Epidermal dan Kohesi Epidermal-Dermal
Perlekatan sel-dengan-sel dan sel-dengan-dasar dalam epidermis membuat kulit resisten terhadap pengaruh-pengaruh lingkungan. Kepaduan epidermal diperlukan untuk perlindungan organisme secara keseluruhan terhadap gangguan mekanis, fisik, atau mikroba. Struktur seluler utama yang terlibat adalah desmosom-desmosom pada pertemuan sel-dengan-sel dalam epidermis dan kompleks adhesi hemidesmosom-dengan-membran dasar dan struktur-struktur terkait pada pertemuan epidermal-dermal. Secara ultrastruktural, hemidesmosom sangat mirip dengan setengah dari desmosom; akan tetapi, pada tingkat molekuler, kedua struktur ini berbeda. Keduanya mewakili jalinan molekul intraseluler dan transmembran yang terorganisir khusus, yang pada satu sisi menopang filamen-filamen sitoskeletal ke membran plasma dan di sisi lain menopang membran plasma ke struktur-struktur ekstraseluler, yakni, sel lain atau matriks ekstraseluler. Pengetahuan kita tentang molekul-molekul desmosomal, hemidesmosomal, dan molekul membran dasar telah berkembang pesat dalam 10 hingga 15 tahun terakhir karena bantuan genetika dan proteomik. Setelah beberapa protein pada awalnya diidentifikasi sebagai autoantigen pada pemfigus dan pemfigoid, berbagai molekul sekarang ini ditemukan pada tingkat protein dan tingkat gen, dan ekspresi, regulasi, dan fungsinya telah diketahui. Epitop-epitop antigenik pada penyakit-penyakit kulit melepuh autoimun berbeda telah diklasifikasikan dengan cermat dan, sampai sekarang, mutasi pada sekurang-kurangnya 18 gen berbeda telah ditunjukkan mendasari gangguan-gangguan epidermal atau adhesi dermal-epidermal yang dapat diwariskan baik pada hewan maupun pada manusia. Aspek-aspek morfologis, molekuler dan fungsional dari struktur-struktur adhesi ini akan dibahas dalam bab ini.
KOHESI EPIDERMAL
Ultrastruktur Desmosom
Desmosom (yang juga disebut maculae adhaerentes) merupakan pertemuan adhesi sel utama dari jaringan-jaringan epitel; akan tetapi, desmosom juga ditemukan pada myocardium dan beberapa jaringan lain. Desmosom tidak hanya berfungsi sebagai titik pertemuan keratinosit-keratinosit tetapi juga melekatkan filamen-filamen intermediet (keratin pada epidermis dan membran mukus) ke permukaan sel. Dalam melakukan fungsi-fungsi ini, demosom membentuk sebuah perancah (scaffolding) tiga-dimensi pada filamen-filamen intermediet yang membentang dari membran nuklear ke permukaan sel. Perancah ini penting untuk menstabilkan struktur epidermal jika mengalami trauma eksternal, dan jika mengalami kerusakan akan menyebabkan sitolisis keratinosit.
Penampang melintang ultrastruktural dari desmosom menunjukkan sebuah struktur simetris yang terdiri dari dua plak padat di dalam membran yang dengan sendirinya terpisah sekitar 30 nm (Gbr. 51-1A). Pusat antar-seluler ini disebut sebagai desmoglea (dari kata Yunani, “lem desmosomal”), karena dianggap memberikan adhesi yang menjaga sel bersama pada pertemuan ini. Pada resolusi tinggi, terdapat garis-tengah padat elektron yang tipis dalam pusat desmoglea. Plak padat di dalam sel sebenarnya terbentuk dari sebuah plak sangat padat terluar yang membatasi membran tersebut, dan plak kurang padat di sebelah dalam yang bertauan dengan filamen-filamen intermediet.
Karakterisasi Biokimia dari Desmosom
Komponen-komponen molekuler dari berbagai sub-struktur desmosomal telah dikarakterisasi secara biokimia dan diklonkan (lihat Gbr. 51-1B). Protein-protein ini termasuk ke dalam tiga famili gen utama: plakin (seperti desmoplakin), protein armadillo (seperti plakoglobin dan plakophilins), dan cadherin desmosomal (desmoglein dan desmocollins). Plakins dan protein armadillo berada dalam plak, dan cadherin desmosomal merupakan protein-protein transmembran yang amino-terminus ekstraselulernya terdiri dari desmoglea. Komponen plak dalam yang utama adalah desmoplakin, yang terdapat pada dua varian sambungan RNA, desmoplakin I dan II. Desmoplakin adalah bagian dari famili gen plakin, yang mencakup antigen pemfigoid bulosa 1 dan plektin, protein-protein plak dari hemidesmosom, serta envoplakin dan periplakin, yang fungsinya dalam desmosom belum diketahui dengan baik. Serupa dengan komponen desmosomal lain, desmoplakin merupakan sebuah protein modular, dengan modul-modul berbeda yang mengisi fungsi-fungsi berbeda. Bagian tengah dari salah satu kumparan molekul desmoplakin di sekitar bagian tengah lainnya membentuk sebuah pusat yang mirip batang. Karboksi-terminus terikat ke filamen-filamen keratin, dan amino terminus terikat ke plakoglobin. Dengan demikian, desmoplakin memberikan hubungan utama antara filamen-filamen keratin dan plak desmosomal.
Plakoglobin merupakan protein utama kedua dalam plak desmosomal. Sebuah anggota dari famili gen armadillo yang juga mencakup pakiphilin, termasuk protein modular dengan unit-unit homolog berulang.
EPIDERMAL DAN KOHESI EPIDERMAL-DERMAL
Indikasi pertama dari pengikatan plakogloblin ke sebuah protein desmosomal (desmoglein) didapatkan dari penelitian terhadap serum pemfigus dimana plakoglobin diendapkan bersama dengan desmoglein oleh pemfigus vulgaris dan serum foliaceus. Desmoglein 3 merupakan antigen pemfigus vulgaris dan desmoglein 1 merupakan antigen foliaceus, sehingga serum yang terikat, dan plakoglobin diendapkan bersama karena pengikatannya ke desmoglein-desmoglein ini. Berbagai domain plakoglobin memodulasi pengikatannya ke desmoglein dan desmocollins. Domain-domain lain terikat ke desmoplakin, sehingga menghubungkan desmoglein dan desmocollins ke desmoplakin. Plakophylin, protein plakin tambahan dalam desmosom, mengikat berbagai komponen desmosomal, dan bisa membantu dalam pengelompokan dan stabilisasi.
Terakhir, desmoglein dan desmocollins memberikan hubungan antara desmoglea ekstraseluler dan plak intraseluler. Glikoprotein-glikoprotein ini termasuk dalam famili supergen cadherin, dan, mirip dengan anggota lainnya dari famili ini, dianggap memperantarai adhesi yang tergantung kalsium. Pada manusia, ada empat gen yang mengkodekan desmoglein 1, 2, 3, dan 4. Gen desmoglein 3 pada dasarnya ditemukan dan diklonkan karena merupakan antigen dalam pemfigus vulgaris. Isoform-isoform ini memiliki distribusi jaringan berbeda dengan desmoglein 1 dan 3 yang paling dominan dalam epidermis dan membran mukus. Dalam jaringan-jaringan ini, desmoglein juga memiliki distribusi yang unik, yang memiliki implikasi utama untuk memahami patofisiologi pemfigus. Demikian juga, ada empat gen yang mengkodekan desmocollins I, II, III, dan IV, yang disamping memiliki varian sambungan RNA alternatif, dan, mirip dengan desmoglein, masing-masing memiliki distribusi yang spesifik dalam jaringan. Cadherin-cadherin desmoglein ini memiliki peranan penting dalam memberikan adehsi sel pada epidermis dan membran mukus. Mirip dengan komponen desmosomal lainnya, glikoprotein desmosomal bersifat modular dengan bagian-bagian molekul berbeda yang memberikan fungsi berbeda. Ekor sitoplasmiknya mengikat plakoglobin dan protein armadillo lainnya dan domain ekstraseluler memberikan adhesi dengan cadherin desmosomal yang diekspresikan pada sel-sel yang berdampingan.
Fungsi dan Patologi Desmosom
Fungsi utama desmosom dianggap adalah adhesi sel. Model-model hewan, penyakit kulit autoimun, dan lepuh yang disebabkan oleh toksin eksfoliatif dari staphylococci membuktikan fungsi ini (Tabel 31-1; lihat Bab 52 dan 178). sebagai contoh, sebuah mencit yang direkayasa genetika dengan penghapusan desmoglein 3 tertargetkan mengalami lepuh kulit dan membran mukus akibat kehilangan adhesi sel dalam epidermis dalam, mirip dengan pasien pemfigus vulgaris. Pasien dengan pemfigus vulgaris dan foliaceous mengalami kehilangan adhesi sel dan lepuh yang dihasilkan pada epidermis ini akibat antibodi anti-desmoglein 3 dan 1 (Gbr. 51-2). Toksin-toksin eksfoliatif dari staphylococci secara spesifik membelah desmoglein 1 yang menyebabkan lepuh akibat hilangnya adhesi sel dalam epidermis superfisial pada impetigo bulosa dan sindrom kulit melecur staphylococcal.
Data terbaru menunjukkan bahwa fungsi desmosom jauh lebih rumit dibanding adhesi sel sederhana. Sebagai contoh, molekul-molekul desmosomal penting dalam perkembangan dan diferensiasi. Penghapusan gen desmoglein 2 secara buatan menyebabkan kematian embrio dini pada mencit, dan mencegah proliferasi sel-sel batang embrionik. Ekspresi desmoglein 3 yang tidak sesuai dalam dermis atas menghasilkan hiperproliferasi, diferensiasi abnormal, dan cacat batas. Mencit dengan penghapusan desmocollin I secara buatan juga memiliki diferensiasi abnormal dan batas epidermal yang cacat. Disamping itu, komponen-komponen armadillo dari desmosom bisa memperantarai atau memodulasi transduksi sinyal. Anggota asli dari famili armadillo, Armadillo, ditemukan pada Drosophila sebagai sebuah anggota jalur pensinyalan Wnt. Anggota lainnya dari famili ini, β-catenin, merupakan sebuah komponen dari junction adherens, junction adhesi sel lainnya, dan memegang peranan penting dalam pensinyalan Wnt pada sel-sel epitel. Β-Catenin, pada fungsi ini, bertranslokasi ke nukleus dan membentuk kompleks dengan molekul-molekul lain untuk menghasilkan sebuah faktor transkripsi. Plakoglobin, sebuah anggota dari famili ini, juga bisa memiliki peranan ganda yang serupa (adhesi dan pensinyalan), tetapi bagaimana pastinya masih belum diketahui. Demikian juga, plakophilin bisa terlokalisasi ke desmosom dan bertranslokasi ke nukleus, sehingga menunjukkan bahwa mereka juga mungkin terlibat dalam pensinyalan dan transkripsi.
Kompleksitas-kompleksitas fungsi komponen desmosomal ini bisa menyebabkan berbagai manifestasi penyakit pada pasien dengan mutasi pada gen desmosom (lihat Tabel 51-1). Mutasi desmoglein 1 dan desmoplakin terkait dengan palmar-plantar keratoderma striata. Mutasi desmoglein 4 ditemukan pada hypotrikosis resesif autosomal. Mutasi desmoplakin resesif autosomal bisa menyebabkan bukan hanya keratoderma tetapi juga woolly hair, dan kardiomiopati ventrikuler kiri. Mutasi plakoglobin menghasilkan penyakit Naxos, keratoderma, woolly hair, dan kardiomiopati ventrikuler kanan arrhytmogenik. Mutasi-mutasi plakophilin 1 menghasilkan penyakit yang mencakup kerapuhan kulit dan dysplasia ektodermal. Menariknya, beberapa dari penyakit genetik pada komponen desmosomal berbeda ini memiliki gambaran klinis yang sama, sehingga menunjukkan bahwa penyakit-penyakit ini bisa memiliki jalur-jalur patofisiologis umum tertentu yang sama.
Mekanisme-mekanisme patofisiologis pasti yang mengkaitkan mutasi pada penyakit-penyakit genetik ini dengan fenotip belum dilakukan dengan baik. Akan tetapi, penyakit-penyakit ini secara jelas menunjukkan pentingnya desmosom dan komponen-komponennya lebih dari sekedar untuk adhesi sel.
KOHESI EPIDERMAL-DERMAL
Karakteristik Struktural dan Fungsional Membran Dasar
Membran dasar mendasari sel-sel epitelium dan sel-sel endotelium dan memisahkannya satu sama lain atau memisahkannya dari stroma di sekitarnya. Bentuk lain dari membran dasar mengelilingi otot halus atau sel-sel saraf. Fungsi fisiologis dari membran dasar cukup beragam: Pada berbagai sistem organ membran-membran ini memberikan dukungan untuk sel-sel yang berdiferensiasi, mempertahankan arsitektur jaringan selama pemodelan ulang dan reparasi, dan pada beberapa kasus, mendapatkan fungsi khusus, termasuk kemamppuan untuk berfungsi sebagai pembatas permeabilitas selektif (seperti membran dasar glomerular atau batas darah-otak) atau mendapatkan sifat adhesif kuat, seperti membran dasar pada junction dermal-epidermal, atau yang mengelilingi sel-sel otot halus, yang memberikan resistensi kepada jaringan dari gaya-gaya gesek. Semua karakteristik dari membran dasar ini juga digunakan selama perkembangan dan diferensiasi organisme-organisme multiseluler.
Secara ultrastruktural, membran-membran dasar paling sering tampak sebagai struktur trilaminar, yang terdiri dari sebuah daerah padat elektron sentral, yang dikenal sebagai lamina densa, berdekatan dengan salah satu sisi area yang kurang padat, yang dikenal sebagai lamina lucida atau lamina rara. Lamina lucida secara langsung menopang membran plasma dari sel-sel di sekitarnya. Ukuran relatif dari masing-masing daerah ini berbeda-beda diantara membran-membran dasar dari jaringan berbeda, diantara membran-membran dasar dari jaringan sama pada usia berbeda, dan sebagai konsekuensi dari penyakit. Sebagai contoh, membran dasar glomerular trilaminar pada manusia berbeda-beda dari 240 nm sampai 340 nm lebarnya, sedangkan membran dasar bilaminar dari pertemuan dermal-epidermal beukuran antara 50 nm sampai 90 nm. Ultrastruktur ini menunjukkan bahwa membran dasar berfungsi sebagai substrat untuk perlekatan sel dan mengikat polaritasnya. Kontuitasnya pada berbagai sistem organ menstabilkan orientasi jaringan dan menjadi sebuah kerangka untuk reparasi berurutan setelah terjadi cedera trauma. Gangguan-gangguan utama dalam membran dasar menghasilkan pembentukan jaringan scar dan kehilangan fungsi di daerah tersebut.
