek dengan HDL-C rendah menurunkan penyakit arteri koroner (CAD) dengan sedikit atau tanpa peningkatan Kadar HDL-C (725-727). Dalam studi regresi fluvastatin, subjek dengan HDL-C rendah pada plasebo menunjukkan peningkatan perkembangan penyakit (angiografi) dibandingkan dengan subjek dengan kadar HDL-C tinggi (727). Secara kolektif, bukti dari ini dan sejumlah besar studi epidemiologi sangat mendukung hubungan terbalik yang jelas antara tingkat HDL-C dan risiko CVD. Hal ini ditunjukkan secara klinis sebagai peningkatan kadar HDL melalui suntikan HDL yang dilarutkan (rHDL) menghasilkan regresi plak aterosklerotik, seperti yang ditentukan oleh ultrasonografi intravaskular (728). Sejumlah penelitian pada hewan dengan jelas mendukung hipotesis HDL-C. Misalnya, peningkatan HDL pada tikus dan kelinci secara konsisten menghambat aterogenesis (729-731). Namun, meningkatkan kadar HDL-C dengan terapi tunggal atau kombinasi untuk mengurangi risiko dan kejadian telah terbukti menantang. Dua percobaan hasil klinis utama dari peningkatan HDL dengan niasin gagal menunjukkan manfaat. Pada subjek dengan CAD dengan kadar LDL-C yang dikontrol dengan baik dengan statin, penambahan niasin pelepasan diperpanjang di AIM-HIGH (732) dan niasin pelepasan diperpanjang ditambah laropiprant (penghambat reseptor prostaglandin D2 untuk menghambat pembilasan) di HPS-2THRIVE (733) gagal untuk mengurangi hasil kardiovaskular. Namun, keterbatasan struktural dari dua desain percobaan Niacin memperumit interpretasi mereka (734). Selain itu, uji coba hasil kardiovaskular utama dari 3 penghambat CETP torcetrapib (735), dalcetrapib (736), evacetrapib kini gagal menunjukkan manfaat dalam mengurangi kejadian kardiovaskular. Baru-baru ini, penghambat CETP (anacetrapib) diuji dalam uji coba REVEAL, yang merupakan uji coba hasil positif (737). Namun, manfaat anacetrapib dalam mengurangi CVE tampaknya sebagian besar dijelaskan oleh penurunan non-HDL, daripada peningkatan HDL-C (738). Baru-baru ini, dua produk apoA-I rekombinan MDCO-216 dan CER001 tidak menunjukkan manfaat dalam studi pencitraan (739.740). Secara kolektif, kegagalan studi klinis ini telah menimbulkan keraguan tentang hipotesis HDL. Memang, meningkatkan HDL-C saat ini bukan target utama untuk intervensi terapeutik. Namun demikian, infus HDL pada manusia telah dilaporkan meningkatkan fungsi endotel, yang seharusnya berkontribusi pada penghambatan aterogenesis (741). Saat ini, terapi infus partikel HDL belum terbukti menjadi pendekatan yang efektif untuk mengurangi kejadian kardiovaskular (742) namun, uji klinis dengan HDL yang dilarutkan masih berlangsung. Lebih lanjut, penelitian terbaru menunjukkan bahwa jumlah partikel HDL dan kapasitas penghabisan kolesterol merupakan indikator risiko PJK yang lebih baik daripada kadar HDL-C (743.744). Penargetan terapeutik dari muatan, kualitas, dan fungsi non-kolesterol HDL muncul dan mendapatkan dukungan, karena HDL memiliki banyak sifat biologis lain yang kemungkinan berkontribusi terhadap pencegahan aterosklerosis dan CVD (745). Selain itu, mengukur fungsi HDL, termasuk kapasitas penghabisan kolesterol, akan memberikan indeks risiko yang lebih baik daripada kadar HDL-C kondisi mapan (746).

    Nomor Partikel dan Penghabisan Kolesterol

    Pukulan besar terhadap kausalitas HDL pada aterosklerosis berasal dari studi genetik. Gangguan Mendel yang mengakibatkan kadar HDL-C sangat rendah telah menghasilkan data yang bertentangan, karena mutasi pada gen lipoprotein kritis (misalnya apoA-I) ditemukan terkait dengan perlindungan dari aterosklerosis dalam satu penelitian (747) dan peningkatan risiko dalam penelitian lain (748 ). Mutasi ApoA-I Milano dikaitkan dengan rendahnya kadar HDL-C dan penurunan risiko CVD (747). Infus apoA-I Milano rekombinan dilaporkan menginduksi regresi aterosklerosis (749), tetapi belum ada kemajuan yang jelas dalam mengembangkannya sebagai pendekatan terapi sejak studi regresi awal diterbitkan. Bukti bahwa beberapa penyebab genetik dari HDL-C rendah dikaitkan dengan peningkatan risiko aterosklerosis dini, sedangkan yang lain tidak, mendukung gagasan bahwa fungsi HDL mungkin lebih penting daripada kadar HDL-C. Meskipun demikian, gangguan Mendel tingkat HDL-C rendah jarang terjadi, dan dengan demikian ukuran sampel dalam penelitian ini terbatas dan sulit untuk menarik kesimpulan yang akurat. Untuk mengatasi masalah ini, studi asosiasi genom-lebar diselesaikan untuk mencoba menyelesaikan apakah HDL-C adalah indeks risiko atau faktor penyebab. Studi ini terbatas karena banyak varian yang menaikkan atau menurunkan kadar HDL-C juga mempengaruhi lipoprotein lain, yaitu kadar LDL-C. Misalnya, varian dalam CETP meningkatkan kadar HDL-C dan mengurangi kadar LDL-C, yang memperumit prediksi risiko berdasarkan kadar HDL-C (750). Namun demikian, penelitian telah menemukan bahwa varians semata-mata terkait dengan kadar HDL-C tidak terkait dengan kejadian kardiovaskular. Misalnya, polimorfisme nukleotida tunggal (SNPs) dalam lipase endotel (LIPG), yang meningkatkan kadar HDL-C, tidak terkait dengan penurunan CVD (751).

