Struktur dan Siklus Replikasi Virus Hepatitis B (HBV)

Cecep Suryani Sobur Hepatologi, Kedokteran 1 Comment

Memahami struktur virus dan siklus replikasi virus hepatitis B (HBV) penting untuk memahami penyakit dan menatalaksana infeksi HBV khususnya hepatitis B kronis. Pada kesempatan ini kita akan membahas struktur HBV serta bagaimana proses hepatitis B menginfeksi tubuh manusia.

Struktur Virus Hepatitis B Virus (HBV)

Virion matur dari virus hepatitis B berbentuk icosahedral yang terbungkus struktur kapsid. Seperti diagram di bawah, tampak protein inti (core) berbentuk segi delapan (isocahedral). Di dalamnya terdapat genome HBV berupa DNA yang diujung 5′ dan 3′ terikat pada enzim reverse transcriptase.

Gambar skematis virus hepatitis B
Skema sederhana dari struktur virus hepatitis B (HBV)

Protein core mengandung 3 ko-terminal dari protein HBsAg (S, M, dan L) yang tertanam dalam membrane. Namun, tidak semua partikel core ini berbentuk icosahedral, sebagian mempunyai ekstensi berupa filamen, sebagian berukuran lebih kecil, dan bahkan 90% dari partikel yang disekresikan tidak berisi DNA atau kosong.

Kapsid HBV dibentuk oleh HBcAg yang bersifat imunogenik dan dapat menginduksi respon sel B dan sel T, walaupun respon ini tidak bersifat protektif terhadap infeksi HBV. Karena sifatnya ini kapsid dari HBV sering digunakan sebagai pembawa epitope. Di bawah ini adalah penjelasan mengenai fungsi struktur protein pembentuk virus hepatitis B

1) HBcAg

HBcAg merupakan protein larut air dengan struktur dasar berupa dimer (dua buah protein membentuk dimer). Satu unitnya terdiri atas 183 asam amino dimana pada 149 residu pertama membentuk struktur yang dominan berupa α-heliks. Sisanya, 34 asam amino berupa C-terminal domain (CTD) yang kayak akan residu arginin yang dapat berikatan dengan RNA.

Domain α-heliks ini berada di dalam kapsid dan secara sifat instrinsik membentuk susunan yang tidak beraturan di dalam kapsid. Domain α-heliks berfungsi dalam fungsi perakitan virus yang terbentuk dari susunan 5 α-heliks yang terhubung dengan loop. α-heliks 1,2, dan 5 merupakan sasis dari kapsid. Antara heliks nomor 1 dengan CTD dihubungkan secara erat oleh loop yang kaya akan residu asam amino proline. Heliks 3 dan 4 membentuk ikatan dengan monomer lainnya membentuk struktur dimer dari HBcAg. Struktur HBcAg ini penting dalam menjaga stabilitas isi atau core dari HBV. Selain itu, HBcAg juga memiliki banyak epitope yang dapat dikenali oleh sel limfosit B maupun T.

2) HBcAg C-terminal Domain (CTD)

HBcAg CTD terdiri dari 34 atau 36 residu asam amino yang kaya akan arginin. Posisinya berada di dalam kapsid dan terkadang secara transien terpapar ke lingkungan eksterior dari kapsid. CTD mengatur pengepakan RNA, reverse transcriptase, dan pengikatan kepada protein sel inang. CTD terdiri dari empat arginine-rich repeat dan memiliki tujuh serin dan treonin yang terkonservasi yang dapat difosforialsi. Beberapa protein kinase inang dapat berinteraksi dengan regio serin dan treonin ini seperti protein kinase C, serine/arginine protein kinase (SRPK), dan cyclin-dependent kinase 2 (Cdk2). Kinase-kinase tersebut dapat beraksi pada HBcAG baik sebelum perakitan atau pada saat perakitan kapsid. CTD berfungsi dalam perakitan kapsid yang matur dimana CTD berperan dalam translokasi gnom virus dari nukleus ke sitoplasma untuk dirakit ke dalam kapsid yang kosong.

