Perkembangan Mutakhir Genetika Biomolekuler pada Autisme

Sejak beberapa dekade yang lalu, telah diketahui bahwa kelainan autistik berkaitan dengan pewarisan sifat. Untuk menentukan gen-gen yang terlibat dalam autisme, para peneliti melakukan skrining genom dengan menggunakan peta kromosom dan penanda. Penanda- penanda yang secara konsisten terdapat pada anggota-anggota keluarga penderita memberi petunjuk pada kromosom manakah gen-gen kandidat yang berpautan dengan penanda itu berada. Gen-gen kandidat dipelajari melalui dua cara yaitu berdasarkan lokasi dan fungsi gen. Para peneliti menguji adanya mutasi pada gen-gen kandidat. Bila ditemukan mutasi pada gen penderita berarti gen kandidat tersebut menyebabkan kelainan pada penderita. Dalam beberapa tahun terakhir ini, para peneliti mempelajari 5 buah kromosom yaitu 2, 3, 7, 15 dan X dengan gen-gen kandidat yaitu GABA, UBE3A, GAT1, OXTR, FOXP2, WNT2, dan RELN. Pengujian telah dilakukan terhadap banyak gen namun belum memberikan hasil yang memuaskan dan masih memerlukan analisis lebih lanjut. Namun baru-baru ini para peneliti telah berhasil mengetahui peta genom manusia secara lengkap sehingga identifikasi gen-gen yang berkaitan dengan penyakit dapat lebih mudah dilakukan. Di balik upaya dan kerja keras studi genetika biomolekuler autisme, terdapat harapan yang besar akan keberhasilan studi tersebut agar pertanyaan tentang penyebab, cara pencegahan dan pengobatan kelainan autistik dapat ditemukan jawabannya.

Studi pada anak kembar penderita autisme

Pada tahun 1977, Folstein dan Rutter mempelajari autisme pada 21 pasang anak 

kembar berjenis kelamin sama yang minimal  salah  satunya menderita autisme. Mereka meneliti 11 pasang kembar monozigot  dan  10  pasang dizigot. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada kembar monozigot, 36% menderita autisme bila saudara kembarnya autisme, sedangkan pada dizigot hanya salah satu dari pasangan saudara kembar yang menderita autisme. Keadaan ini disebabkan kembar monozigot  berasal  dari  satu telur sehingga pasangan kembar mempunyai 100% gen-gen yang sama, sedangkan kembar dizigot (berasal dari dua telur yang berbeda) mempunyai kesamaan gen  sebanyak  50%.  Penemuan ini menunjukkan adanya komponen  genetik  pada autisme.

Skrining genom

Berdasarkan pada hasil-hasil penelitian, peneliti berpendapat bahwa berpendapat 

bahwa autisme berkaitan  dengan  pewarisan sifat yang kompleks. Kelainan yang disebabkan pewarisan sifat yang kompleks tidak mengikuti pola pewarisan yang dapat diprediksi seperti pada kelainan terpaut X yang dominan atau resesif. Kadang-kadang mutasi pada  beberapa  gen  yang berbeda     terjadi bila ada kombinasi dengan faktor-faktor lingkungan seperti bahan kimia, obat atau diet tertentu. Tipe pewarisan seperti ini bersifat multifaktor  karena  banyak faktor yaitu genetik dan atau lingkungan  yang  berbeda terlibat di dalamnya. Para peneliti memperkirakan ada 15 buah gen yang berkaitan dengan terjadinya  autisme.  Mungkin saja setiap gen tersebut mempunyai efek yang sedikit, namun mutasi banyak gen akan menyebabkan autisme. Adalah hal yang mungkin bahwa beberapa gen memberikan efek utama, namun gen yang spesifik berbeda   antara   satu   keluarga dengan keluarga lainnya.