    Karena uji klinis gagal yang ditujukan untuk meningkatkan kadar HDL-C dan studi genetik tidak secara seragam mendukung kausalitas untuk HDL-C pada CVD, uji fungsional HDL dalam studi prospektif di masa depan kemungkinan akan memberikan resolusi lebih besar terhadap peran kausal HDL dalam CVD. Kapasitas penghabisan kolesterol, penanda fungsi HDL, telah dilaporkan berbanding terbalik dengan risiko CVD yang tidak bergantung pada kadar HDL-C (744.746). Ini pertama kali ditunjukkan dalam studi cross-sectional menggunakan radio-tracing penghabisan kolesterol (746). Sebuah penelitian selanjutnya juga menemukan hubungan terbalik antara kapasitas penghabisan HDL dan aterosklerosis, tetapi melaporkan hubungan positif dengan kejadian kardiovaskular (752). Dalam studi ketiga menilai penghabisan kolesterol HDL dalam kohort AS menggunakan metode fluoresensi, penghabisan kembali dikaitkan dengan penurunan risiko CVD (743). Baru-baru ini, kapasitas penghabisan kolesterol HDL ditemukan berbanding terbalik dengan risiko dan kejadian CVD dalam studi prospektif kasus-kontrol bersarang besar (n=3.494 subjek) dari EPIC-Norfolk Study (744.753). Asosiasi ini independen dari banyak faktor pendiri lainnya, termasuk HDL-C, T2DM, obesitas, LDL-C, dan usia antara lain (744).

    Selain penghabisan kolesterol HDL dan indeks fungsional sebagai prediktor risiko, jumlah partikel HDL (HDL-P) juga telah dilaporkan memberikan potensi biomarker. Nomor HDL-P dapat diukur menggunakan resonansi magnetik nuklir (754) atau uji mobilitas ion yang dikalibrasi (755). HDL-P ditemukan berbanding terbalik dengan ketebalan medial intima karotis (cIMT) dan penyakit jantung koroner (PJK) terlepas dari jumlah partikel LDL dan kadar HDL-C dalam studi multi-etnis besar aterosklerosis (MESA) (756). Yang penting, HDL-P tetap berbanding terbalik dengan PJK setelah disesuaikan untuk trigliserida dan apolipoprotein B (apoB), sehingga menunjukkan bahwa HDL-P jauh lebih unggul daripada kadar HDL-C sebagai biomarker ASCVD dan kejadian (757.758). Lebih lanjut, baik kadar HDL-C maupun kadar HDL-P tidak berkorelasi dengan penghabisan kolesterol dari makrofag oleh karena itu, laju penghabisan kolesterol masih penting untuk memahami fungsi RCT dan HDL. Demikian pula, kualitas HDL lebih penting daripada tingkat apoA-I, yang juga tidak berkorelasi dengan fungsi HDL, mis. RCT (759). Sampel serum dengan kadar apoA-I dan HDL-C yang identik ditemukan memiliki kapasitas penerimaan kolesterol yang berbeda, sebagian besar karena kadar HDL pra-beta, yang berkontribusi pada perubahan penghabisan kolesterol yang dimediasi ABCA1 (759). Studi-studi ini sangat menyarankan bahwa fungsi HDL (kapasitas penghabisan kolesterol), yang bertentangan dengan tingkat HDL-C, HDL-P, dan apoA-I, memberikan penilaian risiko yang lebih penting dan prediktor yang lebih baik untuk kejadian di masa depan serta target terapi yang lebih masuk akal. untuk mengurangi risiko dan kejadian CVD. Namun, uji klinis untuk apoA-I dan HDL-P tersedia secara luas dan mapan, sedangkan uji kapasitas penghabisan kolesterol belum distandarisasi dan tetap menjadi alat penelitian saat ini.