Membran-membran dasar berbeda mengandung komponen yang umum dan unik. Semuanya memiliki struktur jaringan dasar dimana makromolekul-makromolekul tertentu tertambatkan. Molekul-molekul ini bertanggung jawab untuk struktur dan fungsi khusus dari membran-membran dasar berbeda. Konstituen pokok dari struktur-struktur ini adalah kolagen IV, laminin, nidogen, dan proteoglikan dari tipe perlecan, yang mana semuanya terkonservasi, walaupun isoformnya, jumlah subunit polipeptida dan strukturnya masing-masing berbeda-beda diantara spesies. Distribusi proteoglikan heparan sulfat pada semua membran dasar menunjukkan bahwa ini berfungsi sebagai batas permeabiltias slektif pada berbagai lokasi, termasuk ginjal dan batas darah-otak. Ultrafiltrasi bisa penting selama perkembangan dan morfogenesis semua jaringan.
Membran-membran dasar juga memberikan pemisahan fisik antara epitel dan matriks ekstraseluler di bawahnya. Batas ini khususnya penting jika terdapat tumor. Dengan pengecualian sel-sel tertentu dari sistem imun, sel-sel non-ganas jarang melintasi sebuah membran dasar. Sel-sel tumor jinak, ketika ditempatkan pada membran dasar amniotik terisolasi, tidak mampu melintasi batas ini secara in vitro. Berbeda dengan itu, sel-sel ganas mengikat membran dasar, merusak strukturnya pada tempat perlekatan, dan bermigrasi ke dalam kerusakan tersebut. Laminin dan integrin memperantarai pengikatan sel tumor, dan peleburan membran dasar dikatalisis oleh metaloprotease yang dihasilkan oleh sel tumor. Tidak adanya membran dasar yang dapat dibedakan pada biopsi tumor telah menjadi sebuah indikator keganasan, dan kelihatannya ada korelasi tinggi antara degradasi membran dasar dan metastasis. Pengamatan-pengamatan ini mendasari pentingnya lamina basal sebagai sebuah hambatan bagi migrasi sel.
Dengan mengikat molekul-molekul pensinyalan aktif secara biologis, membran dasar meregulasi berbagai kejadian biologis. Konstituen proteoglikan bisa mengikat faktor-faktor pertumbuhan yang bisa dilepaskan dari kompleks oleh proteinase jaringan. Sehingga, membran dasar merupakan peregulasi potensial dari adhesi sel dan migrasi, sitoskeleton dan bentuk sel, pembelahan sel, diferensiasi dan polarisasi, dan apoptosis.
ULTRASTRUKTUR PERTEMUAN DERMAL-EPIDERMAL
Pertemuan dermal-epidermal merupakan sebuah contoh bentuk membran dasar yang sangat kompleks, yang mendasari sel-sel basal dan meluas ke dalam lapisan atas dermis. Membran dasar ini terus berlanjut di sepanjang epidermis dan apendase kulit, termasuk kelenjar keringat, folikel rambut, dan kelenjar sebasea. Pertemuan dermal-epidermal bisa dibagi menjadi tiga zona berbeda. Zona pertama mengandung kompleks filamen-hemidesmosom keratin dari sel-sel basal dan meluas melalui lamina lusida sampai ke lamina densa. Membran-membran plasma dari sel-sel basal pada daerah ini mengandung banyak plat-plat padat elektron yang dikenal sebagai hemidesmosom. Arsitektur intraseluler dan pengaturan sel-sel basal dipertahankan oleh filamen-filamen intermediet keratin, diameter 7 sampai 10 nm yang merambat dalam sel-sel basal dan tersisipkan ke dalam desmosom dan hemidesmosom. Di bagian luar membran plasma terdapat lamina lusida yang lebarnya antara 25 sampai 50 nm yang mengandung filamen-filamen pelekat 2 sampai 8 nm diameternya, yang berasal dari membran plasma dan tersisipkan ke dalam lamina densa. Filamen-filamen pelekat bisa dilihat di sepanjang lamina lusida tetapi terpusat di daerah hemidesmosom. Secara ultrastruktural, filamen-filamen pelekat tampak mengamankan sel-sel epitelium pada lamina densa.
Eksitensi lamina lusida in vivo pada membran dasar dievaluasi setelah teknik preservasi tekanan tinggi, lamina densa tampaknya terkait erat dengan permukaan sel epitelium. Ketika pertemuan dermal-epidermal dipreparasi serupa tidak ada lamina lusida berbeda yang ditemukan (lihat Gbr. 51-3B). Ini menunjukkan bahwa lamina lusida bisa dihasilkan oleh penyusutan permukaan sel keluar dari lamina densa karena dehidrasi. Kenampakan filamen-filamen pelekat yang melingkupi lamina lusida kemudian bisa disebabkan oleh perlekatan kuat konstituen lamina densa pada hemidesmosom yang selanjutnya ditarik dari lamina densa melalui penyusutan. Komponen-komponen lain yang juga terikat kuat dengan membran plasma keratinosit, baik pada hemidesmosom atau pada tempat-tempat lain di sepanjang membran antara hemidesmosom, bisa bergeser ke dalam ruang penyusutan. Terlepas dari kejadian aktualnya secara in vivo, evaluasi lamina lucida dengan teknik mikroskop elektron standar telah memungkinkan pengidentifikasian struktur-struktur spesifik yang jika tidak akan sulit untuk dideteksi. Disamping itu, istilah morfologis lamina lucida tetap praktis dalam komunikasi ilmiah dan terus digunakan.
Zona kedua, lamina densa, tampak sebagai sebuah struktur amorf padat elektron dengan lebar antara 20 nm sampai 50 nm. Lamina densa dermal-epidermal cukup mirip kenampakannya dengan struktur-struktur analog pada organ-organ lain. Pada perbesaran tinggi, ini memiliki kenampakan berserat mirip granular. Komponen-komponen molekuler utama dari lamina densa adalah kolagen IV, nidogen-entactin, perlecan, dan laminin, yang semua bisa berpolimerisasi menjadi jaringan dengan ketebalan bervariasi.
Lamina sub-basal mengandung struktur-struktur mikrofibrillar. Dua dari struktur ini dapat dibedakan dengan mudah. Struktur pertama, yang dikenal sebagai fibril pelekat (anchorring fibrils), tampak sebagai agregat-agregat berserat padat dengan diameter 20 nm sampai 75 nm. Pada resolusi tinggi, struktur ini tampak memiliki pola nonperiodic cross-striated banding (lihat Gbr. 51-3A). Panjang fibril pelekat sulit diukur karena orientasinya acak dalam kaitannya dengan bidang irisan. Pada kulit katak, struktur-struktur ini memiliki panjang sekitar 800 nm. Fibril-fibril pelekat pada kulit manusia tampak sedikit lebih pendek. Ujung-ujung fibril pelekat tampak kurang padu, sehingga memiliki kenampakan yang sedikit berjumbai. Ujung proksimal tersisip ke dalam lamina basal, dan ujung distal terintegrasi menjadi jaringan berserat pada dermis. Banyak fibril pelekat yang keluar dari lamina densa masuk kembali ke dalam lamina densa dengan cara yang mirip tapal kuda (horseshoe-like); sedang yang lainnya menyisipkan ujung berlawanan ke dalam struktur-struktur yang nampak amorf, yang disebut plak-plak pelekat. Struktur-struktur ini diyakini sebagai “pulau” material padat elektron yang independen, walaupun ada beberapa kontrovers dalam literatur. Fibril-fibril pelekat sebagian besar adalah agregat dari kolagen VII.
Mikrofibril-mikrofibril yang mengandung fibrillin tubular, dengan diameter 10 nm sampai 12 nm, juga terlokalisasi dalam daerah sublamina densa. Ada serat-serat terkait elastis, karena komponen elastis dari dermis terbentuk dari mikrofbirilar dan komponen-komponen amorf. Komponen mikrofibrilar dengan adanya komponen amorf yang melimpah dikenal sebagai serat elastis. Dalam dermis papillary, dimana mereka perlahan bergabung dengan serat-serat elastis untuk membentuk sebuah pleksus yang paralel dengan pertemuan dermal-epidermal. Kedua komponen elastis ini tampak kontinyu dengan serat-serat elastis yang terdapat jauh di dalam dermis retikular. Gradien komponen amorf yang meningkat dari lamina besala ke dalam dermis retikular bisa menjadi sebuah sistem dengan serat-serat elastis yang semakin matang.
Ringkasnya, ultrastruktur dari pertemuan dermal-epidermal sangat menunjukkan bahwa lamina densa berfungsi sebagai sebuah perancah (scaffold) struktural untuk perlekatan sel-sel epidermal pada satu permukaan, yang diamankan oleh filamen-filamen pelekat yang meluas dari lamina densa ke hemidesmosom. Yang terakhir ini juga berfungsi sebagai titik-titik insersi untuk filamen-filamen keratin intraseluler yang membentuk perancah untuk sel-sel basal. Pada permukaan yang berlawanan, suprastruktur matriks ekstraseluler dari dermis melekat kuat ke lamina densa. Interaksi serat-serat dermal berbeda dengan lamina basal tampak diperantarai oleh fibril-fibril pelekat. Sistem elastis dari dermis tersisip secara langsung ke dalam lamina basal melalui mikrofibril. Sehingga, pertemuan dermal-epidermal menjadi sebuah perlekatan kontinyu antara dermis retikular dan sitoskeleton sel-sel basal. Temuan-temuan ini menunjukkan empat fungsi utama untuk membran dasar epidermal, yaitu: (1) dasar struktural untuk mengamankan perlekatan dan polaritas sel-sel basal epidermal; (2) sebuah fungsi pembatas; dengan memisahkan komponen epidermis dan dermis; (3) memperkuat perlekatan dermis ke epidermis melalui sebuah sistem kontinyu dari elemen-elemen struktural; dan (4) modifikasi fungsi-fungsi seluler, seperti organisasi sitoskeleton, diferensiasi, atau menyelamatkan dari pensinyalan apoptotik melalui mekanisme pensinyalan outside-in.
KARAKTERISASI BIOKIMIA MEMBRAN DASAR
Membran dasar mengandung glikoprotein dan proteglikan kolagen dan non-kolagen dan hidroksilisin ditemukan hampir hanya pada kolagen; kandungan hidroksiprolin menunjukkan bahwa kolagen mewakili 40 persen sampai 65 persen total protein membran dasar. Semua membran dasar mengandung kolagen IV sebagai kolagen utama, laminin, nidogen, dan heparan sulfat proteoglikan perlecan, tanpa terlepas dari sumber jaringan (Box 51-2). Disamping itu, banyak dari glikoprotein spesifik jaringan lain telah ditemukan dalam membran-membran dasar, termasuk laminin-laminin berbeda, fibulin, dan fibronektin.
Berbeda dengan komponen yang melimpah dalam semua membran dasar, beberapa molekul menunjukkan distribusi terbatas. Isoform kolagen IV tertentu, kolagen VII dan XVII, atau beberapa laminin, tidak melimpah. Sebagai contoh, rantai α3 dari kolagen IV terlokalisasi dalam membran dasar ginjal dan paru-paru, tetapi tidak pada yang terdapat dalam kulit dan pembuluh darah. Berbeda dengan itu, kolagen VII dan XVII terkait dengan epitel skuamous dari kulit tetapi tidak ditemukan dalam glomerular dan membran dasar alveolar. Perbedaan komposisi makromolekuler bertanggung jawab untuk varians fungsi dan morfologis membran dasar.
Komponen Utama Membran Dasar
Kolagen IV. Kolagen IV merupakan sebuah heterotrimer dari tiga rantai α. Masing-masing dari ini mengandung tiga domain berbeda yaitu: domain kaya cystein (7-S) N-terminal, domain tripel-heliks sentral, dan domain globular C-terminal (NC-1). Komposisi trimer ditentukan oleh domain-domain NC-1, dan rantai α terikat satu sama lain oleh interaksi kovalen melalui domain-domain ini. Triple heliks dari kolagen IV cukup panjang dan mengandung beberapa tempat dimana glisin tidak terdapat pada setiap posisi ketiga. Diskontinuitas ini menghasilkan peningkatan fleksibilitas dalam heliks kolagen IV, tetapi juga membuatnya rentan terhadap berbagai protease.
Struktur fibril karakteristik dari kolagen interstitial dihasilkan oleh agregasi molekul dalam susunan yang tidak kokoh, yang menghasilkan pola cross-banding pada mikroskop elektron yang menandakan bahwa interaksi utama diantara molekul kolagen IV terjadi pada domain amino- dan karboksil-terminal dan dengan hubungan lateral tripel heliks (lihat Gbr. 51-4A). Interaksi kovalen diantara daerah 7-S dari molekul-molekul berbeda merupakan basis untuk karakteristik jaringan khusus dari membran-membran dasar (lihat Gbr. 51-4B). Daerah 7-S individual timpang tindih dalam arah paralel dan antiparalel, yang menghasilkan sebuah bentuk “laba-laba' berkaki empat khas. Domain NC-1 pada ujung masing-masing kaki laba-laba berinteraksi dengan domain NC-1 dari agregat-agregat di sekitarnya (lihat Gbr. 51-4B). Hubungan distabilkan oleh ikatan kovalen. Interaksi ujung-dengan-ujung menghasilkan jaringan dua dimensi yang melebar yang merupakan dasar dari pengaturan membran dasar.
Fleksibilitas tinggi dari struktur jaringan membran dasar menjadikan kemungkinan interaksi dengan kolagen-kolagen lain atau molekul non-kolagen sangat atratktif. Sebuah jaring terbuka dari kolagen IV misalnya dengan laminin atau perlecan, bisa divisualisasikan dengan mudah (Gbr. 31-3). Porositas dari struktur ini selanjutnya akan dibatasi oleh ukuran pori-pori dalam jaringan kolagen dengannya. Model struktur membran dasar ini memungkinkan stabilitas mekanis yang tinggi disamping mempertahankan fleksibilitas fisiologis. Sifat-sifat kekuatan dan keelastisan ini diinginkan untuk sebuah permukaan dinamis, seperti yang terlihat pada pertemuan epidermal-dermal dan pembuluh darah di sekitarnya.