Untuk menentukan gen- gen yang terlibat dalam autisme, para  peneliti  melakukan skrining genom. Untuk skrining genom  ini,  mereka menggunakan peta kromosom untuk mencari gen-gen. Seperti halnya sebuah restoran dapat digunakan sebagai petunjuk dalam memberitahukan lokasi rumah seseorang, para peneliti menggunakan penanda (marker) untuk menemukan suatu gen (Sheidley). Penanda adalah urutan DNA pada kromosom yang  mungkin  sedikit  berbeda di antara orang-orang di dalam populasi. Perbedaan ini disebut juga  polimorfisme  yang berperan sebagai penanda dan diujikan pada individu-individu yang dipelajari. Dalam melakukan skrining genom, peneliti mempelajari banyak penanda sepanjang genom dan berusaha menemukan penanda yang secara konsisten terdapat pada anggota-anggota keluarga penderita, namun tidak ditemukan pada anggota- anggota keluarga bukan penderita. Penanda-penanda yang   ada   memberi   petunjuk pada  kromosom  manakah  gen itu   berada.   Dengan   bantuan

statistik, peneliti dapat mengetahui jarak penanda- penanda  dengan  gen.  Uji lanjutan dengan penanda- penanda tambahan dapat mempersempit lokasi pencarian gen. Penanda yang berlokasi sangat dekat dengan gen disebut terpaut (linked) karena penanda dan gen hampir selalu diwariskan bersama-sama. Sekelompok penanda yang terpaut pada gen disebut perpautan (linkage). Informasi mengenai perpautan tidak menunjukkan bahwa suatu gen telah berhasil diidentifikasi, tapi bahwa lokasi gen tersebut telah diketahui.

Gen kandidat

Informasi           mengenai perpautan  dari  skrining  genom memberi gambaran kira-

kira di manakah posisi suatu gen pada kromosom, namun. peneliti masih perlu menentukan lokasi pasti gen tersebut. Suatu metode yang umum untuk mencapai hal itu adalah menggunakan gen- gen  kandidat  yaitu  gen-gen yang telah diketahui berlokasi pada daerah tertentu pada kromosom dan mempunyai fungsi yang diduga berkaitan dengan    efek    kelainan    pada penderita penyakit. Para peneliti menguji adanya mutasi pada gen-gen kandidat yang diduga menyebabkan  kelainan.  Bila tidak   ditemukan   mutasi   pada gen penderita kelainan berarti gen kandidat tersebut tidak menyebabkan kelainan pada penderita. Bila semua gen kandidat telah dipelajari dan tidak  satupun  bertanggung jawab menyebabkan penyakit, maka para peneliti mempelajari gen-gen yang fungsinya belum diketahui.

Para peneliti menemukan gen-gen kandidat melalui cara yang bervariasi, tetapi secara umum gen-gen kandidat dapat dikelompokkan menjadi dua kategori yaitu posisional dan fungsional.

Gen-gen kandidat posisional

Gen  kandidat  posisional diduga berkaitan dengan kelainan berdasarkan lokasi

gen tersebut pada kromosom. Ketika suatu daerah kromosom terlihat berkaitan dengan autisme, peneliti mulai mempelajari lebih jauh gen-gen yang telah diidentifikasi  berada  pada daerah tersebut. Informasi mengenai banyak gen yang telah diidentifikasi     dan     dipetakan

dapat  diperoleh  melalui berbagai database hasil penelitian Human Genom Project dan penelitian-penelitian lainnya. Peneliti juga memfokuskan diri pada   gen-gen   yang   terdapat pada daerah tertentu dari kromosom      bila terdapat individu-individu dengan kelainan yang juga mempunyai kelainan kromosom di daerah tersebut. Sebagai contoh, karena banyak individu penderita autisme mempunyai duplikasi pada daerah dari kromosom 15, peneliti mempelajari gen-gen kandidat di daerah tersebut.

Gen-gen kandidat fungsional

Para peneliti mempelajari gen-gen kandidat yang menghasilkan produk yang secara

umum dihasilkan oleh tubuh penderita suatu kelainan. Sebagai contoh, penderita autisme mempunyai level serotonin (neurotransmiter berupa senyawa kimia yang mengirimkan sinyal antar sel-sel otak) di dalam darah yang lebih tinggi dibandingkan individu normal. Karena belum diketahui bagaimana hubungan antara serotonin dan autisme, peneliti mempertimbangkan bahwa gen transpor serotonin adalah kandidat gen yang baik.

Pengujian dilakukan terhadap  banyak  gen     hingga gen yang dimaksud dapat ditemukan. Kemudian proses yang panjang diperlukan untuk memahami bagaimana gen tersebut bekerja dan mengapa gen itu dapat menjadi penyebab penyakit.