    Komposisi dan Analisis HDL

    Secara historis, HDL telah diisolasi dengan ultrasentrifugasi gradien densitas (DGUC) berdasarkan kesetimbangan isopiknik, dan HDL telah ditentukan oleh densitasnya 1,063-1,21 g/mL sejak tahun 1950-an (760.761). Berdasarkan massa, HDL juga dapat dipisahkan dari lipoprotein lain dengan kromatografi eksklusi ukuran (kromatografi cair protein cepat, FPLC), dan berat molekul HDL berkisar antara 175.000 - 360.000 Da (762). Selain DGUC dan FPLC, kromatografi afinitas juga dapat digunakan untuk memurnikan HDL dari plasma menggunakan antibodi terhadap apoA-I (763) atau apoA-II, karena heterogenitas HDL mencakup partikel yang mengandung apoA-I:apoA-II (75%) atau apoA-I saja (25%) (763.764). Selanjutnya, fraksinasi aliran medan aliran asimetris sekarang digunakan untuk mengisolasi dan mengkarakterisasi HDL (765). HDL juga dapat dipisahkan dengan elektroforesis gel gradien non-denaturasi, mis. elektroforesis gel poliakrilamida. HDL besar (HDL)2, diameter 8,8-12,9 nm) dan HDL kecil (HDL3, 7,2-8,8 nm) keduanya adalah partikel yang bermigrasi α (muatan negatif tinggi), sedangkan HDL pra-β (5,4-7 nm) adalah partikel yang bermigrasi β yang didefinisikan. Untuk mengukur partikel HDL pra-β, elektroforesis gel 2-D sering digunakan untuk memisahkan pra-β dari HDL matang (766). Nomor HDL-P dapat diukur baik dengan spektroskopi resonansi magnetik nuklir atau tes mobilitas ion terkalibrasi. HDL juga dapat diukur dan dikualifikasikan dengan metode lain, termasuk ultrasentrifugasi rotor vertikal, dan mikroskop elektron transmisi.

    HDL sangat dinamis dan harus diakui sebagai kumpulan sub-kelas heterogen dengan ukuran, bentuk, kepadatan, komposisi protein, dan keragaman lipid yang berbeda. ApoA-I bebas lipid disekresikan dari hati dan usus halus sebagai heliks amfipatik, dan dengan cepat dilipidasi oleh ABCA1 untuk membentuk HDL pra-β, yang kemudian menjadi diskoid setelah menerima fosfolipid dan kolesterol bebas dari hepatosit dan sel perifer. . Setelah lipidasi dan akumulasi kolesterol dan esterifikasi lebih lanjut, bentuk HDL bulat yang baru lahir dengan diameter berkisar 7-12 nm. HDL matang mengandung 3-4 molekul apoA-I yang 1 di antaranya tetap berada pada partikel dan apoA-I lainnya bebas untuk (melepas) berasosiasi (bertukar) di dalam dan di luar partikel dengan HDL lainnya. Hal ini terutama terkait dengan penataan ulang fase air dan luas permukaan HDL (767). Dengan demikian, HDL berada dalam keadaan remodeling dan interkonversi yang konstan. Setiap partikel HDL bulat memiliki sekitar 50-130 fosfolipid, 10-50 molekul kolesterol bebas, 30-90 molekul CE, dan 10-20 molekul trigliserida (TG) (536). Phosphatidylcholine membuat jumlah terbesar lipid pada HDL (sekitar 90%) namun, lebih dari 200 spesies lipid telah dilaporkan, termasuk sphingolipids, asilgliserol, isoprenoid, gliserofosfolipid, dan vitamin (768.769). Proteom HDL telah dipelajari secara ekstensif dan ada konsensus umum sekitar 80 protein (770.771). Selain apoA-I dan apoA-II, HDL mengangkut lebih dari selusin apolipoprotein lain, serta banyak enzim dan faktor lainnya. HDL juga telah ditemukan untuk mengangkut RNA kecil, yaitu microRNAs (miRNA), yang ditemukan diubah pada hiperkolesterolemia dan aterosklerosis (772.773). Yang paling menarik, HDL telah ditunjukkan untuk mengangkut berbagai macam RNA kecil non-inang eksogen, termasuk fragmen rRNA dan tRNA yang berasal dari spesies bakteri dan jamur yang ada di mikrobioma dan lingkungan (774). Ukuran HDL ditentukan oleh jumlah CE dan trigliserida (TG) dalam inti hidrofobik, dan HDL umumnya dipisahkan menjadi 5 sub-kelas berdasarkan ukuran. Sub-spesies HDL yang berbeda telah dikaitkan dengan risiko CVD, dan sub-spesies tersebut memiliki fungsi biologis yang berbeda, mis. HDL besar kurang anti-inflamasi (775-777). Banyak muatan atau komponen HDL diperkaya dalam subkelas HDL kecil yang menyediakan banyak fungsi alternatif untuk kumpulan HDL total (778.779). Konsentrasi semua partikel HDL dalam plasma adalah sekitar 20 umol/L, namun partikel HDL kecil adalah sub-kelas yang paling melimpah sekitar 10 umol/L. HDL adalah partikel heterogen yang mengangkut berbagai macam protein, lipid, dan asam nukleat, yang memberikan banyak sifat biologis HDL dan fungsi yang bermanfaat dalam kesehatan dan disfungsi pada penyakit tertentu.