Molekul-molekul kolagen IV pada membran-membran berbeda mengandung rantai α yang berbeda secara genetik tetapi homolog secara struktural. Rantai α1 dan α2 cukup melimpah, tetapi rantai α3, α4, α5, dan α6 menunjukkan distribusi terbatas diantara jaringan. Pengaturan rantai dan interaksi yang membedakan antara domain-domain NC-1 mengatur perakitan jaringan dalam membran dasar. Dua jaringan, yakni jaringan yang mengandung α1-α2 dan jaringan yang mengandung α3-α4-α5, terdapat dalam membran dasar glomerular. Membran-membran dasar otot halus memiliki jaringan yang mengandung α1-α2-α5-α6 disamping jaringan α1-α2 klasik. Dalam kulit, jaringan kolagen IV yang mengandung α12-α2 mendominasi dalam pertemuan dermal-epidermal, tetapi jaringan yang mengandung α1-α2-α5-α6 kemungkinan juga ada. Jika disatukan, enam rantai kolagen IV tersebar dalam tiga jaringan utama, α1-α2, α3-α4-α5, dan α1-α2-α5-α6, yang komposisi rantainya ditentukan oleh domain NC-1.
Rantai α3(IV) merupakan antigen yang dikenali oleh autoantibodi-autoantibodi yang bersirkulasi dalam sindrom Goodpasture, dan autoantibodi-autoantibodi diarahkan terhadap domain NC-1 dari rantai kolagen α5(IV) dilaporkan pada sebuah kasus dengan erupsi-erupsi bulosa sub-epidermal dan ketidakcukupan ginjal. Penyimpangan struktural dalam gen yang mengkodekan rantai α3, α4, α5, dan α6 menyebabkan bentuk-bentuk berbeda dari sindrom Alport, sebuah penyakit genetik yang ditandai dengan nefritis dan ketulian. Analisis terbaru terhadap mutan-mutan mencit menunjukkan fenotip mutasi yang tidak diharapkan pada gen Col4α1 dan Col4α2 mencit yang mengkodekan α1 dan α2 (yakni, abnormalitas-abnormalitas pada ginjal, otak, dan mata). Glomerulopati perifer pada ginjal, porencephaly, sebuah penyakit neurologi yang langka ditandai dengan kavitas-kavitas degeneratif dalam otak, perdarahan intraserebral, dan berbagai kelainan mata yang mengenai iris, kornea, arteriol retinal, dan saraf optik ditemukan. Selanjutnya, mutasi Col4α1 diidentifikasi pada sebuah keluarga manusia dengan penyakit pembuluh-kecil, yang sering mendasari stroke ischemia dan perdarahan intraserebral. Menariknya, meskipun keberadaan yang melimpah dari rantai α1 dan α2 kolagen IV dalam membran dasar, penyimpangan tidak terjadi pada semua membran dasar, sehingga menunjukkan berbagai peran untuk kolagen IV dalam membran-membran dasar berbeda.
Laminin. Laminin merupakan glikoprotein yang sangat besar (600 sampai 950 kd) dalam lamina lusida/lamina densa dari semua membran dasar. Tiga tipe rantai subunit telah disebut sebagai rantai α (200 kd sampai 400 kd), β (220 kd), dan γ (155 kd sampai 200 kd), dan masing-masing laminin merupakan sebuah agregat trimerik dari satu rantai α, β, dan γ. Trimer-trimer memiliki struktur semi-kaku dan meluas, yang tampak sebagai sebuah palang asimetri dalam mikroskop elektron (lihat Gbr. 51-4C). lengan panjang dari panjang memiliki panjang sekitar 125 nm; lengan pendek dari palang memiliki panjang yang bervariasi. Masing-masing molekul laminin dibagi menjadi domain-domain yang globular dan mirip batang yang secara individual terlibat dalam berbagai fungsi, seperti agregasi dengan dirinya sendiri dan dengan komponen lain dari lamina densa (Gbr. 51-6), perlekatan sel dan penyebarannya, pertumbuhan-keluar (outgrowth) neurit, atau diferensiasi seluler. Domain LG C-terminal dari rantai α, pada bagian baki lengan yang panjang dari palang laminin, mengandung tempat pengikatan untuk integrin.
Sampai sekarang, 15 isoform laminin telah diidentifikasi. Ini mewakili kombinasi trimerik berbeda dari lima rantai α berbeda, tiga rantai β dan tiga rantai γ yang telah dikenal sejauh ini. Secara historis, laminin disebut sebagai laminin-1 sampai laminin-15, sesuai urutan ditemukannya, tetapi klasifikasi ini tidak praktis, karena perlu diingat angka-angkanya. Sebuah tatanama baru yang sederhana didasarkan pada komposisi rantai dan jumlah masing-masing rantai α, β, dan γ (Tabel 51-2). Sebagai contoh, laminin 1 “prototipe”, dengan komposisi rantai α α1β1γ1, sekarang disebut sebagai laminin 111. Laminin utama dari membran dasar epidermal, sebelumnya laminin-5, dengan kompososo rantai α α3β3γ2, yang sekarang disebut laminin 332.
Laminin yang mengandung rantai α2 terdapat sebagian besar dalam membran dasar serat otot, saraf, junction neuromuskular, dan glomerulus. Mutasi pada rantai α2 menyebabkan distropi muskular progresif yang mengelilingi sel-sel otot. Ketiadaan membran dasar mengarah pada degenerasi progresif otot akibat kematian sel. Dengan demikian, prediksinya adalah bahwa laminin, dan membran dasar secara umum, diperlukan untuk mencegah apoptosis oleh tipe-tipe sel yang mereka kelilingi. Rantai α3 terlibat dalam adhesi epitel, dan rantai α4 dan α5 ditemukan dalam berbagai jaringan termasuk endotelium, epitelium, junction neuromuskular, dan glomerulus. Laminin 511 terdapat dalam membran dasar dari epidermis dan folikel-folikel rambutnya, dimana diyakini terlibat dalam pensinyalan pertumbuhan. Distribusi rantai β2 sangat terbatas pada pertemuan neuromuskular, tetapi juga ditemukan pada jaringan-jaringan non-otot seperti glomerulus ginjal dan lamina basal kapiler. Rantai β3 terlibat dalam adhesi epitel. Tiga varian rantai γ – γ1, γ2, dan γ3 – telah diketahui. Rantai γ3, seuah komponen dari laminin 423 dan 523, mengikat nidogen 1 dan 2 dan terlokalisasi dalam zona membran dasar otak embrionik dan otak orang dewasa, ginjal, kulit, otot, dan testis. Ini terdapat dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah dibanding rantai γ1, sebuah fakta yang bisa mengindikasikan fungsi yang sangat khusus. Fungsi dari semua laminin belum dipahami dengan baik, tetapi dengan berinteraksi dengan integrin dan komponen permukaan sel lainnya laminin mengontrol aktivitas-aktivitas seluler seperti adhesi, migrasi, proliferasi, dan polaritas dalam berbagai varietas organ.
Nidogen. Dua nidogen, nidogen 1 dan 2, yang juga dikenal sebagai entactin 1 dan 2, merupakan produk gen berbeda. Keduanya merupakan molekul yang relatif kecil, yang mengikat laminin pada sebuah tempat spesifik dalam rantai γ1 dan γ3, tetapi juga kolagen IV, perlecan, dan fibulin. Telah diusulkan bahwa nidogen bertindak sebagai elemen penghubung antara kolagen IV dan jaringan laminin dan memadukan komponen-komponen membran dasar lainnya ke dalam matriks ekstraseluler yang khusus ini. Ablasi nidogen yang ditargetkan pada mencit menunjukkan bahwa kehilangan isoform tidak memiliki efek terhadap pembentukan membran dasar dan perkembangan organ, tetapi kekurangan keduanya menghasilkan kelainan-kelainan parah pada paru-paru dan jantung yang tidak kompatibel dengan kehidupan. Menariknya, meskipun keberadaan nidogen yang melimpah dalam membran dasar, penyimpangan tidak terjadi pada semua membran dasar, sehingga menunjukkan peranan berbeda bagi nidogen pada membran-membran dasar berbeda.
Heparan Sulfat Proteoglikan. Golongan konstituen membran dasar integral yang melimpah lainnya adalah proteoglikan. Tiga proteoglikan secara karakteristik terdapat dalam membran dasar vaskuler dan tepitelium: perlecan, agrin, dan bamacan. Ini terdiri dari sebuah protein inti dengan panjang berbeda-bedan, dimana dua yang pertama membawa sebagian besar rantai samping heparan sulfat, sedangkan yang selanjutnya membawa sebagian besar sulfat chondroitin. Nama perlecan berasal dari kenampakannya yang menyerupai sebuah tali mutiara. Perlecan merupakan sebuah proteoglikan multidomain kompleks dengan berbagai dimensi dan beberapa modifikasi pasca-translasi.
Mencit knockout yang kekurangan perlecan menunjukkan kelainan-kelainan pada banyak jaringan, termasuk membran-membran dasar, dan letalitas embrionik. Membran dasar menjadi rusak pada daerah-daerah yang mengalami stress mekanis meningkat, seperti myokardium atau kulit, menghasilkan abnormalitas kardiak mematikan dan pelepuhan kulit. Agrin merupakan sebuah proteoglikan sulfat heparan utama pada pertemuan neuromuskular dan membran dasar tubular. Bamacan kemungkinan merupakan chondroitin sulfat proteoglikan yang sebelumnya diidentifikasi pada berbagai membran dasar. Proteoglikan mampu berinteraksi dengan beberapa komponen membran dasar dan diyakini berkontribusi bagi arsitektur keseluruhan dari membran dasar serta memberikan fungsi spesifik jaringan. Kandungan sulfat dari proteoglikan menjadikannya sangat bermuatan negatif dan hidrofilik, dan kepadatan muatan bertanggung jawab untuk memberikan permeabilitas selektif bagi membran dasar glomerular.
Syndecan merupakan heparan sulfat proteoglikan transmembran yang terdapat pada kebanyakan tipe sel, termasuk keratinosit basal pada epidermis. Domain-domain ekstraseluler memiliki afinitas untuk laminin dan, diduga melalui interaksi ini, mereka meregulasi berbagai proses biologis, mulai dari pensinyalan faktor pertumbuhan, adhesi sel, dan organisasi sitoskeletal, sampai infeksi sel dengan mikroorganisme.
Fibulin. Fibulin adalah famili dari enam protein matriks ekstraseluler pengikat kalsium. Mereka terletak dalam dinding pembuluh, membran dasar, dan struktur-struktur mikrofibrillar dan memiliki tempat pengikatan overlap untuk berbagai ligan, protein membran dasar dan komponen jaringan konektif interstitial. Dengan demikian, fibulin diyakini berfungsi sebagai jembatan antar-molekul yang menstabilkan pengaturan supramolekul dari struktur-struktur membran ekstraseluler, seperti serat-serat elastis dan membran-membran dasar. Kelainan-kelainan genetik pada gen yang mengkodekan fibulin 4 dan 5 menyebabkan berbagai bentuk cutis laxa.
KOMPONEN-KOMPONEN MEMBRAN DASAR SPESIFIK EPITELIUM
Pertemuan dermal-epidermal pada kulit merupakan sebuah contoh yang sangat baik dari divergensi spesifik pada struktur membran dasar. Komponen struktural dari hemidesmosom, filamen-filamen pengikat, dan fibril pelekat dalam zona membran dasar telah diketahui dengan baik. Sebuah gambaran yang menunjukkan lokasi-lokasi relatif dari protein-protein yang ditemukan pada pertemuan dermal-epidermal ditunjukkan pada Gambar 51-7. Protein-protein ini terdapat pada Tabel 51-3 dan dibahas pada bagian-bagian berikut.
Hemidesmosom
Secara ultrastruktural, hemidesmosom sangat mirip dengan setengah dari desmosom pada pertemuan sel-dengan-sel dalam epidermis. Akan tetapi, komponen-komponen dari kedua struktur ini cukup berbeda. Karakterisasi protein-protein hemidesomosmal pada awalnya dibantu dengan penggunaan autoantibodi-autoantibodi dalam serum pasien yang mengalami pemfigoid bulosa, yang mengenali antigen-antigen dengan massa mulai dari 120 kd sampai 230 kd. Kloning cDNA untuk molekul-molekul membantu mengidentifikasi tiga rantai polipeptida berbeda: 230 kd, 180 kd, dan 120 kd. Perotein 230 kd, BPAG1 (antigen 1 pemfigoid bulosa, atau BP230), merupakan sebuah protein dimerik dengan homologi terhadap plakin, yang mengikat filamen-filamen intermediet. BPAG1 merupakan komponen utama dari plak padat dalam hemidesmosomal. Pada sebuah model mencit transgenik, penghapusan BPAG1 menyebabkan epidermolisis bulosa simpleks tetapi tidak mutasi manusia yang telah ditemukan sejauh ini. Protein 180 kd, yang sebelumnya disebut BPAG2 atau BP180, dan antigen utama pada pemfigoid bulosa, merupakan sebuah kolagen transmembran yang sekarang ini dikenal sebagai kolagen XVII, dimana domain-domain berkolagen berada di luar sel. Sebetulnya, kolagen XVII merupakan sebuah prototipe dari famili protein terbaru dari protein transmembran tipe II dengan satu atau lebih regangan kolagen dalam domain ekstraseluler. Mutasi-mutasi pada kolagen XVII menyebabkan epidermolisis bulosa junctional, yang menandakan bahwa ini menstabilkan reaksi keratinosit basal dengan membran dasar. Ligan-ligan intraselulernya adalah plectin, BPAg-1 dan integrin β4, dan ligan-ligan ekstraseluler, integrin α6 dan laminin 332. Protein 120-kd mnerupakan ektodomain dari kolagen XVII, yang ditutupi dari permukaan sel oleh proteinase famili ADAM (mirip disintegrin A dan mengnadung metaloproteinase melalui pembelahan dalam domain NC-16 jukstamembranous (Gbr. 51-9). Plektin, sebuah homolog plakin dimerik lain, juga merupakan sebuah komponen hemidesmosom. Akan tetapi, distribusinya dalam jaringan tidak terbatas pada membran-membran dasar yang mengandung hemidesmosom. Mutasi plektin menghasilkan epidermolisis bulosa simpleks dan distropi muskular dan, pada beberapa kasus, epidermolisis bulosa junctional dengan atresia pylorik, sehingga menandakan sebuah peran untuk plektin dalam stabilitas adhesi membran dasar sel pada berbagai jaringan.