3) HBeAg

HBeAg merupakan protein yang disekresikan ke dalam darah. Sebetulnya secara struktural, HBeAg tidak terlibat dalam pembentukan struktur virus HBV namun, HBeAg sangat erat berkaitan dengan HBcAg. Baik HBeAg maupun HBcAg dibentuk dari gen yang sama yaitu gen C. Gen C ini memiliki dua promotor. Apabila ekspresi dimulai dari promotor kedua, terbentuklah HBcAg sedangkan bila dimulai dari promotor kedua, terbentuklah HBeAg.

Saat pertama kali hasil translasi, pre-protein HBeAg memiliki tambahan 29 residu asam amino di awal rantai protein. Pada 19 residu pertama, fungsinya adalah sebagai peptida sinyal yang membawa HBeAg ke reticulum endoplasma dimana di sana, 19 residu beserta CTD akan dibuang secara proses proteolisis. Sisa 10 asam amino residu di ujung awal dari protein HBeAg pada posisi -7 adalah sistein yang membentuk jembatan disulpida dengan C61 yang berfungsi menstabilkan struktur HBeAg. HBeAg berfungsi sebagai modulator imun yang menyebabkan penghindaran virus dari pertahanan humoral tubuh maupun seluler dari tubuh. Jika antigen e ini hilang, berhubungan dengan reaksi clearance akut dari infeksi HBV dan munculnya infeksi kronik disertai dengan berkurangnya jumlah viremia.

4) HBsAg

Protein HBsAg merupakan pembentuk bungkus (envelope) dari HBV. Terdapat tiga bentuk HBsAg yaitu large HBsAg (L-HBsAg) yang dikodekan oleh preS1/preS2/S, middle HBsAg (M-HBsAg) yang dikodekan oleh preS2/S, dan small HBsAg (S-HBsAg) yang dikodekan oleh gen S. S-HBsAg memiliki 226 asam amino sedangkan tambahan preS2 pada M-HBsAg menambahkan 55 asam amino dan preS1 menambahkan 108-119 asam amino pada L-HBsAg. Pada residu 21-47 dari preS1 mangandung regio tempat menempelnya HBsAg dengan reseptor di hepatosit sedangkan preS/S mengandung epitope sel T dan sel B. Regio PreS2 mengandung hanya 165 bp dari DNA tetapi memiliki polimorfisme terbanyak dibandingkan regio gen S yang lainnya. HBsAg penting sebagai target dari system disamping dalam diagnosis penyakit hepatitis B kronis.

5) HBxAg

HBxAg diproduksi oleh gen X yang merupakan ORF yang paling pendek diantara gen HBV yang lainnya. Pada awalnya, fungsi gen ini kurang dipahami. Namun, gen ini menjadi penting karena diyakini berperan dalam perkembangan kanker hati dari infeksi hepatitis B kronis.

Untuk HBV sendiri, protein X ini memiliki beberapa fungsi yaitu berfungsi dalam perbaikan DNA virus, transduksi sinyal, aktivasi gen transkripsional, dan menghentikan degradasi protein. Untuk proses karsinogenesis sendiri, HBxAg berperan dengan proses sebagai berikut:

  1. Meningkatkan kadar protein G1 sehingga mendorong siklus sel
  2. Mendorong lokalisasi NF-κB ke inti sel sehingga mendorong aktivasi jalur transkripsi yang mendorong perkembangan sel kanker.
  3. Peningkatan ekspresi Bcl-2
  4. Meningkatkan fosforilasi dari Raf, GTP-bound Ras, dan tirosin serta MAP kinase
  5. Menhambat aktivitas pRb sebagai supresor tumor namun disisi lain meningkatkan E2F sebagai factor pendorong siklus sel
  6. Menghambat apoptosis yang diinduksi p53, TNF, Fas and TGF-β

Secara umum, HBxAg mendorong aktivasi protoonkogen dan menghambat berbagai protein supresor tumor dan proses apoptosis.