    Pensinyalan Sel HDL

    Banyak fungsi seluler HDL - kelangsungan hidup sel, proliferasi, vasodilatasi -- dimediasi oleh kaskade pensinyalan sel yang diinduksi HDL (780). Dengan demikian, HDL dapat dicirikan sebagai agonis mirip hormon. Meskipun pekerjaan substansial masih tetap ada dalam mengidentifikasi protein pengikat HDL dan reseptor pada permukaan sel, HDL telah ditemukan untuk mengaktifkan banyak kaskade pensinyalan melalui berbagai reseptor. Contoh yang paling banyak dipelajari dari hal ini adalah kemampuan HDL untuk mengikat membran plasma dan melalui pensinyalan sel memobilisasi kolesterol dari simpanan intraseluler dalam organel ke membran plasma untuk penghabisan. Ini telah dikaitkan dengan aktivasi protein kinase C (PKC) yang diinduksi HDL (781). Secara khusus, apoA-I mengikat ABCA1 dan mengaktifkan lipase fosfatidilkolin, yang mengaktifkan PKC yang mengarah pada pergerakan kolesterol seluler dari simpanan intraseluler ke membran plasma untuk penghabisan, serta fosforilasi ABCA1 yang dimediasi PKC, yang meningkatkan stabilitas transporter. dan aktivitas penghabisan (782-784). Ini adalah contoh utama dari pensinyalan sel yang diinduksi HDL yang berkontribusi pada kapasitas penghabisan kolesterol HDL, yang mengurangi beban kolesterol untuk makrofag dalam lesi, mencegah pembentukan sel busa, dan menentang aterogenesis. Jalur pensinyalan lain yang diinduksi HDL yang menghasilkan peningkatan kolesterol dan penghabisan lipid termasuk protein kinase A (PKA) (785.786), protein kontrol pembelahan sel 42 (Cdc42) (787), dan kaskade Janus kinase-2 (JAK2) (788.789). Pensinyalan sel yang diinduksi HDL (yaitu apoA-I) melalui ABCA1 juga menekan aktivasi fenotipe M1 makrofag dan produksi sitokin pro-inflamasi (Gambar 10), dan mendorong sekresi sitokin anti-inflamasi fenotipe M2 (misalnya interleukin 10 (IL-10)) melalui Pensinyalan JAK2 dan aktivasi transduser sinyal dan aktivator transkripsi 3 (STAT3) (75). Selain itu, aksis apoA-I:ABCA1:JAK2 dilaporkan menekan inflamasi pada sel endotel melalui aktivasi siklooksigenase-2 (COX-2) yang menyebabkan peningkatan prostaglandin (PGI).2), yang juga menekan aterogenesis (790).HDL juga telah dilaporkan menginduksi pensinyalan sel melalui SR-BI. Pengikatan HDL ke loop ekstraseluler SR-BI dilaporkan memicu aktivasi domain terminal sitoplasma C SR-BI yang mengarah ke fosforilasi protein kinase Src dan aktivasi hati kinase B1 (LKB1) dan protein kinase yang bergantung pada calmodulin ( CAMK) (791.792). Hal ini menghasilkan pensinyalan sel melalui downstream kinase – AMP-activated protein kinases (AMPK) (792), protein kinase Akt (791), dan mitogen-activated protein kinase (MAPK)(791) – yang pada akhirnya mengatur angiogenesis ( ubiquitin ligase Siah (Siah1/2) dan hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α) (793), sensitivitas insulin (glucose transporter 4 (Glut4)(794)), re-vaskularisasi (Rac1(795)), dan vasodilatasi (COX (796), endotel nitric oxide synthase (eNOS) (797.798)). Menariknya, makrofag SR-BI baru-baru ini terbukti memediasi eferositosis (fagositosis sel-sel mati) dalam pengaturan aterosklerosis melalui jalur pensinyalan Src/Akt/Rac1, mengurangi nekrosis pada lesi (185). Semua efek hilir ini berkontribusi pada fungsi HDL, dan pada tingkat aterogenesis yang lebih rendah.

    Aktivasi pensinyalan HDL yang paling kuat dimediasi oleh lipid bioaktif pada HDL, yaitu lysosphingolipid sphingosine-1-phosphate (S1P). Mayoritas S1P dalam sirkulasi dikaitkan dengan HDL, dan HDL-S1P mengaktifkan reseptor S1P berpasangan G (S1P1-5) pada permukaan banyak jenis sel vaskular, termasuk makrofag, sel endotel, dan sel otot polos. Aktivasi S1P1 dan S1P2 reseptor mengaktifkan sejumlah kaskade pensinyalan dan faktor yang secara langsung berkontribusi pada banyak sifat anti-aterogenik HDL, termasuk meningkatkan fungsi penghalang endotel (799) dan angiogenesis (800.801) sambil mengurangi peradangan (802) dan apoptosis (803). HDL juga ditemukan menghambat migrasi otot polos melalui pensinyalan S1P, faktor kunci dalam restenosis dan perkembangan plak (804). Semua ini adalah proses penting untuk aterogenesis. Untuk mendukung penelitian ini, subjek dengan CAD ditemukan mengalami penurunan kadar HDL-S1P (805). Faktor efektor terminal utama dalam kaskade pensinyalan reseptor protein G ini adalah fokal adhesion kinase (FAK), faktor nuklir κ beta (NF-㮫), nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADPH) oksidase, eNOS, STAT3, dan B -sel limfoma-ekstra-besar (Bcl-xl) (780). Jalur pensinyalan HDL-S1P ini juga telah dikaitkan dengan vasorelaksasi (806) dan sitoprotektif (misalnya kardiomiosit) (807). Selain jalur langsung ini, HDL juga kemungkinan mengaktifkan pensinyalan sel secara tidak langsung melalui ATP (β-ATPase/P2Y12/13)(808) atau reseptor seperti tol (809). Secara kolektif, pensinyalan sel yang diinduksi HDL dalam sel vaskular dan inflamasi mendasari sifat anti-aterogenik HDL dalam kesehatan, dan defisit dalam pensinyalan HDL kemungkinan menghubungkan disfungsi HDL pada penyakit metabolik dengan peningkatan risiko aterosklerosis.