Salah satu komponen kunci dari hemidesmosom adalah integrin α6β4. Ini memiliki afinitas tinggi untuk laminin 332, dan dengan demikian penting untuk integrasi hemidesmosom dengan membran dasar di bawahnya dan stroma. Mutasi baik pada rantai α6 atau β4 menghasilkan ketidakstabilan dermal-epidermal. Pada mencit, mutasi null menyebabkan epidermolisis junctional parah. Pada manusia, mutasi-mutasi berbeda pada rantai α6 atau β4 terkait dengan pelepuhan kulit parah yang terkait dengan atresia pyloric.
Sebuah anggota protein transmembran permukaan sel yang banyak diekspresikan dari famili tetraspanin, CD151, juga merupakan komponen dari hemidesmosom. Ini membentuk kompleks dengan integrin α3β1 dan α6β4 pada permukaan basolateral dari keratinosit basal dan menstabilkan fungsinya dengan memberikan sebuah kerangka untuk pengaturan spasial dari komponen-komponen berbeda. Disosiasi kompleks CD151-integrin memungkinkan penataan ulang interaksi sel epitel dengan membran dasar dan migrasi sel. Mencit yang tidka mengandung CD151 memiliki morfologi jaringan yang tampak normal, termasuk hemidesmosom, tetapi menunjukkan beberapa penyimpangan fungsional, seperti migrasi keratinosit buruk pada kultur kesplant. Sebuah kondisi genetik manusia yang langka menyalurkan informasi tidak langsung pada fungsi CD151. Disamping ekspresi CD151 pada beberapa jaringan seperti ginjal dan kulit, gennya juga mengkodekan antigen golongan darah MER2 pada eritrosit. Mutasi-mutasi yang null CD151 homozigot diidentifikasi pada tiga pasien yang negatif MER2, yang juga menunjukkan neftiris bawaan, ketulisan sensorineural, epidermolisis bulosa pretibial, dan β-thalassemia minor. Gejala-gejala ini menunjukkan bahwa CD151 penting untuk perakitan membran dasar ini dalam ginjal, kulit, dan teliga dalam dan memegang peranan dalam eritropoiesis.
Kompleks-Kompleks Adhesi Epidermal Lainnya
Disamping komponen-komponen hemidesmosomal, molekul-molekul adhesi lain diketahui terdapat pada aspek basolateral dari keratinosit basal, misalnya integrin α3β1, reseptor untuk kompleks laminin 332-311 dalam membran dasar antara hemidesmosom-hemidesmosom, dan kolagen transmembran lainnya, tipe XIII. Karena protein-protein ini terlokalisasi pada kontak sentral secara in vitro, bersama dengan vinculin dan talin, mereka diprediksikan berfungsi sebagai penghubung antara membran dasar dan jaringan actin cortical epitelium. Baru-baru ini, sebuah komponen intraseluler terbaru dari kompleks ini, kindlin-1, diidentifikasi oleh kajian genetika. Gen kindlin-1, KIND1, bermutasi pada sindrom Kindler, sebuah penyakit dengan pelepuhan kulit semasa bayi, poikilodermal progresif, atropi kulit, kelainan pigmen, dan terkadang, kanker kulit. Dalam epidermis, kindlin-1 diekspresikan pada permukaan basolateral keratinosit basal, dan pada sel-sel epitelium yang diolah kindlin-1 mengalami kolokalisasi dengan vinculin, sebuah penanda adhesi matriks sel berperantara integrin, dan actin mikrofilamen. Pengamatan-pengamatan ini menunjukkan bahwa kindlin-1 diperlukan untuk kestabilan pertemuan dermal-epidermal dan sehingga, disamping hemidesmosom, menopang actin sitoskelenton ke adhesi matriks-sel memberikan alternatif untuk menjangkar sel epitel basal ke membran dasar ini.
Filamen-Filamen Pelekat
Filamen-filamen pelekat mengandung laminin 332 dan ektodomain dari kolagen XVII, dua ligan yang berinteraksi satu sama lain melalui ikatna-ikatan non-kovalen. Ektodomain dari kolagen XVII, yang menonjol dari membran plasma ke dalam lamina lucida, memiliki struktur loop yang konsisten dengan peranannya sebagai protein filamen pelekat. Karakteristik molekuler dari kolagen ini ditunjukkan pada Hemidesmosom. Laminin 332 merupakan sebuah kompleks terikat-disuilfida dari rantai α3, β3, dan γ2. Kedua varian rantai α3, α3A dan α3B, terkait dengan rantai α3 dan γ2 untuk membentuk laminin 3A32 dan 3B32 (lihat Gbr. 51-6), yang sebelumnya dikenal sebagai laminin-5. Pemeriksaan pencitraan menunjukkan bahwa laminin 332 memiliki struktur mirip batang yang berhenti dalam daerah globular (lihat Gbr. 51-4f), sebuah bentuk yang konsisten dengan perannya sebagai sebuah protein filamen pelekat. Rantai-rantai individual dianggap terpotong relatif terhadap rantai laminin lain, dan pemotongan ini tercermin dalam kehilangan struktur yang ekivalen dengan lengan pendek dari laminin lain. Disamping itu, rantai α3 dan γ2 diproses secara protelitik setelah sekresi dari keratinosit, lebih lanjut mengurangi lengan yang pendek. C-terminus dari rantai α, yang lebih panjang dari rantai β dan γ, terdiri dari lima modul LG globular, LG1 sampai LG5, yang berinteraksi dengan reseptor-reseptor permukaan sel. Integrin αβ1 dan α6β5 memiliki afinitas untuk domain-domain LG1-3, sedangkan tandem LG4-5 memiliki afinitas untuk syndecans dan β-distroglikan pada permukaan keratinosit. Modul-modul LG4-5 dibelah secara proteolitik pada kebanyakan laminin, sebuah proses yang bisa memodulasi interaksi dengan reseptor-reseptor permukaan sel. Laminin 332 membentuk kompleks kovalen dengan laminin 311 (α3β1γ1), terikat ke domain NC-1 dari kolagen VII, protein fibril p[elekat dan ke ektodomain distal dari kolagen XVII. Bukti genetika menunjukkan bahwa laminin 332 penting dalam adhesi keratinosit, karena mutasi-mutasi null dalam komponen-komponennya α3, β3, atau γ2 menghasilkan epidermolisis bulosa juntionla Herlitz yang parah. Perusakan gen lama3 pada mencit mencegah sintesis molekul laminin 332 dan 311 dan menghasilkan hemidesmosom abnormal, kekurangan kelangsungan hidup dari sel-sel epitel mutan, pelepuhan junctional yang parah, abnormalitas-abnormalitas diferensiasi ameloblast pada gigi yang sedang tumbuh, dan letalitas perinatal. Dengan demikian, keparahan fenotip yang tidak mengandung laminin 332 menunjukkan kehilangan kemampuan untuk menjembatani hemidesmosom dan fibril-fibril pelekat yang menghasilkan pemisahan dalam lamina lucida.
Lamina Densa Epitelium
Membran dasar di bawah dan diantara hemidesmosom-hemidesmosom mengandung jaringan kolagen IV yang mengandung α1-α2, kemungkinan beberapa jaringan kolagen IV yang mengandung α1-α2-α5-α6, serta molekul-molekul yang mengandung nidogen, perlecan, dan laminin α3 dan α5. N-terminus dari rantai α3 kekurangan model LN, yang memungkinkan polimerisasi sendiri dari isoform laminin lain. Akan tetapi, rantai α3 bisa terkait dengan rantai β1 dan γ1 dari laminin 311, yang sebelumnya laminin-6, yang memiliki sifat unik yakni membentuk dimer terikat disulfida dengan laminin 332. Ada kemungkinan bahwa laminin yang mengandung α3 dalam lamina densa antara hemidesmosom-hemidesmosom adalah kompleks lamininin 332-311. Karena rantai α3 laminin adalah sebuah ligan untuk integrin α3β1 yang terdapat diantara hemidesmosom-hemidesmosom, maka pengikatan kompleks laminin 332-311 ke sitoskeleton aktin intraseluler kemungkinan diperantarai oleh integrin α3β1. Ini konsisten dengan penelitian-penelitian pada mencit dimana ablasi rantai α3 integrin yang ditargetkan menyebabkan kehilangan membran dasar diantara hemidesmosom-hemidesmosom tetapi tidak di bawahnya. N-terminus dari laminin 332 terikat ke kolagen VII, sebuah komponen dari fibril pelekat dalam sub-lamina densa, sehingga filamen-filamen pelekat dan fibril terhubung secara langsung. Kompleks laminin 332-311 dan laminin 511 (α5β1γ1), sebelumnya laminin-10, mengandung rantai γ1 dan dengan demikian bisa mengikat nidogen 1 dan 2 dan jaringan kolagen IV. Lebih lanjut, nidiogen 1 dan fibulin 1 dan 2 ditunjukkan sebagai ligan untuk rantai γ2 N-terminal rekombinan dari laminin 332. Interaksi-interaksi ini penting untuk integrasi laminin 332 ke dalam matriks ekstraseluler sebelum pematangan rantai γ2, ketika sebuah bagian penting dari N-terminus rantai γ2 dipecayh dalam kulit dewasa manusia. Meski demikian hubungan lain, yang memperkuat kohesi dermal-epidermal, diberikan oleh interaksi molekuler antara perlecan dalam lamina densa dan fibrillin 1 dalam mikrofibril.
Fibril-Fibril Pelekat
Kolagen VII merupakan komponen utama dari fibril pelekat. Molekul kolagen VII dibedakan dari kolagen-kolagen lain karena memiliki domain tripel heliks yang sangat panjang, 450 nm panjangnya. Domain-domain globular terdapat pada kedua ujung triple heliks, dan domain N-terminal NC-1 sangat besar dan mirip dengan trisula (lihat Gbr. 51-4E). C-propeptida yang lebih kecil, NC-2, diyakini mempermudah pembentukan dimer-dimer sentrosimetris antiparalel, sebelum dihilangkan oleh morfogenetik tulang metalloproteinase protein 1 untuk menghasilkan kolagen VII dewasa. Dimer-dimer diikat silang secara kovalen melalui ikatan disulfida pada karboksi terminus, dan beragregasi secara lateral untuk membentuk fibril-fibril pelekat. Fibril lebih lanjut distabilkan dengan penggunaan transglutaminase, yang mengkatalisis pembentukan ikatan-silang kovalen γ-glutamikl-ε-lysin.
Domain NC-1 dari kolagen VII terikat ke laminin-5 dan kolagen IV dalam lamina densa. Domain tripel heliks dari sebuah dimer kolagen VII antiparalel membentuk bagian panjang dari fibril pelekat. Ini meluas secara tegak lurus dari lamina densa dan kembali ke dalam lamina densa atau tersisip ke dalam plak-plak pelekat. Plak-plak pelekat merupakan struktur-struktur padat elektron yang mengandung kolagen IV dan laminin 332, dan kemungkinan komponen-komponen membran dasar lainnya, tetapi yang mana diyakini tidak tergantung pada lamina densa itu sendiri. Mereka tersebar secara acak dalam dermis papillary di bawah lamina densa dan saling dihubungkan oleh fibril-fibril pelekat tambahan. Jaringan fibril pelekat membentuk sebuah perancah (scaffold) yang menjebak banyak fibril dermal, sehingga mengamankan lamina densa pada dermis di bawahnya. Pada bentuk epidermolisis bulosan dapatan, epidermolisis bulosa acquisita, dan pada lupus eritematosus sistemik, autoantibodi-autoantibodi mentargetkan utamanya domain NC-1 dari kolagen VII.
Mutasi-mutasi pada COL7A1, gen yang mengkodekan kolagen VII, menghasilkan epidermolisis bulosa distropi. Pada tahun 2006, lebih dari 300 mutasi COL7A1 yang telah ditemukan pada bentuk resesif dan dominan dari epidermolisis bulosa distropi (Gbr. 51-10), dan berbagai fenotip biologis dan klinis yang jauh lebih luas dari yang diduga. Pada dua model mencit berbeda, defisiensi lengkap atau parsial untuk kolagen VII merangkum karakteristik klinis dan morfologis dari epidermolisis bulosa distrofis resesif pada manusia. Mencit-mencit ini akan bermanfaat untuk pengujian strategi-strategi terapi molekuler untuk epidermolisis bulosa distropis. Beberapa terapi seperti ini, mulai dari terapi protein sampai transfer gen berperantara transposon, telah dipertimbangkan. Augmentasi gen dalam sebuah pendekatan ex vivo saat ini merupakan yang paling menjanjikan sebagai sebuah tahapan pertama, khususnya untuk epidermolisis bulosa distropi resesif. Strategi ini terdiri dari koreksi gen untuk keratinosit pasien secara in vitro, dan pengolahannya dalam helai-helai epitelium untuk penanduran (grafting) ke atas kulit pasien. Hasil dengan model epidermolisis bulosa distropis canine kelihatannya menjanjikan: transduksi sel-sel epidermal dengan vektor retroviral yang mengandung seluruh cDNA kolagen VII meningkatkan ekspresi dan deposisi kolagen VII pada pertemuan dermal-epidermal. Pada pendekatan lain, transfer gen mnonviral dengan menggunakan kotrasnfeksi C31 integrase dan kolagen VII manusia menghasilkan ekspresi protein pada keratinosit DEB yang kekurangan kolagen VII. Karena fibroblast juga berkontribusi bagi sintesis kolagen VII, kecocokannya untuk pendekatan terapi gen sedang diteliti.
Asal-Usul Seluler Membran Dasar Dermal-Epidermal
Konstituen-konstituen membran dasar merupakan produk-produk dari sel-sel epitelium dan sel-sel mesenchymal. Pemodelan in vitro dari pembentukan membran dasar secara jelas menunjukkan bahwa, pada sekurang-kurangnya beberapa kondisi, membran dasar pertemuan dermal-epidermal berkontribusi dan telah diusulkan bahwa fibroblast-fibroblast yang berdiferensiasi terdapat berdekatan dengan jaringan epitelium in vivo, yang menghasilkan komponen membran dasar dan membantu dalam perakitan membran dasar. Dari komponen membran dasar yang diketahui, hanya laminin 332 (laminin-5) dan 311A (laminin-6) yang secara eksklusif dihasilkan oleh epidermis. Sel-sel epitelium juga membentuk kebanyakan kolagen VII, sedangkan sel-sel yang utamanya mesenchymal mensintesis kolagen IV, nidogen, perlecan, dan rantai α2 laminin. Karena produk-produk mesenchymal ditranslokasi ke permukaan epitel basilateral dimana mereka berkondensasi, maka permukaan tentu bisa memberikan petunjuk lokalisasi. Integrin α6β4 dan α3β1 dan kolagen XVII telah berdampak dalam proses ini, sehingga menandakan bahwa laminin mengkoordinasikan polimerisasi membran dasar. Karena nidogen diperlukan untuk stabilisasi membran dasar, dan karena ini merupakan sebuah produk mesenchymal, maka ada kemungkinan bahwa dermis penting bagi perkembangan membran dasar. Penelitian-penelitian yang menggunakan model kultur ekivalen kulit berbeda telah menunjukkan bahwa interaksi ketat antara fibroblast dan keratinosit, dalam hal produksi matriksnya dan sekresi sinyal-sinyal terlarutkan, mereguoasi pembentukan membran dasar dermal-epidermal. Sebuah tahapan regulatory yang menarik bisa ditambahkan oleh enzim-enzim dermal (seperti protein morofologi tulang 1), yang mengolah produk-produk sel epitelium, seperti laminin 332 dan prokolagen VII, untuk mematangkan molekul-molekul membran dasar.
