Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1)
Pada tahun 1982, Centers for Disease Control (CDC) memperkenalkan nama penyakit AIDS. Penularan penyakit ini terjadi karena transfer cairan tubuh dari seseorang yang terinfeksi kepada orang yang belum terinfeksi. Pada tahun 1983 penyebab AIDS telah ditemukan yaitu suatu retrovirus manusia yang disebut dengan Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1). Pada tahun 1985 ditemukan HIV-2. HIV-1 adalah tipe virus AIDS yang paling umum dibanding HIV-2. Berawal dari penemuan virus ini berkembanglah penelitian genetika virus dan detail siklus hidupnya. Pengetahuan ini digunakan para ahli untuk pengembangan terapi dan vaksinnya. Sekarang telah banyak kemungkinan terapi yang dikembangkan mulai dari studi in vitro sampai ke studi pada binatang dan perlakuan klinis, akhirnya ke perluasan penggunaan dari obat-obatan dan vaksin. Dari sekian obat-obatan yang telah diuji, AZT termasuk obat yang telah diuji secara klinis. Obat lainnya adalah inhibitor enzim reverse trancriptase.
Struktur HIV-1
Genom HIV-1 dikelilingi oleh lapis rangkap lipid dan protein yang diglikosilasi yang berfungsi sebagai pelindung genom. Lapis rangkap lipid berasal dari sel inang, sedangkan protein yang diglikosilasi dikode oleh genom RNA HIV-1. Protein ini merupakan glikoprotein (gp) berukuran 160 kDa dan dinamakan dengan gp160. Protein ini dipotong oleh protease seluler selama pematangan HIV-1 menjadi protein pelindung eksternal (gp120) dan protein transmembran (gp41). Protein gp120 berinteraksi dengan gp41 melalui interaksi nonkovalen. Bagian inti partikel virus mengandung dua kopi genom RNA yang bergabung dengan tRNA dan beberapa molekul enzim reverse transcriptase. Bagian inti ini diselimuti oleh dua jenis protein yaitu p17 dan p24. Kedua jenis protein ini disebut juga dengan protein inti.
Ukuran genom RNA HIV-1 sekitar 9,2 kilobasa (kb). Genom ini lebih kompleks dibandingkan retrovirus lainnya. Selain mengandung gen gag, env dan pol seperti retrovirus lainnya, genom HIV-1 juga mengandung paling kurang 4 gen lainnya yang terlibat dalam pengendalian ekspresi gen virus bersama gen lainnya. Sampai sekarang diketahui bahwa genom HIV-1 mengandung paling kurang 9 gen yang bertanggung jawab atas siklus hidupnya yaitu gen env, gag, pol, rev, tat, vif, vpr, vpu, dan nef.
Pada ujung-5’ dan ujung-3’ genom RNA HIV-1 terdapat urutan nukleotida yang disingkat dengan LTR (Long Terminal Repeat) dengan struktur U3-R-U5. Urutan nukleotida pada U5 dan U3 adalah urutan yang unik dari genom RNA HIV-1 dan urutan pada R merupakan urutan pendek berulang. Meskipun urutan nukleotida kedua LTR identik tetapi keduanya menunjukkan fungsi yang berbeda. Pada 5’LTR terdapat urutan promotor dan daerah enhancer, sedangkan pada 3’LTR terdapat sinyal poliadenilasi.
Siklus Hidup HIV-1
HIV-1 adalah suatu retrovirus dimana HIV-1 mempunyai genom RNA rantai tunggal yang dapat bereplikasi melalui pembentukan intermediet DNA di dalam sel inangnya. Tahap pertama siklus hidup HIV-1 adalah pengikatan protein gp120 HIV-1 pada reseptor CD4 (Cluster of Differentiation) yang terdapat pada permukaan sel helper T lymphocytes. Protein gp120 mengandung 18 residu sistein yang semuanya membentuk ikatan disulfida yang diperlukan untuk mempertahankan konformasi ketika terjadi pengikatan pada reseptor CD4.
Setelah terjadi pengikatan gp120 HIV-1 pada reseptor CD4, lapisan lipid virus kemudian menyatu dengan membran sel dan inti virus yang diselimuti protein inti (p17 dan p24) memasuki sel. Bila HIV-1 telah memasuki sel enzim reverse transcriptase yang dibawa HIV-1 mensintesis DNA rantai ganda dengan genom RNA sebagai cetakan (template). Proses ini terjadi di sitoplasma sel helper T lymphocytes.
Proses sintesis rantai ganda DNA dengan RNA sebagai cetakan (transkripsi balik) dapat dijelaskan sebagai berikut.