    HDL anti-inflamasi

    Di luar transportasi kolesterol terbalik, sifat anti-inflamasi HDL telah menjadi fungsi HDL yang paling banyak dipelajari dan kemungkinan memainkan peran besar dalam anti-aterogenisitas HDL (Gambar 10). Sifat anti-inflamasi HDL diberikan oleh banyak mekanisme di banyak jenis sel. Selain menyediakan penghalang vaskular, sel-sel endotel mengontrol peradangan vaskular melalui ekspresi molekul adhesi yang membantu adhesi monosit dan migrasi akhir ke dalam lesi aterosklerotik. Selain itu, sel endotel yang diaktifkan mengeluarkan sitokin dan merekrut monosit melalui pelepasan kemokin. Induksi molekul adhesi, sitokin, dan kemokin dalam sel endotel yang teraktivasi sebagian besar disebabkan oleh aktivasi transkripsi NF-㮫. Pada manusia, injeksi apoA-I mengakibatkan penurunan ekspresi molekul adhesi pada plak aterosklerotik (810). Salah satu mekanisme dimana HDL menekan sel endotel dan aktivasi monosit adalah melalui penghambatan aktivitas NF-kB dengan melemahkan aktivitas IkB kinase (811). Meskipun demikian, HDL menurunkan ekspresi molekul adhesi melalui berbagai mekanisme. Sel pra-perawatan dengan HDL atau apoA-I dilindungi dari ekspresi molekul adhesi yang diinduksi TNFα atau teroksidasi LDL (oxLDL). Selain itu, pengikatan HDL ke SR-BI juga dapat berkontribusi pada penghambatan ekspresi molekul adhesi, karena aktivasi Akt yang dimediasi SR-BI mempromosikan ekspresi heme oxygenase-1. Selain itu, peningkatan regulasi 3-beta-hidroksisteroid-delta 24 (DHCR24) oleh pengikatan HDL ke SR-BI dilaporkan mendasari kemampuan HDL untuk menekan molekul adhesi (812). Selanjutnya, penekanan HDL dari molekul adhesi intraseluler-1 (ICAM-1) dalam sel endotel ditemukan dimediasi, sebagian, melalui transfer miR-223 ke sel penerima (773). Studi terbaru juga menunjukkan bahwa TGFβ dan AMPK juga berkontribusi pada penekanan HDL pada ekspresi molekul adhesi (813).

    Selain efek mendalam HDL pada endotel vaskular, HDL menekan myelopoiesis, perekrutan monosit, aktivasi makrofag, proliferasi, dan emigrasi dari lesi aterosklerotik. Mirip dengan dampaknya pada sel endotel, HDL juga menekan ekspresi molekul adhesi di monosit, yang menghambat adhesi monosit dan migrasi ke lesi aterosklerotik (814). HDL dan apoA-I ditunjukkan untuk menekan ekspresi CD11b pada monosit manusia melalui mekanisme yang bergantung pada ABCA1 dan independen (814). Penghambatan HDL dari aktivasi monosit, yang meliputi penekanan sitokin dan molekul adhesi, dimediasi melalui reseptor gamma yang diaktifkan proliferator peroksisom (PPARγ) dan faktor transkripsi NF-kB (815). Penekanan kemokin dan sitokin dalam sel myeloid menghambat infiltrasi dan migrasi monosit yang bersirkulasi, dan dengan demikian melawan aterosklerosis. HDL juga telah dilaporkan memediasi pemrograman ulang makrofag melalui faktor transkripsi ATF3 yang mengurangi pensinyalan reseptor seperti Toll (816). Yang penting, sebagian besar penghambatan aktivasi makrofag HDL (dan apoA-I) dimediasi melalui perubahan kadar kolesterol dalam rakit lipid membran plasma melalui penghabisan kolesterol yang dimediasi oleh ABCG1/SR-BI dan ABCA1, namun, apoA-I menginduksi pensinyalan melalui ABCA1 dan jalur JAK/STAT yang tidak bergantung pada penghabisan kolesterol juga dapat berkontribusi pada efek HDL, seperti dijelaskan di atas (75.817) (814.818). HDL juga telah ditunjukkan untuk mempromosikan emigrasi makrofag melalui menghilangkan kelebihan kolesterol dan induksi jalur sinyal (208). Selain dampak HDL pada monosit dan makrofag, HDL juga sangat menekan aktivasi neutrofil dan sekresi sel otot polos vaskular dari monosit chemoattractant protein-1 (MCP1) (819).