KOHESI EPIDERMAL
Ultrastruktur Desmosom
Desmosom (yang juga disebut maculae adhaerentes) merupakan pertemuan adhesi sel utama dari jaringan-jaringan epitel; akan tetapi, desmosom juga ditemukan pada myocardium dan beberapa jaringan lain. Desmosom tidak hanya berfungsi sebagai titik pertemuan keratinosit-keratinosit tetapi juga melekatkan filamen-filamen intermediet (keratin pada epidermis dan membran mukus) ke permukaan sel. Dalam melakukan fungsi-fungsi ini, demosom membentuk sebuah perancah (scaffolding) tiga-dimensi pada filamen-filamen intermediet yang membentang dari membran nuklear ke permukaan sel. Perancah ini penting untuk menstabilkan struktur epidermal jika mengalami trauma eksternal, dan jika mengalami kerusakan akan menyebabkan sitolisis keratinosit.
Penampang melintang ultrastruktural dari desmosom menunjukkan sebuah struktur simetris yang terdiri dari dua plak padat di dalam membran yang dengan sendirinya terpisah sekitar 30 nm (Gbr. 51-1A). Pusat antar-seluler ini disebut sebagai desmoglea (dari kata Yunani, “lem desmosomal”), karena dianggap memberikan adhesi yang menjaga sel bersama pada pertemuan ini. Pada resolusi tinggi, terdapat garis-tengah padat elektron yang tipis dalam pusat desmoglea. Plak padat di dalam sel sebenarnya terbentuk dari sebuah plak sangat padat terluar yang membatasi membran tersebut, dan plak kurang padat di sebelah dalam yang bertauan dengan filamen-filamen intermediet.
Karakterisasi Biokimia dari Desmosom
Komponen-komponen molekuler dari berbagai sub-struktur desmosomal telah dikarakterisasi secara biokimia dan diklonkan (lihat Gbr. 51-1B). Protein-protein ini termasuk ke dalam tiga famili gen utama: plakin (seperti desmoplakin), protein armadillo (seperti plakoglobin dan plakophilins), dan cadherin desmosomal (desmoglein dan desmocollins). Plakins dan protein armadillo berada dalam plak, dan cadherin desmosomal merupakan protein-protein transmembran yang amino-terminus ekstraselulernya terdiri dari desmoglea. Komponen plak dalam yang utama adalah desmoplakin, yang terdapat pada dua varian sambungan RNA, desmoplakin I dan II. Desmoplakin adalah bagian dari famili gen plakin, yang mencakup antigen pemfigoid bulosa 1 dan plektin, protein-protein plak dari hemidesmosom, serta envoplakin dan periplakin, yang fungsinya dalam desmosom belum diketahui dengan baik. Serupa dengan komponen desmosomal lain, desmoplakin merupakan sebuah protein modular, dengan modul-modul berbeda yang mengisi fungsi-fungsi berbeda. Bagian tengah dari salah satu kumparan molekul desmoplakin di sekitar bagian tengah lainnya membentuk sebuah pusat yang mirip batang. Karboksi-terminus terikat ke filamen-filamen keratin, dan amino terminus terikat ke plakoglobin. Dengan demikian, desmoplakin memberikan hubungan utama antara filamen-filamen keratin dan plak desmosomal.
Plakoglobin merupakan protein utama kedua dalam plak desmosomal. Sebuah anggota dari famili gen armadillo yang juga mencakup pakiphilin, termasuk protein modular dengan unit-unit homolog berulang.
EPIDERMAL DAN KOHESI EPIDERMAL-DERMAL
Indikasi pertama dari pengikatan plakogloblin ke sebuah protein desmosomal (desmoglein) didapatkan dari penelitian terhadap serum pemfigus dimana plakoglobin diendapkan bersama dengan desmoglein oleh pemfigus vulgaris dan serum foliaceus. Desmoglein 3 merupakan antigen pemfigus vulgaris dan desmoglein 1 merupakan antigen foliaceus, sehingga serum yang terikat, dan plakoglobin diendapkan bersama karena pengikatannya ke desmoglein-desmoglein ini. Berbagai domain plakoglobin memodulasi pengikatannya ke desmoglein dan desmocollins. Domain-domain lain terikat ke desmoplakin, sehingga menghubungkan desmoglein dan desmocollins ke desmoplakin. Plakophylin, protein plakin tambahan dalam desmosom, mengikat berbagai komponen desmosomal, dan bisa membantu dalam pengelompokan dan stabilisasi.
Terakhir, desmoglein dan desmocollins memberikan hubungan antara desmoglea ekstraseluler dan plak intraseluler. Glikoprotein-glikoprotein ini termasuk dalam famili supergen cadherin, dan, mirip dengan anggota lainnya dari famili ini, dianggap memperantarai adhesi yang tergantung kalsium. Pada manusia, ada empat gen yang mengkodekan desmoglein 1, 2, 3, dan 4. Gen desmoglein 3 pada dasarnya ditemukan dan diklonkan karena merupakan antigen dalam pemfigus vulgaris. Isoform-isoform ini memiliki distribusi jaringan berbeda dengan desmoglein 1 dan 3 yang paling dominan dalam epidermis dan membran mukus. Dalam jaringan-jaringan ini, desmoglein juga memiliki distribusi yang unik, yang memiliki implikasi utama untuk memahami patofisiologi pemfigus. Demikian juga, ada empat gen yang mengkodekan desmocollins I, II, III, dan IV, yang disamping memiliki varian sambungan RNA alternatif, dan, mirip dengan desmoglein, masing-masing memiliki distribusi yang spesifik dalam jaringan. Cadherin-cadherin desmoglein ini memiliki peranan penting dalam memberikan adehsi sel pada epidermis dan membran mukus. Mirip dengan komponen desmosomal lainnya, glikoprotein desmosomal bersifat modular dengan bagian-bagian molekul berbeda yang memberikan fungsi berbeda. Ekor sitoplasmiknya mengikat plakoglobin dan protein armadillo lainnya dan domain ekstraseluler memberikan adhesi dengan cadherin desmosomal yang diekspresikan pada sel-sel yang berdampingan.
Fungsi dan Patologi Desmosom
Fungsi utama desmosom dianggap adalah adhesi sel. Model-model hewan, penyakit kulit autoimun, dan lepuh yang disebabkan oleh toksin eksfoliatif dari staphylococci membuktikan fungsi ini (Tabel 31-1; lihat Bab 52 dan 178). sebagai contoh, sebuah mencit yang direkayasa genetika dengan penghapusan desmoglein 3 tertargetkan mengalami lepuh kulit dan membran mukus akibat kehilangan adhesi sel dalam epidermis dalam, mirip dengan pasien pemfigus vulgaris. Pasien dengan pemfigus vulgaris dan foliaceous mengalami kehilangan adhesi sel dan lepuh yang dihasilkan pada epidermis ini akibat antibodi anti-desmoglein 3 dan 1 (Gbr. 51-2). Toksin-toksin eksfoliatif dari staphylococci secara spesifik membelah desmoglein 1 yang menyebabkan lepuh akibat hilangnya adhesi sel dalam epidermis superfisial pada impetigo bulosa dan sindrom kulit melecur staphylococcal.
Data terbaru menunjukkan bahwa fungsi desmosom jauh lebih rumit dibanding adhesi sel sederhana. Sebagai contoh, molekul-molekul desmosomal penting dalam perkembangan dan diferensiasi. Penghapusan gen desmoglein 2 secara buatan menyebabkan kematian embrio dini pada mencit, dan mencegah proliferasi sel-sel batang embrionik. Ekspresi desmoglein 3 yang tidak sesuai dalam dermis atas menghasilkan hiperproliferasi, diferensiasi abnormal, dan cacat batas. Mencit dengan penghapusan desmocollin I secara buatan juga memiliki diferensiasi abnormal dan batas epidermal yang cacat. Disamping itu, komponen-komponen armadillo dari desmosom bisa memperantarai atau memodulasi transduksi sinyal. Anggota asli dari famili armadillo, Armadillo, ditemukan pada Drosophila sebagai sebuah anggota jalur pensinyalan Wnt. Anggota lainnya dari famili ini, β-catenin, merupakan sebuah komponen dari junction adherens, junction adhesi sel lainnya, dan memegang peranan penting dalam pensinyalan Wnt pada sel-sel epitel. Β-Catenin, pada fungsi ini, bertranslokasi ke nukleus dan membentuk kompleks dengan molekul-molekul lain untuk menghasilkan sebuah faktor transkripsi. Plakoglobin, sebuah anggota dari famili ini, juga bisa memiliki peranan ganda yang serupa (adhesi dan pensinyalan), tetapi bagaimana pastinya masih belum diketahui. Demikian juga, plakophilin bisa terlokalisasi ke desmosom dan bertranslokasi ke nukleus, sehingga menunjukkan bahwa mereka juga mungkin terlibat dalam pensinyalan dan transkripsi.
Kompleksitas-kompleksitas fungsi komponen desmosomal ini bisa menyebabkan berbagai manifestasi penyakit pada pasien dengan mutasi pada gen desmosom (lihat Tabel 51-1). Mutasi desmoglein 1 dan desmoplakin terkait dengan palmar-plantar keratoderma striata. Mutasi desmoglein 4 ditemukan pada hypotrikosis resesif autosomal. Mutasi desmoplakin resesif autosomal bisa menyebabkan bukan hanya keratoderma tetapi juga woolly hair, dan kardiomiopati ventrikuler kiri. Mutasi plakoglobin menghasilkan penyakit Naxos, keratoderma, woolly hair, dan kardiomiopati ventrikuler kanan arrhytmogenik. Mutasi-mutasi plakophilin 1 menghasilkan penyakit yang mencakup kerapuhan kulit dan dysplasia ektodermal. Menariknya, beberapa dari penyakit genetik pada komponen desmosomal berbeda ini memiliki gambaran klinis yang sama, sehingga menunjukkan bahwa penyakit-penyakit ini bisa memiliki jalur-jalur patofisiologis umum tertentu yang sama.
Mekanisme-mekanisme patofisiologis pasti yang mengkaitkan mutasi pada penyakit-penyakit genetik ini dengan fenotip belum dilakukan dengan baik. Akan tetapi, penyakit-penyakit ini secara jelas menunjukkan pentingnya desmosom dan komponen-komponennya lebih dari sekedar untuk adhesi sel.
KOHESI EPIDERMAL-DERMAL
Karakteristik Struktural dan Fungsional Membran Dasar
Membran dasar mendasari sel-sel epitelium dan sel-sel endotelium dan memisahkannya satu sama lain atau memisahkannya dari stroma di sekitarnya. Bentuk lain dari membran dasar mengelilingi otot halus atau sel-sel saraf. Fungsi fisiologis dari membran dasar cukup beragam: Pada berbagai sistem organ membran-membran ini memberikan dukungan untuk sel-sel yang berdiferensiasi, mempertahankan arsitektur jaringan selama pemodelan ulang dan reparasi, dan pada beberapa kasus, mendapatkan fungsi khusus, termasuk kemamppuan untuk berfungsi sebagai pembatas permeabilitas selektif (seperti membran dasar glomerular atau batas darah-otak) atau mendapatkan sifat adhesif kuat, seperti membran dasar pada junction dermal-epidermal, atau yang mengelilingi sel-sel otot halus, yang memberikan resistensi kepada jaringan dari gaya-gaya gesek. Semua karakteristik dari membran dasar ini juga digunakan selama perkembangan dan diferensiasi organisme-organisme multiseluler.
Secara ultrastruktural, membran-membran dasar paling sering tampak sebagai struktur trilaminar, yang terdiri dari sebuah daerah padat elektron sentral, yang dikenal sebagai lamina densa, berdekatan dengan salah satu sisi area yang kurang padat, yang dikenal sebagai lamina lucida atau lamina rara. Lamina lucida secara langsung menopang membran plasma dari sel-sel di sekitarnya. Ukuran relatif dari masing-masing daerah ini berbeda-beda diantara membran-membran dasar dari jaringan berbeda, diantara membran-membran dasar dari jaringan sama pada usia berbeda, dan sebagai konsekuensi dari penyakit. Sebagai contoh, membran dasar glomerular trilaminar pada manusia berbeda-beda dari 240 nm sampai 340 nm lebarnya, sedangkan membran dasar bilaminar dari pertemuan dermal-epidermal beukuran antara 50 nm sampai 90 nm. Ultrastruktur ini menunjukkan bahwa membran dasar berfungsi sebagai substrat untuk perlekatan sel dan mengikat polaritasnya. Kontuitasnya pada berbagai sistem organ menstabilkan orientasi jaringan dan menjadi sebuah kerangka untuk reparasi berurutan setelah terjadi cedera trauma. Gangguan-gangguan utama dalam membran dasar menghasilkan pembentukan jaringan scar dan kehilangan fungsi di daerah tersebut.
Membran-membran dasar berbeda mengandung komponen yang umum dan unik. Semuanya memiliki struktur jaringan dasar dimana makromolekul-makromolekul tertentu tertambatkan. Molekul-molekul ini bertanggung jawab untuk struktur dan fungsi khusus dari membran-membran dasar berbeda. Konstituen pokok dari struktur-struktur ini adalah kolagen IV, laminin, nidogen, dan proteoglikan dari tipe perlecan, yang mana semuanya terkonservasi, walaupun isoformnya, jumlah subunit polipeptida dan strukturnya masing-masing berbeda-beda diantara spesies. Distribusi proteoglikan heparan sulfat pada semua membran dasar menunjukkan bahwa ini berfungsi sebagai batas permeabiltias slektif pada berbagai lokasi, termasuk ginjal dan batas darah-otak. Ultrafiltrasi bisa penting selama perkembangan dan morfogenesis semua jaringan.