-
Sintesis rantai DNA pertama (-) diinisiasi oleh pengikatan tRNAlys pada ujung 5’ dekat daerah U5’ genom RNA. Daerah ini disebut primer binding site
-
Selanjutnya sintesis rantai DNA pertama (-) ke arah ujung-5’ dari cetakan RNA oleh enzim reverse transcriptase
-
Daerah R dan U5 pada cetakan RNA didegradasi oleh RNase H
-
Daerah R’ DNA kemudian berpasangan dengan daerah R3’ RNA yang menyediakan cetakan untuk elongasi sintesis DNA (). Selama elongasi rantai DNA (-), cetakan RNA didegradasi oleh RNase H
-
Suatu urutan nukleotida pendek pada RNA yang resisten terhadap RNase H berfungsi sebagai primer untuk inisiasi sintesis rantai DNA kedua (+) dan pada dekat posisi ini dimulai degradasi RNA template
-
Sintesis rantai DNA pertama (-) berlangsung terus sampai mencapai ujung cetakan RNA, tRNA, dan sisa-sisa genom RNA pada sintesis DNA pertama (-) didegradasi. Selanjutnya rantai DNA pertama (-) bertindak sebagai cetakan untuk melanjutkan sintesis rantai DNA kedua (+). Sintesis DNA dilanjutkan ke dalam daerah U3-R-U5 untuk menghasilkan molekul DNA rantai ganda dengan urutan U3-R-U5 pada masing-masing ujung DNA.
-
DNA yang terbentuk selanjutnya berintegrasi dengan genom sel inang dan menjadi bagian permanen dari genom sel inang. DNA HIV-1 yang telah terintegrasi dengan genom sel inang disebut provirus. Provirus direplikasi bersama DNA sel inang setiap sel inang membelah dan provirus juga ditranskripsi. Transkripsi terjadi di dalam inti sel inang.
Pada keadaan awal transkripsi dihasilkan RNA unspliced dan RNA full-length. Tanpa adanya protein Rev RNA unspliced ini mengalami pemendekan sehingga dihasilkan RNA fully spliced (ukuran 2 kb) yang selanjutnya bergerak menuju sitoplasma sel. RNA ini mengkode protein (enzim) regulasi Nef, Tat, dan Rev. Protein Tat kembali pada provirus untuk menstimulasi ekspresi RNA provirus. Jika konsentrasi protein Rev telah cukup, RNA fulllength dan RNA unspliced meninggalkan inti menuju sitoplasma.
Transfer diatur oleh protein Rev. Protein Rev mengikat suatu urutan nukleotida pada RNA unspliced yang disebut Rev Response Element (RRE). Peranan protein nef belum diketahui dan diduga mempunyai peranan penting dalam mempertahankan level infeksi HIV-1 ke dalam sel inang. RNA full-length berfungsi sebagai genom pada pembentukan sel HIV-1 yang baru, sedangkan RNA unspliced mengkode dua protein yaitu Gag dan Pol. Penghilangan urutan gag dan pol akan menghasilkan RNA partially spliced (ukuran 4 kb) yang mengekspresikan protein-protein struktur, enzim Env, Vif, Vpu Vpr dan Tat.
Pemendekan lebih lanjut dari RNA partially spliced menghasilkan RNA fully spliced yang mengkode protein-protein regulasi Rev, Tat dan Nef. Gen env mengkode glikoprotein 160 kDa (gp160). Protein ini terpotong menjadi dua molekul yang lebih kecil yaitu gp120 dan gp41 oleh aktivitas protease sel inang. Kedua protein ini terintegrasi dengan lapis rangkap lipid dari membran sel inang. Membran ini akan menjadi pelindung bagian inti HIV-1. Produk gen gag, pol dan RNA full-length mengalami perakitan sehingga membentuk inti HIV-1. Inti ini selanjutnya keluar dari sel dengan dikelilingi oleh lapis rangkap lipid dari membran sel inang. HIV-1 yang baru terbentuk, dan virus ini siap menginfeksi sel-sel helper T lymphocytes yang lain.
Siklus hidup HIV pada prinsipnya sama dengan siklus retrovirus lainnya. Siklus hidup HIV-1 dapat diringkas sebagai berikut
-
Pengikatan protein permukaan virus HIV-1 pada reseptor CD4 sel helper T lymphocytes
-
Penggabungan HIV-1 dengan sel helper T lymphocytes
-
Pelepasan material genetik ke dalam sel helper T lymphocytes
4). Pembentukan DNA dari RNA (transkripsi balik) -
DNA memasuki inti sel helper T lymphocytes
-
bergabung dengan DNA kromosom sel helper T lymphocytes
7). Pada inti sel terjadi transkripsi -
mRNA yang terbentuk ke luar inti sel
-
mRNA ditanslasi di luar inti sel
-
Perakitan virus HIV-1
-
budding
12). Virus yang terbentuk lepas dari sel -
Pematangan virus dan virus siap untuk menginfeksi sel helper T lymphocytes berikutnya. Deretan siklus hidup HIV-1 dimuat pada Gambar