    Selain peran HDL dalam imunitas bawaan, bukti terbaru menunjukkan bahwa HDL memainkan peran ganda dalam imunitas adaptif (820). Tikus yang kekurangan apoA-I mengembangkan autoimunitas ketika ditantang dengan kolesterol tinggi (diet dan latar belakang, Ldlr -/- ), yang meliputi aktivasi sel T dan produksi autoantibodi (821.822). Fenotipe ini diselamatkan dengan suntikan apoA-I. HDL juga telah dilaporkan menekan aktivasi antigen-presenting cell (APC) sel T dan aktivasi sel T monosit, sehingga mencegah sekresi sitokin dan kemokin proinflamasi (Gambar 10) (823.824). ApoA-I juga mencegah peralihan fenotipik T-reg menjadi sel T penolong folikel pro-inflamasi selama ateroprogresi (92). Selain itu, penghabisan kolesterol ke HDL dan apoA-I telah dilaporkan menekan myelopoiesis dan proliferasi sel induk dan progenitor myelopoietik, sebagai hilangnya fungsi untuk keduanya. Abca1 dan Abcg1 pada tikus mengakibatkan peningkatan myelopoiesis (820). Injeksi apoA-I juga ditemukan untuk menyelamatkan fenotipe ini (825). Selain itu, penghabisan HDL dan kolesterol dilaporkan menekan proliferasi progenitor megakariosit, kadar trombosit, dan trombositosis (826). Secara kolektif, HDL dan apoA-I menghambat tingkat sirkulasi sel progenitor hematopoietik, monosit, neutrofil, dan trombosit yang semuanya berkontribusi pada kapasitas HDL untuk membatasi peradangan dan aterosklerosis.

    HDL antitrombotik

    Fungsi anti-aterogenik lain dari HDL adalah kapasitas untuk secara langsung dan tidak langsung menghambat aktivasi trombosit, agregasi, dan pembentukan trombus (Gambar 10). Kadar HDL-C ditemukan berbanding terbalik dengan pembentukan trombus pada manusia (827). HDL diperlukan untuk menghilangkan kelebihan kolesterol dari membran plasma trombosit untuk fungsi yang tepat, dan trombosit yang diisolasi dari tikus yang kekurangan SR-BI untuk memediasi penghabisan kolesterol ke HDL ditemukan lebih rentan terhadap aktivasi (828.829). Penghabisan kolesterol yang dimediasi HDL dan siklodekstrin ditemukan menghambat agregasi trombosit (828). Namun, pensinyalan sel yang diinduksi HDL melalui pengikatan ke glikoprotein IIb/IIIa pada permukaan trombosit dilaporkan mengaktifkan fosfolipase C (PLC) dan PKC, sehingga menyebabkan fluks melalui sistem antiport Na+/H+ (717). Jalur ini dapat mengakibatkan alkalisasi sitoplasma dan pelepasan kalsium, yang dapat mengurangi aktivasi trombosit (830). Selanjutnya, HDL yang bergantung pada dosis menghambat aktivasi trombosit yang distimulasi, yang menyebabkan penurunan agregasi trombosit, sekresi granul, dan pengikatan fibrinogen. Pada tikus, injeksi apoA-I menghambat pembentukan trombus dan mengurangi massa trombus (831). Efek antitrombotik HDL juga dimediasi, sebagian, melalui kemampuan HDL untuk menghambat faktor jaringan dan faktor X, Va, dan VIIIa (Gambar 10) (832). HDL juga mencegah pembentukan trombus melalui pensinyalan sel dan produksi oksida nitrat (NO) dalam sel endotel (828), dan penekanan faktor jaringan dan ekspresi faktor pengaktif trombosit dalam sel endotel (833.834). HDL juga mengurangi pengaruh eritrosit pada pembentukan trombus (835). Secara kolektif, HDL memiliki beberapa mekanisme biologis yang menghambat pembentukan trombus, dan dengan demikian, berkontribusi pada sifat anti-aterogenik HDL.