Membran-membran dasar juga memberikan pemisahan fisik antara epitel dan matriks ekstraseluler di bawahnya. Batas ini khususnya penting jika terdapat tumor. Dengan pengecualian sel-sel tertentu dari sistem imun, sel-sel non-ganas jarang melintasi sebuah membran dasar. Sel-sel tumor jinak, ketika ditempatkan pada membran dasar amniotik terisolasi, tidak mampu melintasi batas ini secara in vitro. Berbeda dengan itu, sel-sel ganas mengikat membran dasar, merusak strukturnya pada tempat perlekatan, dan bermigrasi ke dalam kerusakan tersebut. Laminin dan integrin memperantarai pengikatan sel tumor, dan peleburan membran dasar dikatalisis oleh metaloprotease yang dihasilkan oleh sel tumor. Tidak adanya membran dasar yang dapat dibedakan pada biopsi tumor telah menjadi sebuah indikator keganasan, dan kelihatannya ada korelasi tinggi antara degradasi membran dasar dan metastasis. Pengamatan-pengamatan ini mendasari pentingnya lamina basal sebagai sebuah hambatan bagi migrasi sel.
Dengan mengikat molekul-molekul pensinyalan aktif secara biologis, membran dasar meregulasi berbagai kejadian biologis. Konstituen proteoglikan bisa mengikat faktor-faktor pertumbuhan yang bisa dilepaskan dari kompleks oleh proteinase jaringan. Sehingga, membran dasar merupakan peregulasi potensial dari adhesi sel dan migrasi, sitoskeleton dan bentuk sel, pembelahan sel, diferensiasi dan polarisasi, dan apoptosis.
ULTRASTRUKTUR PERTEMUAN DERMAL-EPIDERMAL
Pertemuan dermal-epidermal merupakan sebuah contoh bentuk membran dasar yang sangat kompleks, yang mendasari sel-sel basal dan meluas ke dalam lapisan atas dermis. Membran dasar ini terus berlanjut di sepanjang epidermis dan apendase kulit, termasuk kelenjar keringat, folikel rambut, dan kelenjar sebasea. Pertemuan dermal-epidermal bisa dibagi menjadi tiga zona berbeda. Zona pertama mengandung kompleks filamen-hemidesmosom keratin dari sel-sel basal dan meluas melalui lamina lusida sampai ke lamina densa. Membran-membran plasma dari sel-sel basal pada daerah ini mengandung banyak plat-plat padat elektron yang dikenal sebagai hemidesmosom. Arsitektur intraseluler dan pengaturan sel-sel basal dipertahankan oleh filamen-filamen intermediet keratin, diameter 7 sampai 10 nm yang merambat dalam sel-sel basal dan tersisipkan ke dalam desmosom dan hemidesmosom. Di bagian luar membran plasma terdapat lamina lusida yang lebarnya antara 25 sampai 50 nm yang mengandung filamen-filamen pelekat 2 sampai 8 nm diameternya, yang berasal dari membran plasma dan tersisipkan ke dalam lamina densa. Filamen-filamen pelekat bisa dilihat di sepanjang lamina lusida tetapi terpusat di daerah hemidesmosom. Secara ultrastruktural, filamen-filamen pelekat tampak mengamankan sel-sel epitelium pada lamina densa.
Eksitensi lamina lusida in vivo pada membran dasar dievaluasi setelah teknik preservasi tekanan tinggi, lamina densa tampaknya terkait erat dengan permukaan sel epitelium. Ketika pertemuan dermal-epidermal dipreparasi serupa tidak ada lamina lusida berbeda yang ditemukan (lihat Gbr. 51-3B). Ini menunjukkan bahwa lamina lusida bisa dihasilkan oleh penyusutan permukaan sel keluar dari lamina densa karena dehidrasi. Kenampakan filamen-filamen pelekat yang melingkupi lamina lusida kemudian bisa disebabkan oleh perlekatan kuat konstituen lamina densa pada hemidesmosom yang selanjutnya ditarik dari lamina densa melalui penyusutan. Komponen-komponen lain yang juga terikat kuat dengan membran plasma keratinosit, baik pada hemidesmosom atau pada tempat-tempat lain di sepanjang membran antara hemidesmosom, bisa bergeser ke dalam ruang penyusutan. Terlepas dari kejadian aktualnya secara in vivo, evaluasi lamina lucida dengan teknik mikroskop elektron standar telah memungkinkan pengidentifikasian struktur-struktur spesifik yang jika tidak akan sulit untuk dideteksi. Disamping itu, istilah morfologis lamina lucida tetap praktis dalam komunikasi ilmiah dan terus digunakan.
Zona kedua, lamina densa, tampak sebagai sebuah struktur amorf padat elektron dengan lebar antara 20 nm sampai 50 nm. Lamina densa dermal-epidermal cukup mirip kenampakannya dengan struktur-struktur analog pada organ-organ lain. Pada perbesaran tinggi, ini memiliki kenampakan berserat mirip granular. Komponen-komponen molekuler utama dari lamina densa adalah kolagen IV, nidogen-entactin, perlecan, dan laminin, yang semua bisa berpolimerisasi menjadi jaringan dengan ketebalan bervariasi.
Lamina sub-basal mengandung struktur-struktur mikrofibrillar. Dua dari struktur ini dapat dibedakan dengan mudah. Struktur pertama, yang dikenal sebagai fibril pelekat (anchorring fibrils), tampak sebagai agregat-agregat berserat padat dengan diameter 20 nm sampai 75 nm. Pada resolusi tinggi, struktur ini tampak memiliki pola nonperiodic cross-striated banding (lihat Gbr. 51-3A). Panjang fibril pelekat sulit diukur karena orientasinya acak dalam kaitannya dengan bidang irisan. Pada kulit katak, struktur-struktur ini memiliki panjang sekitar 800 nm. Fibril-fibril pelekat pada kulit manusia tampak sedikit lebih pendek. Ujung-ujung fibril pelekat tampak kurang padu, sehingga memiliki kenampakan yang sedikit berjumbai. Ujung proksimal tersisip ke dalam lamina basal, dan ujung distal terintegrasi menjadi jaringan berserat pada dermis. Banyak fibril pelekat yang keluar dari lamina densa masuk kembali ke dalam lamina densa dengan cara yang mirip tapal kuda (horseshoe-like); sedang yang lainnya menyisipkan ujung berlawanan ke dalam struktur-struktur yang nampak amorf, yang disebut plak-plak pelekat. Struktur-struktur ini diyakini sebagai “pulau” material padat elektron yang independen, walaupun ada beberapa kontrovers dalam literatur. Fibril-fibril pelekat sebagian besar adalah agregat dari kolagen VII.
Mikrofibril-mikrofibril yang mengandung fibrillin tubular, dengan diameter 10 nm sampai 12 nm, juga terlokalisasi dalam daerah sublamina densa. Ada serat-serat terkait elastis, karena komponen elastis dari dermis terbentuk dari mikrofbirilar dan komponen-komponen amorf. Komponen mikrofibrilar dengan adanya komponen amorf yang melimpah dikenal sebagai serat elastis. Dalam dermis papillary, dimana mereka perlahan bergabung dengan serat-serat elastis untuk membentuk sebuah pleksus yang paralel dengan pertemuan dermal-epidermal. Kedua komponen elastis ini tampak kontinyu dengan serat-serat elastis yang terdapat jauh di dalam dermis retikular. Gradien komponen amorf yang meningkat dari lamina besala ke dalam dermis retikular bisa menjadi sebuah sistem dengan serat-serat elastis yang semakin matang.
Ringkasnya, ultrastruktur dari pertemuan dermal-epidermal sangat menunjukkan bahwa lamina densa berfungsi sebagai sebuah perancah (scaffold) struktural untuk perlekatan sel-sel epidermal pada satu permukaan, yang diamankan oleh filamen-filamen pelekat yang meluas dari lamina densa ke hemidesmosom. Yang terakhir ini juga berfungsi sebagai titik-titik insersi untuk filamen-filamen keratin intraseluler yang membentuk perancah untuk sel-sel basal. Pada permukaan yang berlawanan, suprastruktur matriks ekstraseluler dari dermis melekat kuat ke lamina densa. Interaksi serat-serat dermal berbeda dengan lamina basal tampak diperantarai oleh fibril-fibril pelekat. Sistem elastis dari dermis tersisip secara langsung ke dalam lamina basal melalui mikrofibril. Sehingga, pertemuan dermal-epidermal menjadi sebuah perlekatan kontinyu antara dermis retikular dan sitoskeleton sel-sel basal. Temuan-temuan ini menunjukkan empat fungsi utama untuk membran dasar epidermal, yaitu: (1) dasar struktural untuk mengamankan perlekatan dan polaritas sel-sel basal epidermal; (2) sebuah fungsi pembatas; dengan memisahkan komponen epidermis dan dermis; (3) memperkuat perlekatan dermis ke epidermis melalui sebuah sistem kontinyu dari elemen-elemen struktural; dan (4) modifikasi fungsi-fungsi seluler, seperti organisasi sitoskeleton, diferensiasi, atau menyelamatkan dari pensinyalan apoptotik melalui mekanisme pensinyalan outside-in.
KARAKTERISASI BIOKIMIA MEMBRAN DASAR
Membran dasar mengandung glikoprotein dan proteglikan kolagen dan non-kolagen dan hidroksilisin ditemukan hampir hanya pada kolagen; kandungan hidroksiprolin menunjukkan bahwa kolagen mewakili 40 persen sampai 65 persen total protein membran dasar. Semua membran dasar mengandung kolagen IV sebagai kolagen utama, laminin, nidogen, dan heparan sulfat proteoglikan perlecan, tanpa terlepas dari sumber jaringan (Box 51-2). Disamping itu, banyak dari glikoprotein spesifik jaringan lain telah ditemukan dalam membran-membran dasar, termasuk laminin-laminin berbeda, fibulin, dan fibronektin.
Berbeda dengan komponen yang melimpah dalam semua membran dasar, beberapa molekul menunjukkan distribusi terbatas. Isoform kolagen IV tertentu, kolagen VII dan XVII, atau beberapa laminin, tidak melimpah. Sebagai contoh, rantai α3 dari kolagen IV terlokalisasi dalam membran dasar ginjal dan paru-paru, tetapi tidak pada yang terdapat dalam kulit dan pembuluh darah. Berbeda dengan itu, kolagen VII dan XVII terkait dengan epitel skuamous dari kulit tetapi tidak ditemukan dalam glomerular dan membran dasar alveolar. Perbedaan komposisi makromolekuler bertanggung jawab untuk varians fungsi dan morfologis membran dasar.
Komponen Utama Membran Dasar
Kolagen IV. Kolagen IV merupakan sebuah heterotrimer dari tiga rantai α. Masing-masing dari ini mengandung tiga domain berbeda yaitu: domain kaya cystein (7-S) N-terminal, domain tripel-heliks sentral, dan domain globular C-terminal (NC-1). Komposisi trimer ditentukan oleh domain-domain NC-1, dan rantai α terikat satu sama lain oleh interaksi kovalen melalui domain-domain ini. Triple heliks dari kolagen IV cukup panjang dan mengandung beberapa tempat dimana glisin tidak terdapat pada setiap posisi ketiga. Diskontinuitas ini menghasilkan peningkatan fleksibilitas dalam heliks kolagen IV, tetapi juga membuatnya rentan terhadap berbagai protease.
Struktur fibril karakteristik dari kolagen interstitial dihasilkan oleh agregasi molekul dalam susunan yang tidak kokoh, yang menghasilkan pola cross-banding pada mikroskop elektron yang menandakan bahwa interaksi utama diantara molekul kolagen IV terjadi pada domain amino- dan karboksil-terminal dan dengan hubungan lateral tripel heliks (lihat Gbr. 51-4A). Interaksi kovalen diantara daerah 7-S dari molekul-molekul berbeda merupakan basis untuk karakteristik jaringan khusus dari membran-membran dasar (lihat Gbr. 51-4B). Daerah 7-S individual timpang tindih dalam arah paralel dan antiparalel, yang menghasilkan sebuah bentuk “laba-laba' berkaki empat khas. Domain NC-1 pada ujung masing-masing kaki laba-laba berinteraksi dengan domain NC-1 dari agregat-agregat di sekitarnya (lihat Gbr. 51-4B). Hubungan distabilkan oleh ikatan kovalen. Interaksi ujung-dengan-ujung menghasilkan jaringan dua dimensi yang melebar yang merupakan dasar dari pengaturan membran dasar.
Fleksibilitas tinggi dari struktur jaringan membran dasar menjadikan kemungkinan interaksi dengan kolagen-kolagen lain atau molekul non-kolagen sangat atratktif. Sebuah jaring terbuka dari kolagen IV misalnya dengan laminin atau perlecan, bisa divisualisasikan dengan mudah (Gbr. 31-3). Porositas dari struktur ini selanjutnya akan dibatasi oleh ukuran pori-pori dalam jaringan kolagen dengannya. Model struktur membran dasar ini memungkinkan stabilitas mekanis yang tinggi disamping mempertahankan fleksibilitas fisiologis. Sifat-sifat kekuatan dan keelastisan ini diinginkan untuk sebuah permukaan dinamis, seperti yang terlihat pada pertemuan epidermal-dermal dan pembuluh darah di sekitarnya.
Molekul-molekul kolagen IV pada membran-membran berbeda mengandung rantai α yang berbeda secara genetik tetapi homolog secara struktural. Rantai α1 dan α2 cukup melimpah, tetapi rantai α3, α4, α5, dan α6 menunjukkan distribusi terbatas diantara jaringan. Pengaturan rantai dan interaksi yang membedakan antara domain-domain NC-1 mengatur perakitan jaringan dalam membran dasar. Dua jaringan, yakni jaringan yang mengandung α1-α2 dan jaringan yang mengandung α3-α4-α5, terdapat dalam membran dasar glomerular. Membran-membran dasar otot halus memiliki jaringan yang mengandung α1-α2-α5-α6 disamping jaringan α1-α2 klasik. Dalam kulit, jaringan kolagen IV yang mengandung α12-α2 mendominasi dalam pertemuan dermal-epidermal, tetapi jaringan yang mengandung α1-α2-α5-α6 kemungkinan juga ada. Jika disatukan, enam rantai kolagen IV tersebar dalam tiga jaringan utama, α1-α2, α3-α4-α5, dan α1-α2-α5-α6, yang komposisi rantainya ditentukan oleh domain NC-1.