Struktur Genom Virus Hepatitis B

Genom hepatitis B berbentuk DNA sirkuler yang memiliki empat open reading frames (ORF). ORF ini merupakan gen yang saling tumpeng tindih dan mengodekan bungkus (envelope) virus, nukleokapsid, polymerase, dan protein X. Gambar di bawah memperlihatkan struktur genome HBV tersebut. Kita lihat pula bahwa struktur DNA HBV juga membentuk DNA double strand parsial karena strand DNA positif (pita warna merah)hanya sebagian saja yang mejadi komplemen dari DNA sirkuler dari genome HVB (pita warna ungu).

Struktur genom virus hepatitis B
Struktur genom HBV dengan empat open reading frame (ORF). Pita merah muda: protein core (HBcAg), pita biru muda: RNA polymerase, pita warna hijau: HBsAg, dan pita oranye: protein X. Pita merah merupakan DNA komplemen pendek yang membentuk dsDNA parsial sebagai genom HBV.

Gen precure/core akan ditranslasikan menjadi polipeptida core yang terdiri dari 183 asam amino yang kemudian dimodifikasi menajdi protein HBeAg yang terlarut plasma dan protein nukleokapsid HBcAg. HBeAg ini dapat digunakan sebagai petanda aktivitas replikasi HBV. Selain sebagai pembentuk core virus, protein core juga berfungsi dalam interaksi antara HBV dengan system imunitas tubuh inang.

Proporsi DNA virus terbesar digunakan untuk mengkode enzim polymerase DNA yang juga berfungsi sebagai enzim reverse transcriptase dari HBV. Enzim ini penting dalam proses siklus replikasi HBV.

Gen X mengkodekan protein X. Protein ini berfungsi untuk transaktivasi dari promotor transkripsional. Protein X dipercayai berperan dalam proses terjadinya kanker hati yang disebabkan oleh hepatitis B. Keempat gen ini saling tumpang tindih satu dengan yang lainnya.

Proses Infeksi dan Siklus Replikasi Virus Hepatitis B (HBV)

Virus hepatitis B adalah virus DNA. Namun, dalam siklus replikasi HBV, virus ini bereplikasi dengan perantara RNA di dalam sel hati. Untuk menerjemahkan kembali RNA menjadi DNA, menggunakan enzim yang dinamakan reverse transcriptase.

Jadi,

HBV memiliki efisiensi replikasi yang rendah dengan tingkat kesalahan dari enzim reverse transcriptase yang cukup tinggi. Hal ini dikarenakan tidak ada mekanisme proof reading dari polymerase HBV. Proses ini menyebabkan tingkat mutasi hepatitis B yang tinggi. Berikut ini dijelaskan mengenai proses siklus replikasi dari virus hepatitis B tahap demi tahap.

1) Proses Entry dan Uncoating HBV ke Sel Hati

Tahapan pertama dari infeksi HBV adalah attachment atau penempelan virus ke permukaan sel, kemudian diikuti dengan penetrasi membran sel oleh virus, dan dilanjutkan pelepasan inti virus (core) ke sel hati. Sebenarnya, pada proses pertama atau penempelan virus ini belum sepenuhnya diketahui atau dipahami.

Proses entry HBV ke hepatosit
Proses entry dari HBV ke hepatosit

Infeksi HBV ke hepatosit dimulai saat partikel virus berikatan dengan protein permukaan hepatosit. Awalnya, HBV akan menempel ke molekul heparan sulfat di permukaan sel hati. Setelah itu, HBV akan berikatan dengan  Na+-taurocholate Co-transporter polypeptide (NTCP). Setelah proses ikatan tersebut, partikel virus masuk melalui proses endositosis ke sitoplasma. DNA virus kemudian berikatan dengan kompleks importin α-importin β melalui sinyal lokalisasi inti dari protein core (HBcAg). Di plasma, terjadi pelepasan atau uncoating antara DNA dengan protein core dan DNA virus ditransfer ke inti setelah berikatan dengan kompleks protein pori di menbran inti sel.