    HDL Pro-Vasodilatasi

    Endotelium secara signifikan berkontribusi pada tonus vaskular, dan HDL memberikan perlindungan terhadap aktivasi sel endotel, apoptosis, dan hilangnya fungsi penghalang, yang sangat penting untuk aterogenesis. HDL telah dilaporkan menginduksi vasodilatasi yang bergantung pada endotel pada cincin aorta (806), dan individu dengan HDL yang rendah telah mengurangi vasorelaksasi yang bergantung pada endotel (Gambar 10) (741). Manfaat HDL untuk sel endotel sebagian besar dimediasi oleh pensinyalan sel melalui phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) dan Akt dan diinduksi oleh lipid bioaktif dan protein terkait pada HDL, termasuk lysosulfatide, S1P, dan sphingosylphosphorylcholine (SPC) (791.798.806). Hasil utama dari pensinyalan sel yang diinduksi HDL adalah produksi NO (Gambar 10) melalui fosforilasi eNOS yang diinduksi oleh pensinyalan dan peningkatan ekspresi eNOS (791,836). HDL dapat memicu eNOS-fosforilasi melalui SR-BI, reseptor S1P (S1P1-5), dan penghabisan kolesterol yang dimediasi ABCG1 (806.837). NO yang diinduksi HDL mendasari banyak sifat bermanfaat HDL untuk sel endotel, termasuk vasodilatasi yang diinduksi HDL, pengetatan sambungan sel-ke-sel dan peningkatan fungsi penghalang, diferensiasi sel progenitor endotel, kelangsungan hidup dan proliferasi sel, migrasi sel, penghambatan apoptosis, dan supresi ekspresi molekul adhesi. Selain itu, HDL juga memiliki sifat NO-independen pada sel endotel, termasuk proliferasi yang diinduksi, peningkatan fungsi penghalang, penekanan peradangan dan penurunan apoptosis (838). Studi-studi ini dengan jelas mendefinisikan peran yang bermanfaat untuk HDL dalam integritas vaskular, yang mendasari perlindungan HDL terhadap aterosklerosis.

    HDL anti-apoptosis

    HDL memiliki beberapa sifat anti-apoptosis yang meningkatkan kelangsungan hidup sel (Gambar 10). Dengan berbagai metrik, HDL mendukung fungsi mitokondria dan mencegah pelepasan sinyal apoptosis, termasuk sitokrom C (205.839). Selain itu, HDL mendorong ekspresi Bcl-xl, yang merupakan faktor anti-apoptosis yang kuat dan menekan Bid, yang merupakan protein pro-apoptik (839.840). HDL memediasi perubahan ekspresi gen ini melalui pensinyalan sel dan produksi NO melalui aktivasi reseptor permukaan oleh protein terkait HDL dan lipid bioaktif, termasuk apolipoprotein J (apoJ) dan S1P (803.840). Selain itu, kemungkinan ada mekanisme anti-apoptosis alternatif yang dihasilkan dari pensinyalan yang diinduksi HDL. Meskipun demikian, HDL telah terbukti menekan apoptosis pada sel endotel (Gambar 10) yang diaktifkan dengan faktor nekrosis tumor (TNFα) dan oxLDL (839.841.842). Protein HDL (apolipoprotein M, apoM) dan lipid pengikat apoM (S1P) berkontribusi pada kemampuan HDL untuk meningkatkan tight junction dan kelangsungan hidup sel endotel (843). Tikus yang kekurangan apoM telah mengurangi tingkat S1P dan hilangnya fungsi penghalang endotel (843). Kemampuan HDL untuk mendukung fungsi penghalang endotel adalah fitur kunci dari sifat anti-aterosklerosis dan merupakan contoh klasik dari kontrol HDL ekspresi gen seluler dan fenotipe yang bermanfaat bagi kesehatan pembuluh darah. Namun, HDL juga memiliki banyak kapasitas di ruang ekstraseluler (misalnya plasma) yang melindungi terhadap aterosklerosis.

    HDL anti-oksidatif

    Faktor kunci dalam aktivasi monosit dan kemotaksis di dinding pembuluh darah adalah akumulasi oxLDL, yang lebih pro-inflamasi dan pro-aterogenik daripada LDL yang tidak dimodifikasi. LDL dapat dioksidasi oleh berbagai mekanisme endogen (844). Di dinding pembuluh darah, LDL dapat dimodifikasi (dioksidasi) oleh banyak jenis sel, termasuk sel otot polos pembuluh darah, sel endotel, dan makrofag (776). Hebatnya, HDL mencegah oksidasi LDL (Gambar 10) dan bukti terbaru menunjukkan bahwa ini dapat terjadi melalui 4 protein berbeda yang beredar pada HDL – apoA-I (845.846), LCAT (847), fosfolipase A2 terkait lipoprotein (Lp- PLA2) (848.849), dan paraoxonase 1 (PON1) (430.846). Pertama, HDL hanya dapat menyerap lipid teroksidasi atau faktor pengoksidasi dari sel yang mencegah hubungannya dengan LDL dan modifikasi lipid dan protein LDL. Selain itu, HDL menghilangkan hidroperoksida lipid dari partikel LDL (846). Secara khusus, apoAI kecil yang mengandung partikel HDL adalah yang paling efisien dalam menerima hidroperoksida lipid, yang direduksi menjadi hidroksida lipid yang tidak aktif melalui oksidasi residu metionin dalam apoA-I (850). Dibandingkan dengan apoA-II, residu metionin dalam apoA-I secara konformasi lebih kondusif untuk mereduksi hidroperoksida lipid (851,852). Selain itu, HDL dengan kolesterol bebas permukaan rendah dan sphingomyelin lebih efisien dalam menerima hidroperoksida lipid (745.853). Kapasitas HDL untuk mencegah oksidasi melalui mekanisme ini juga dipertahankan oleh penghilangan selektif hidroperoksida dan hidroksida lipid HDL oleh hepatosit SR-BI (854). Selain itu, ApoA-I metionin sulfoksida direduksi menjadi metionin oleh metionin sulfoksida reduktase. (850). LCAT bersirkulasi pada HDL dan juga telah dilaporkan menghambat oksidasi LDL, karena ekspresi berlebih LCAT pada tikus mengurangi oksidasi LDL sebagaimana ditentukan oleh autoantibodi LDL tereduksi (855). Lp-PLA2 tampaknya pro-aterogenik pada LDL dan anti-aterogenik pada HDL (856). Aktivitasnya pada HDL kemungkinan berkontribusi pada kapasitas anti-oksidatif HDL, sebagai penghambatan Lp-PLA terkait HDL2 melemahkan kemampuan HDL untuk memblokir oksidasi LDL (848). Protein HDL anti-oksidatif terkuat kemungkinan adalah PON1. Ekspresi berlebihan PON1 pada tikus memberikan peningkatan kapasitas anti-oksidatif HDL, dan PON1 sendiri mencegah oksidasi LDL in vitro (432). Yang terpenting, HDL yang diisolasi dari tikus yang kekurangan PON1 telah mengurangi kemampuan untuk mencegah oksidasi LDL. Kapasitas anti-oksidatif HDL kemungkinan memainkan peran besar dalam mencegah peradangan dan aterogenesis, dan seperti banyak fungsi alternatif lainnya, memberikan peran bermanfaat HDL dalam kesehatan.