Rantai α3(IV) merupakan antigen yang dikenali oleh autoantibodi-autoantibodi yang bersirkulasi dalam sindrom Goodpasture, dan autoantibodi-autoantibodi diarahkan terhadap domain NC-1 dari rantai kolagen α5(IV) dilaporkan pada sebuah kasus dengan erupsi-erupsi bulosa sub-epidermal dan ketidakcukupan ginjal. Penyimpangan struktural dalam gen yang mengkodekan rantai α3, α4, α5, dan α6 menyebabkan bentuk-bentuk berbeda dari sindrom Alport, sebuah penyakit genetik yang ditandai dengan nefritis dan ketulian. Analisis terbaru terhadap mutan-mutan mencit menunjukkan fenotip mutasi yang tidak diharapkan pada gen Col4α1 dan Col4α2 mencit yang mengkodekan α1 dan α2 (yakni, abnormalitas-abnormalitas pada ginjal, otak, dan mata). Glomerulopati perifer pada ginjal, porencephaly, sebuah penyakit neurologi yang langka ditandai dengan kavitas-kavitas degeneratif dalam otak, perdarahan intraserebral, dan berbagai kelainan mata yang mengenai iris, kornea, arteriol retinal, dan saraf optik ditemukan. Selanjutnya, mutasi Col4α1 diidentifikasi pada sebuah keluarga manusia dengan penyakit pembuluh-kecil, yang sering mendasari stroke ischemia dan perdarahan intraserebral. Menariknya, meskipun keberadaan yang melimpah dari rantai α1 dan α2 kolagen IV dalam membran dasar, penyimpangan tidak terjadi pada semua membran dasar, sehingga menunjukkan berbagai peran untuk kolagen IV dalam membran-membran dasar berbeda.
Laminin. Laminin merupakan glikoprotein yang sangat besar (600 sampai 950 kd) dalam lamina lusida/lamina densa dari semua membran dasar. Tiga tipe rantai subunit telah disebut sebagai rantai α (200 kd sampai 400 kd), β (220 kd), dan γ (155 kd sampai 200 kd), dan masing-masing laminin merupakan sebuah agregat trimerik dari satu rantai α, β, dan γ. Trimer-trimer memiliki struktur semi-kaku dan meluas, yang tampak sebagai sebuah palang asimetri dalam mikroskop elektron (lihat Gbr. 51-4C). lengan panjang dari panjang memiliki panjang sekitar 125 nm; lengan pendek dari palang memiliki panjang yang bervariasi. Masing-masing molekul laminin dibagi menjadi domain-domain yang globular dan mirip batang yang secara individual terlibat dalam berbagai fungsi, seperti agregasi dengan dirinya sendiri dan dengan komponen lain dari lamina densa (Gbr. 51-6), perlekatan sel dan penyebarannya, pertumbuhan-keluar (outgrowth) neurit, atau diferensiasi seluler. Domain LG C-terminal dari rantai α, pada bagian baki lengan yang panjang dari palang laminin, mengandung tempat pengikatan untuk integrin.
Sampai sekarang, 15 isoform laminin telah diidentifikasi. Ini mewakili kombinasi trimerik berbeda dari lima rantai α berbeda, tiga rantai β dan tiga rantai γ yang telah dikenal sejauh ini. Secara historis, laminin disebut sebagai laminin-1 sampai laminin-15, sesuai urutan ditemukannya, tetapi klasifikasi ini tidak praktis, karena perlu diingat angka-angkanya. Sebuah tatanama baru yang sederhana didasarkan pada komposisi rantai dan jumlah masing-masing rantai α, β, dan γ (Tabel 51-2). Sebagai contoh, laminin 1 “prototipe”, dengan komposisi rantai α α1β1γ1, sekarang disebut sebagai laminin 111. Laminin utama dari membran dasar epidermal, sebelumnya laminin-5, dengan kompososo rantai α α3β3γ2, yang sekarang disebut laminin 332.
Laminin yang mengandung rantai α2 terdapat sebagian besar dalam membran dasar serat otot, saraf, junction neuromuskular, dan glomerulus. Mutasi pada rantai α2 menyebabkan distropi muskular progresif yang mengelilingi sel-sel otot. Ketiadaan membran dasar mengarah pada degenerasi progresif otot akibat kematian sel. Dengan demikian, prediksinya adalah bahwa laminin, dan membran dasar secara umum, diperlukan untuk mencegah apoptosis oleh tipe-tipe sel yang mereka kelilingi. Rantai α3 terlibat dalam adhesi epitel, dan rantai α4 dan α5 ditemukan dalam berbagai jaringan termasuk endotelium, epitelium, junction neuromuskular, dan glomerulus. Laminin 511 terdapat dalam membran dasar dari epidermis dan folikel-folikel rambutnya, dimana diyakini terlibat dalam pensinyalan pertumbuhan. Distribusi rantai β2 sangat terbatas pada pertemuan neuromuskular, tetapi juga ditemukan pada jaringan-jaringan non-otot seperti glomerulus ginjal dan lamina basal kapiler. Rantai β3 terlibat dalam adhesi epitel. Tiga varian rantai γ – γ1, γ2, dan γ3 – telah diketahui. Rantai γ3, seuah komponen dari laminin 423 dan 523, mengikat nidogen 1 dan 2 dan terlokalisasi dalam zona membran dasar otak embrionik dan otak orang dewasa, ginjal, kulit, otot, dan testis. Ini terdapat dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah dibanding rantai γ1, sebuah fakta yang bisa mengindikasikan fungsi yang sangat khusus. Fungsi dari semua laminin belum dipahami dengan baik, tetapi dengan berinteraksi dengan integrin dan komponen permukaan sel lainnya laminin mengontrol aktivitas-aktivitas seluler seperti adhesi, migrasi, proliferasi, dan polaritas dalam berbagai varietas organ.
Nidogen. Dua nidogen, nidogen 1 dan 2, yang juga dikenal sebagai entactin 1 dan 2, merupakan produk gen berbeda. Keduanya merupakan molekul yang relatif kecil, yang mengikat laminin pada sebuah tempat spesifik dalam rantai γ1 dan γ3, tetapi juga kolagen IV, perlecan, dan fibulin. Telah diusulkan bahwa nidogen bertindak sebagai elemen penghubung antara kolagen IV dan jaringan laminin dan memadukan komponen-komponen membran dasar lainnya ke dalam matriks ekstraseluler yang khusus ini. Ablasi nidogen yang ditargetkan pada mencit menunjukkan bahwa kehilangan isoform tidak memiliki efek terhadap pembentukan membran dasar dan perkembangan organ, tetapi kekurangan keduanya menghasilkan kelainan-kelainan parah pada paru-paru dan jantung yang tidak kompatibel dengan kehidupan. Menariknya, meskipun keberadaan nidogen yang melimpah dalam membran dasar, penyimpangan tidak terjadi pada semua membran dasar, sehingga menunjukkan peranan berbeda bagi nidogen pada membran-membran dasar berbeda.
Heparan Sulfat Proteoglikan. Golongan konstituen membran dasar integral yang melimpah lainnya adalah proteoglikan. Tiga proteoglikan secara karakteristik terdapat dalam membran dasar vaskuler dan tepitelium: perlecan, agrin, dan bamacan. Ini terdiri dari sebuah protein inti dengan panjang berbeda-bedan, dimana dua yang pertama membawa sebagian besar rantai samping heparan sulfat, sedangkan yang selanjutnya membawa sebagian besar sulfat chondroitin. Nama perlecan berasal dari kenampakannya yang menyerupai sebuah tali mutiara. Perlecan merupakan sebuah proteoglikan multidomain kompleks dengan berbagai dimensi dan beberapa modifikasi pasca-translasi.
Mencit knockout yang kekurangan perlecan menunjukkan kelainan-kelainan pada banyak jaringan, termasuk membran-membran dasar, dan letalitas embrionik. Membran dasar menjadi rusak pada daerah-daerah yang mengalami stress mekanis meningkat, seperti myokardium atau kulit, menghasilkan abnormalitas kardiak mematikan dan pelepuhan kulit. Agrin merupakan sebuah proteoglikan sulfat heparan utama pada pertemuan neuromuskular dan membran dasar tubular. Bamacan kemungkinan merupakan chondroitin sulfat proteoglikan yang sebelumnya diidentifikasi pada berbagai membran dasar. Proteoglikan mampu berinteraksi dengan beberapa komponen membran dasar dan diyakini berkontribusi bagi arsitektur keseluruhan dari membran dasar serta memberikan fungsi spesifik jaringan. Kandungan sulfat dari proteoglikan menjadikannya sangat bermuatan negatif dan hidrofilik, dan kepadatan muatan bertanggung jawab untuk memberikan permeabilitas selektif bagi membran dasar glomerular.
Syndecan merupakan heparan sulfat proteoglikan transmembran yang terdapat pada kebanyakan tipe sel, termasuk keratinosit basal pada epidermis. Domain-domain ekstraseluler memiliki afinitas untuk laminin dan, diduga melalui interaksi ini, mereka meregulasi berbagai proses biologis, mulai dari pensinyalan faktor pertumbuhan, adhesi sel, dan organisasi sitoskeletal, sampai infeksi sel dengan mikroorganisme.
Fibulin. Fibulin adalah famili dari enam protein matriks ekstraseluler pengikat kalsium. Mereka terletak dalam dinding pembuluh, membran dasar, dan struktur-struktur mikrofibrillar dan memiliki tempat pengikatan overlap untuk berbagai ligan, protein membran dasar dan komponen jaringan konektif interstitial. Dengan demikian, fibulin diyakini berfungsi sebagai jembatan antar-molekul yang menstabilkan pengaturan supramolekul dari struktur-struktur membran ekstraseluler, seperti serat-serat elastis dan membran-membran dasar. Kelainan-kelainan genetik pada gen yang mengkodekan fibulin 4 dan 5 menyebabkan berbagai bentuk cutis laxa.
KOMPONEN-KOMPONEN MEMBRAN DASAR SPESIFIK EPITELIUM
Pertemuan dermal-epidermal pada kulit merupakan sebuah contoh yang sangat baik dari divergensi spesifik pada struktur membran dasar. Komponen struktural dari hemidesmosom, filamen-filamen pengikat, dan fibril pelekat dalam zona membran dasar telah diketahui dengan baik. Sebuah gambaran yang menunjukkan lokasi-lokasi relatif dari protein-protein yang ditemukan pada pertemuan dermal-epidermal ditunjukkan pada Gambar 51-7. Protein-protein ini terdapat pada Tabel 51-3 dan dibahas pada bagian-bagian berikut.
Hemidesmosom
Secara ultrastruktural, hemidesmosom sangat mirip dengan setengah dari desmosom pada pertemuan sel-dengan-sel dalam epidermis. Akan tetapi, komponen-komponen dari kedua struktur ini cukup berbeda. Karakterisasi protein-protein hemidesomosmal pada awalnya dibantu dengan penggunaan autoantibodi-autoantibodi dalam serum pasien yang mengalami pemfigoid bulosa, yang mengenali antigen-antigen dengan massa mulai dari 120 kd sampai 230 kd. Kloning cDNA untuk molekul-molekul membantu mengidentifikasi tiga rantai polipeptida berbeda: 230 kd, 180 kd, dan 120 kd. Perotein 230 kd, BPAG1 (antigen 1 pemfigoid bulosa, atau BP230), merupakan sebuah protein dimerik dengan homologi terhadap plakin, yang mengikat filamen-filamen intermediet. BPAG1 merupakan komponen utama dari plak padat dalam hemidesmosomal. Pada sebuah model mencit transgenik, penghapusan BPAG1 menyebabkan epidermolisis bulosa simpleks tetapi tidak mutasi manusia yang telah ditemukan sejauh ini. Protein 180 kd, yang sebelumnya disebut BPAG2 atau BP180, dan antigen utama pada pemfigoid bulosa, merupakan sebuah kolagen transmembran yang sekarang ini dikenal sebagai kolagen XVII, dimana domain-domain berkolagen berada di luar sel. Sebetulnya, kolagen XVII merupakan sebuah prototipe dari famili protein terbaru dari protein transmembran tipe II dengan satu atau lebih regangan kolagen dalam domain ekstraseluler. Mutasi-mutasi pada kolagen XVII menyebabkan epidermolisis bulosa junctional, yang menandakan bahwa ini menstabilkan reaksi keratinosit basal dengan membran dasar. Ligan-ligan intraselulernya adalah plectin, BPAg-1 dan integrin β4, dan ligan-ligan ekstraseluler, integrin α6 dan laminin 332. Protein 120-kd mnerupakan ektodomain dari kolagen XVII, yang ditutupi dari permukaan sel oleh proteinase famili ADAM (mirip disintegrin A dan mengnadung metaloproteinase melalui pembelahan dalam domain NC-16 jukstamembranous (Gbr. 51-9). Plektin, sebuah homolog plakin dimerik lain, juga merupakan sebuah komponen hemidesmosom. Akan tetapi, distribusinya dalam jaringan tidak terbatas pada membran-membran dasar yang mengandung hemidesmosom. Mutasi plektin menghasilkan epidermolisis bulosa simpleks dan distropi muskular dan, pada beberapa kasus, epidermolisis bulosa junctional dengan atresia pylorik, sehingga menandakan sebuah peran untuk plektin dalam stabilitas adhesi membran dasar sel pada berbagai jaringan.
Salah satu komponen kunci dari hemidesmosom adalah integrin α6β4. Ini memiliki afinitas tinggi untuk laminin 332, dan dengan demikian penting untuk integrasi hemidesmosom dengan membran dasar di bawahnya dan stroma. Mutasi baik pada rantai α6 atau β4 menghasilkan ketidakstabilan dermal-epidermal. Pada mencit, mutasi null menyebabkan epidermolisis junctional parah. Pada manusia, mutasi-mutasi berbeda pada rantai α6 atau β4 terkait dengan pelepuhan kulit parah yang terkait dengan atresia pyloric.