2) Translasi dan Replikasi Genom HBV Baru

Di dalam inti hepatosit, enzim reverse transcriptase terlepas dari DNA virus dan terbentuklah rantai tunggal DNA. Kemudian, DNA ini mengalami “perbaikan” dan berubah menjadi DNA sirkuler (cccDNA). cccDNA ini kemudian berikatan dengan protein inti dan dapat berfungsi selayaknya DNA inang (hepatosit).

Produksi virus baru dimulai dengan transkripsi cccDNA menjadi RNA oleh enzim RNA polymerase II (Pol2). Hasil transkripsi atau salinan dari cccDNA ini adalah empat RNA virus yaitu mRNA pre-S1, mRNA preS/S, mRNA pre-core, dan RNA pregenomik (pgRNA). Keempat mRNA ini kemudian dikirim keluar dari inti sel dan sebagian ditranslasikan menjadi protein sedangkan pgRNA diproses oleh reverse transcriptase menjadi genom dari HBV yang baru.

3) Pembentukan Kapsid dan Virion Baru

Siklus replikasi virus hepatitis B
Siklus hidup atau sijlus replikasi virus hepatitis B

pgRNA yang mencapai sitoplasma kemudian dibungkus Bersama dengan DNA polymerase dari HBV. DNA polymerase ini memiliki fungsi reverse transcriptase yang dapat mengatalisasi produksi strand negative dari genom RNA virus hepatitis B. Setelah itu, pgRNA akan didegradasi oleh aktivase RNAase H dari polymerase yang ada di dalam nukleokapsid. Kemudian, dari strand negative RNA ini, dibuatlah salinan strand positif DNA.

Beberapa nukleokapsid dapat dikirim kembali ke dalam nukleus untuk menghasilkan cccDNA yang baru dan beberapa dikirim ke reticulum endoplasma untuk membentuk virion yang lengkap yang kemudian akan dilepas ke sitoplasma sebagai HBV yang baru. Gambar di bawah ini menggambarkan bagaimana siklus virus mulai dari masuk ke dalam sel sampai dikeluarkan HBV yang baru.

Buku Referensi Kedokteran

Berikut ini adalah beberapa buku teks yang dapat dipilih sebagai bahan pembelajaran khususnya di bidang ilmu dasar kedokteran dan penyakit dalam. Format dapat berupa buku teks fisik maupun e-book (aplikasi Kindle Google Play Store atau Apple Apps Store). Adapun yang sering saya pakai misalnya:

Perlu saya informasikan apabila Anda membeli e-book atau bentuk fisik buku tersebut lewat tautan atau pencarian di laman ini, maka Caiherang akan mendapat komisi dari pembelian tersebut. Dana yang diperoleh akan dipakai untuk pemeliharaan rutin seperti server, plug-in, design software, dan keperluan lainnya baik untu keperluan rutin maupun perbaikan dari website Caiherang ini.

Kesimpulan

Mengetahui karakter dan siklus virus hepatitis B penting untuk menatalaksana dan mengobati hepatitis kronis akibat HBV. Penting untuk diperhatikan bahwa kemampuan HBV masuk ke dalam genom inang membuat hepatitis kronis sangat sulit untuk disembuhkan. Untuk diagnosis dan tatalaksana infeksi hepatitis B dapat disimak di artikel berikut: Perjalanan Penyakit dan Pengobatan Infeksi Hepatitis B

Sumber

  1. Ayub A, Ashfaq UA, Haque A. HBV induced HCC: major risk factors from genetic to molecular level. Biomed Res Int. 2013;2013:810461.
  2. Urban S, Schulze A, Dandri M, Petersen J. The replication cycle of hepatitis B virus. J Hepatol. 2010;52(2):282–4.
  3. Venkatakrishnan B, Zlotnick A. The Structural Biology of Hepatitis B Virus: Form and Function. Annu Rev Virol. 2016 Nov 29;3(1):429–51.
  4. Watashi K, Wakita T. Hepatitis B Virus and Hepatitis D Virus Entry, Species Specificity, and Tissue Tropism. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015 Aug 3;5(8):a021378.

Comments 1

Tinggalkan Balasan