    Komunikasi Antar Sel HDL

    HDL juga kemungkinan berpartisipasi dalam komunikasi antar sel melalui transfer asam nukleat antar jaringan. Baru-baru ini, HDL telah dilaporkan mengangkut miRNA (Gambar 10), yang merupakan RNA non-coding kecil yang menekan ekspresi gen melalui pengikatan ke situs target gratis di wilayah mRNA yang tidak diterjemahkan 3’, dan dengan demikian menghambat terjemahan dan menginduksi degradasi mRNA ( 772). Yang paling menarik, profil HDL-miRNA berubah secara signifikan pada hiperkolesterolemia dan aterosklerosis (772). miRNA telah dilaporkan diekspor dari makrofag ke HDL, dan HDL telah ditunjukkan untuk mentransfer miRNA spesifik ke sel hepatoma penerima (Huh7) dan sel endotel, kemungkinan melalui reseptor HDL SR-BI (773). Dalam sel endotel, HDL ditemukan mengirimkan miR-223 ke sel penerima, di mana ia secara langsung menargetkan ekspresi molekul adhesi intraseluler-1 (ICAM-1) (Gambar 10), dan dengan demikian menghambat adhesi neutrofil ke sel (773). miR-223 tidak ditranskripsi atau diproses dalam sel endotel dan pengiriman HDL miR-223 matang ke endotel kemungkinan memberikan, sebagian, kapasitas antiinflamasi HDL yang terkait dengan penekanan molekul adhesi. Studi masa depan diperlukan untuk menentukan relevansi fisiologis dan dampak fungsional HDL-miRNA pada manusia dan model hewan dalam konteks aterosklerosis dan penyakit inflamasi lainnya.

    HDL Anti Infeksi

    HDL juga berkontribusi pada imunitas bawaan dengan memodulasi fungsi sel imun. Namun, hipotesis ini belum dipelajari secara ekstensif dalam konteks aterosklerosis. HDL bersifat anti-infeksi, anti-parasit, dan anti-virus. HDL memiliki kapasitas unik untuk mencegah syok endotoksik dan mudah berikatan dengan lipopolisakarida (LPS) dan berkontribusi untuk menghilangkan LPS melalui ekskresi bilier sehingga membantu imunitas bawaan (857-859). Di antara banyak protein yang beredar pada HDL, apolipoprotein L1 (apo-L1) (juga dikenal sebagai faktor litik trypanosome) hadir dalam sub-kelas HDL tertentu (860.861). Faktor ini membunuh Trypanosoma brucei dan Trypanosoma brucei rhdesiense, parasit yang menyebabkan penyakit tidur, dengan menciptakan pori-pori ionik di dalam endosom (860-862). Meskipun menjanjikan, penelitian di masa depan diperlukan untuk menentukan bagaimana regulasi HDL imunitas bawaan berkontribusi pada penghambatan aterogenesis.

    Disfungsi HDL

    HDL memberikan banyak sifat anti-aterogenik yang hilang pada aterosklerosis dan penyakit inflamasi dan metabolisme lainnya. Ini termasuk 9 proses utama –


    Tonton videonya: HFR. High Frequency Recombination (Juni 2022).


Komentar:

  1. Arth

    Saya tidak berbicara itu.

  2. Atman

    bagus apa yang kamu butuhkan

  3. Symeon

    Menurut pendapat saya topik yang sangat menarik. Saya sarankan Anda mendiskusikan ini di sini atau di PM.

  4. Lindberg

    Menurut pendapat saya, Anda salah. Mari kita bahas. Menulis kepada saya di PM, kami akan berbicara.

  5. Payne

    Di dalamnya ada sesuatu. Sekarang semuanya jelas, terima kasih banyak atas informasinya.

  6. Dyami

    Just what you need. Good topic, I will participate. Bersama -sama kita bisa datang ke jawaban yang benar.

  7. Jocheved

    tidak bisakah kamu salah?



Menulis pesan