Sebuah anggota protein transmembran permukaan sel yang banyak diekspresikan dari famili tetraspanin, CD151, juga merupakan komponen dari hemidesmosom. Ini membentuk kompleks dengan integrin α3β1 dan α6β4 pada permukaan basolateral dari keratinosit basal dan menstabilkan fungsinya dengan memberikan sebuah kerangka untuk pengaturan spasial dari komponen-komponen berbeda. Disosiasi kompleks CD151-integrin memungkinkan penataan ulang interaksi sel epitel dengan membran dasar dan migrasi sel. Mencit yang tidka mengandung CD151 memiliki morfologi jaringan yang tampak normal, termasuk hemidesmosom, tetapi menunjukkan beberapa penyimpangan fungsional, seperti migrasi keratinosit buruk pada kultur kesplant. Sebuah kondisi genetik manusia yang langka menyalurkan informasi tidak langsung pada fungsi CD151. Disamping ekspresi CD151 pada beberapa jaringan seperti ginjal dan kulit, gennya juga mengkodekan antigen golongan darah MER2 pada eritrosit. Mutasi-mutasi yang null CD151 homozigot diidentifikasi pada tiga pasien yang negatif MER2, yang juga menunjukkan neftiris bawaan, ketulisan sensorineural, epidermolisis bulosa pretibial, dan β-thalassemia minor. Gejala-gejala ini menunjukkan bahwa CD151 penting untuk perakitan membran dasar ini dalam ginjal, kulit, dan teliga dalam dan memegang peranan dalam eritropoiesis.
Kompleks-Kompleks Adhesi Epidermal Lainnya
Disamping komponen-komponen hemidesmosomal, molekul-molekul adhesi lain diketahui terdapat pada aspek basolateral dari keratinosit basal, misalnya integrin α3β1, reseptor untuk kompleks laminin 332-311 dalam membran dasar antara hemidesmosom-hemidesmosom, dan kolagen transmembran lainnya, tipe XIII. Karena protein-protein ini terlokalisasi pada kontak sentral secara in vitro, bersama dengan vinculin dan talin, mereka diprediksikan berfungsi sebagai penghubung antara membran dasar dan jaringan actin cortical epitelium. Baru-baru ini, sebuah komponen intraseluler terbaru dari kompleks ini, kindlin-1, diidentifikasi oleh kajian genetika. Gen kindlin-1, KIND1, bermutasi pada sindrom Kindler, sebuah penyakit dengan pelepuhan kulit semasa bayi, poikilodermal progresif, atropi kulit, kelainan pigmen, dan terkadang, kanker kulit. Dalam epidermis, kindlin-1 diekspresikan pada permukaan basolateral keratinosit basal, dan pada sel-sel epitelium yang diolah kindlin-1 mengalami kolokalisasi dengan vinculin, sebuah penanda adhesi matriks sel berperantara integrin, dan actin mikrofilamen. Pengamatan-pengamatan ini menunjukkan bahwa kindlin-1 diperlukan untuk kestabilan pertemuan dermal-epidermal dan sehingga, disamping hemidesmosom, menopang actin sitoskelenton ke adhesi matriks-sel memberikan alternatif untuk menjangkar sel epitel basal ke membran dasar ini.
Filamen-Filamen Pelekat
Filamen-filamen pelekat mengandung laminin 332 dan ektodomain dari kolagen XVII, dua ligan yang berinteraksi satu sama lain melalui ikatna-ikatan non-kovalen. Ektodomain dari kolagen XVII, yang menonjol dari membran plasma ke dalam lamina lucida, memiliki struktur loop yang konsisten dengan peranannya sebagai protein filamen pelekat. Karakteristik molekuler dari kolagen ini ditunjukkan pada Hemidesmosom. Laminin 332 merupakan sebuah kompleks terikat-disuilfida dari rantai α3, β3, dan γ2. Kedua varian rantai α3, α3A dan α3B, terkait dengan rantai α3 dan γ2 untuk membentuk laminin 3A32 dan 3B32 (lihat Gbr. 51-6), yang sebelumnya dikenal sebagai laminin-5. Pemeriksaan pencitraan menunjukkan bahwa laminin 332 memiliki struktur mirip batang yang berhenti dalam daerah globular (lihat Gbr. 51-4f), sebuah bentuk yang konsisten dengan perannya sebagai sebuah protein filamen pelekat. Rantai-rantai individual dianggap terpotong relatif terhadap rantai laminin lain, dan pemotongan ini tercermin dalam kehilangan struktur yang ekivalen dengan lengan pendek dari laminin lain. Disamping itu, rantai α3 dan γ2 diproses secara protelitik setelah sekresi dari keratinosit, lebih lanjut mengurangi lengan yang pendek. C-terminus dari rantai α, yang lebih panjang dari rantai β dan γ, terdiri dari lima modul LG globular, LG1 sampai LG5, yang berinteraksi dengan reseptor-reseptor permukaan sel. Integrin αβ1 dan α6β5 memiliki afinitas untuk domain-domain LG1-3, sedangkan tandem LG4-5 memiliki afinitas untuk syndecans dan β-distroglikan pada permukaan keratinosit. Modul-modul LG4-5 dibelah secara proteolitik pada kebanyakan laminin, sebuah proses yang bisa memodulasi interaksi dengan reseptor-reseptor permukaan sel. Laminin 332 membentuk kompleks kovalen dengan laminin 311 (α3β1γ1), terikat ke domain NC-1 dari kolagen VII, protein fibril p[elekat dan ke ektodomain distal dari kolagen XVII. Bukti genetika menunjukkan bahwa laminin 332 penting dalam adhesi keratinosit, karena mutasi-mutasi null dalam komponen-komponennya α3, β3, atau γ2 menghasilkan epidermolisis bulosa juntionla Herlitz yang parah. Perusakan gen lama3 pada mencit mencegah sintesis molekul laminin 332 dan 311 dan menghasilkan hemidesmosom abnormal, kekurangan kelangsungan hidup dari sel-sel epitel mutan, pelepuhan junctional yang parah, abnormalitas-abnormalitas diferensiasi ameloblast pada gigi yang sedang tumbuh, dan letalitas perinatal. Dengan demikian, keparahan fenotip yang tidak mengandung laminin 332 menunjukkan kehilangan kemampuan untuk menjembatani hemidesmosom dan fibril-fibril pelekat yang menghasilkan pemisahan dalam lamina lucida.
Lamina Densa Epitelium
Membran dasar di bawah dan diantara hemidesmosom-hemidesmosom mengandung jaringan kolagen IV yang mengandung α1-α2, kemungkinan beberapa jaringan kolagen IV yang mengandung α1-α2-α5-α6, serta molekul-molekul yang mengandung nidogen, perlecan, dan laminin α3 dan α5. N-terminus dari rantai α3 kekurangan model LN, yang memungkinkan polimerisasi sendiri dari isoform laminin lain. Akan tetapi, rantai α3 bisa terkait dengan rantai β1 dan γ1 dari laminin 311, yang sebelumnya laminin-6, yang memiliki sifat unik yakni membentuk dimer terikat disulfida dengan laminin 332. Ada kemungkinan bahwa laminin yang mengandung α3 dalam lamina densa antara hemidesmosom-hemidesmosom adalah kompleks lamininin 332-311. Karena rantai α3 laminin adalah sebuah ligan untuk integrin α3β1 yang terdapat diantara hemidesmosom-hemidesmosom, maka pengikatan kompleks laminin 332-311 ke sitoskeleton aktin intraseluler kemungkinan diperantarai oleh integrin α3β1. Ini konsisten dengan penelitian-penelitian pada mencit dimana ablasi rantai α3 integrin yang ditargetkan menyebabkan kehilangan membran dasar diantara hemidesmosom-hemidesmosom tetapi tidak di bawahnya. N-terminus dari laminin 332 terikat ke kolagen VII, sebuah komponen dari fibril pelekat dalam sub-lamina densa, sehingga filamen-filamen pelekat dan fibril terhubung secara langsung. Kompleks laminin 332-311 dan laminin 511 (α5β1γ1), sebelumnya laminin-10, mengandung rantai γ1 dan dengan demikian bisa mengikat nidogen 1 dan 2 dan jaringan kolagen IV. Lebih lanjut, nidiogen 1 dan fibulin 1 dan 2 ditunjukkan sebagai ligan untuk rantai γ2 N-terminal rekombinan dari laminin 332. Interaksi-interaksi ini penting untuk integrasi laminin 332 ke dalam matriks ekstraseluler sebelum pematangan rantai γ2, ketika sebuah bagian penting dari N-terminus rantai γ2 dipecayh dalam kulit dewasa manusia. Meski demikian hubungan lain, yang memperkuat kohesi dermal-epidermal, diberikan oleh interaksi molekuler antara perlecan dalam lamina densa dan fibrillin 1 dalam mikrofibril.
Fibril-Fibril Pelekat
Kolagen VII merupakan komponen utama dari fibril pelekat. Molekul kolagen VII dibedakan dari kolagen-kolagen lain karena memiliki domain tripel heliks yang sangat panjang, 450 nm panjangnya. Domain-domain globular terdapat pada kedua ujung triple heliks, dan domain N-terminal NC-1 sangat besar dan mirip dengan trisula (lihat Gbr. 51-4E). C-propeptida yang lebih kecil, NC-2, diyakini mempermudah pembentukan dimer-dimer sentrosimetris antiparalel, sebelum dihilangkan oleh morfogenetik tulang metalloproteinase protein 1 untuk menghasilkan kolagen VII dewasa. Dimer-dimer diikat silang secara kovalen melalui ikatan disulfida pada karboksi terminus, dan beragregasi secara lateral untuk membentuk fibril-fibril pelekat. Fibril lebih lanjut distabilkan dengan penggunaan transglutaminase, yang mengkatalisis pembentukan ikatan-silang kovalen γ-glutamikl-ε-lysin.
Domain NC-1 dari kolagen VII terikat ke laminin-5 dan kolagen IV dalam lamina densa. Domain tripel heliks dari sebuah dimer kolagen VII antiparalel membentuk bagian panjang dari fibril pelekat. Ini meluas secara tegak lurus dari lamina densa dan kembali ke dalam lamina densa atau tersisip ke dalam plak-plak pelekat. Plak-plak pelekat merupakan struktur-struktur padat elektron yang mengandung kolagen IV dan laminin 332, dan kemungkinan komponen-komponen membran dasar lainnya, tetapi yang mana diyakini tidak tergantung pada lamina densa itu sendiri. Mereka tersebar secara acak dalam dermis papillary di bawah lamina densa dan saling dihubungkan oleh fibril-fibril pelekat tambahan. Jaringan fibril pelekat membentuk sebuah perancah (scaffold) yang menjebak banyak fibril dermal, sehingga mengamankan lamina densa pada dermis di bawahnya. Pada bentuk epidermolisis bulosan dapatan, epidermolisis bulosa acquisita, dan pada lupus eritematosus sistemik, autoantibodi-autoantibodi mentargetkan utamanya domain NC-1 dari kolagen VII.
Mutasi-mutasi pada COL7A1, gen yang mengkodekan kolagen VII, menghasilkan epidermolisis bulosa distropi. Pada tahun 2006, lebih dari 300 mutasi COL7A1 yang telah ditemukan pada bentuk resesif dan dominan dari epidermolisis bulosa distropi (Gbr. 51-10), dan berbagai fenotip biologis dan klinis yang jauh lebih luas dari yang diduga. Pada dua model mencit berbeda, defisiensi lengkap atau parsial untuk kolagen VII merangkum karakteristik klinis dan morfologis dari epidermolisis bulosa distrofis resesif pada manusia. Mencit-mencit ini akan bermanfaat untuk pengujian strategi-strategi terapi molekuler untuk epidermolisis bulosa distropis. Beberapa terapi seperti ini, mulai dari terapi protein sampai transfer gen berperantara transposon, telah dipertimbangkan. Augmentasi gen dalam sebuah pendekatan ex vivo saat ini merupakan yang paling menjanjikan sebagai sebuah tahapan pertama, khususnya untuk epidermolisis bulosa distropi resesif. Strategi ini terdiri dari koreksi gen untuk keratinosit pasien secara in vitro, dan pengolahannya dalam helai-helai epitelium untuk penanduran (grafting) ke atas kulit pasien. Hasil dengan model epidermolisis bulosa distropis canine kelihatannya menjanjikan: transduksi sel-sel epidermal dengan vektor retroviral yang mengandung seluruh cDNA kolagen VII meningkatkan ekspresi dan deposisi kolagen VII pada pertemuan dermal-epidermal. Pada pendekatan lain, transfer gen mnonviral dengan menggunakan kotrasnfeksi C31 integrase dan kolagen VII manusia menghasilkan ekspresi protein pada keratinosit DEB yang kekurangan kolagen VII. Karena fibroblast juga berkontribusi bagi sintesis kolagen VII, kecocokannya untuk pendekatan terapi gen sedang diteliti.
Asal-Usul Seluler Membran Dasar Dermal-Epidermal
Konstituen-konstituen membran dasar merupakan produk-produk dari sel-sel epitelium dan sel-sel mesenchymal. Pemodelan in vitro dari pembentukan membran dasar secara jelas menunjukkan bahwa, pada sekurang-kurangnya beberapa kondisi, membran dasar pertemuan dermal-epidermal berkontribusi dan telah diusulkan bahwa fibroblast-fibroblast yang berdiferensiasi terdapat berdekatan dengan jaringan epitelium in vivo, yang menghasilkan komponen membran dasar dan membantu dalam perakitan membran dasar. Dari komponen membran dasar yang diketahui, hanya laminin 332 (laminin-5) dan 311A (laminin-6) yang secara eksklusif dihasilkan oleh epidermis. Sel-sel epitelium juga membentuk kebanyakan kolagen VII, sedangkan sel-sel yang utamanya mesenchymal mensintesis kolagen IV, nidogen, perlecan, dan rantai α2 laminin. Karena produk-produk mesenchymal ditranslokasi ke permukaan epitel basilateral dimana mereka berkondensasi, maka permukaan tentu bisa memberikan petunjuk lokalisasi. Integrin α6β4 dan α3β1 dan kolagen XVII telah berdampak dalam proses ini, sehingga menandakan bahwa laminin mengkoordinasikan polimerisasi membran dasar. Karena nidogen diperlukan untuk stabilisasi membran dasar, dan karena ini merupakan sebuah produk mesenchymal, maka ada kemungkinan bahwa dermis penting bagi perkembangan membran dasar. Penelitian-penelitian yang menggunakan model kultur ekivalen kulit berbeda telah menunjukkan bahwa interaksi ketat antara fibroblast dan keratinosit, dalam hal produksi matriksnya dan sekresi sinyal-sinyal terlarutkan, mereguoasi pembentukan membran dasar dermal-epidermal. Sebuah tahapan regulatory yang menarik bisa ditambahkan oleh enzim-enzim dermal (seperti protein morofologi tulang 1), yang mengolah produk-produk sel epitelium, seperti laminin 332 dan prokolagen VII, untuk mematangkan molekul-molekul membran dasar.
Comments
Post a Comment