Meskipun gen-gen kandidat yang berkaitan dengan autisme terdapat pada banyak

daerah pada kromosom, para peneliti mefokuskan diri pada 5 buah kromosom yaitu 2, 3, 7, 15 dan   X   (National   Alliance   for Autism Research).

Penelusuran kromosom 15

Para  peneliti  telah  menemukanbahwa beberapa individu autis mengalami  perubahan kromosom  berupa  duplikasi pada daerah spesifik dari kromosom 15 (15q11-q13). Para peneliti juga telah menemukan segmen pendek DNA pada kromosom 15 yang dapat digunakan sebagai penanda bagi penderita autisme. Segmen itu memberi arahan bahwa gen penyebab autisme terdapat pada daerah tersebut, tapi gen yang sesungguhnya  belum ditemukan. Peta kromosom 15 ditunjukkan oleh gambar 1.

Gen-gen GABA

Terdapat beberapa gen kandidat untuk kelainan autistik pada kromosom 15, termasuk tiga gen subunit reseptor GABA yaitu GABRB3, GABRA5, dan GABRG3. Gen-gen tersebut berperan dalam pembuatan protein untuk pembentukan reseptor GABA. GABA (g- aminobutyric  acid)  adalah senyawa kimia yang membawa pesan antar sel-sel saraf.

Peneliti tidak menemukan adanya asosiasi antara gen GABRA5 dengan kelainan 

autistik. Walaupun demikian, peneliti menduga bahwa gen – gen GABRB3 dan GABRG3 mungkin berkaitan dengan autisme.

Analisis  lebih  jauh tentang gen–gen GABRB3 dan GABRG3     diperlukan     untuk

memahami lebih dalam fungsi gen-gen tersebut dan kemungkinan    kaitan    mereka dengan kelainan autistik.

Gambar 1. Peta kromosom 15 (National Alliance for Autism Research)

Gen UBE3A

Gen UBE3A adalah gen kandidat untuk autisme sebab berada pada 15q11-13 dan berkaitan dengan Sindrom Angelman,  yaitu  kelainan genetik  dengan  gejala  yang mirip dengan autisme. Sindrom Angelman     disebabkan oleh perubahan atau delesi kopi UBE3A yang diturunkan dari pihak ibu. Bila kopi  UBE3A dari pihak ayah berubah atau hilang, hal itu tidak mengakibatkan sindrom Angelman. Penderita sindrom  Angelman  mengalami

retardasi mental, biasanya tidak dapat berbicara, tertawa secara tidak wajar (tawa yang tidak berkaitan dengan situasi), dan mengepakkan lengannya. Penderita sindrom ini mempunyai ukuran kepala yang kecil, ataxia (ketidakmampuan untuk mengkoordinasikan gerakan otot), dan sering menggerak-gerakkan  tangan atau kaki. Para peneliti mempelajari gen UBE3A agar dapat mengetahui   apakah gen itu berkaitan dengan autisme.

Penelusuran kromosom 2

Sejumlah gen yang berkaitan dengan fungsi gastrointestinal pada kromosom 2

merupakan gen-gen kandidat untuk autisme. Buxbaum et al. (2001) dan Shao et al. (2002) menemukan bahwa kromosom 2 berkaitan dengan autisme ketika mereka mempelajari individu autis dengan keterlambatan kemampuan bicara.

Penelusuran kromosom 3

Dua  gen  kandidat  pada kromosom 3 adalah gen GAT1 dan OXTR (National 

Alliance for Autism Research). Gen GAT1 menghasilkan protein yang bekerja sama dengan neurotransmiter yang disebut GABA. GABA adalah salah satu senyawa kimia utama pada otak yang mengirimkan pesan antara sel-sel otak. Para peneliti menduga bahwa GABA yang berlebihan atau tidak berfungsi dengan baik dapat menstimulasi otak secara berlebihan dan mengakibatkan perilaku autistik.

Gen   OXTR   adalah   gen yang menghasilkan protein reseptor oxytocin. Pada 

hewan, gen      ini      berfungsi      selama

perkembangan awal embrio dan mungkin membantu dalam perkembangan otak. Pada manusia, reseptor oxytocin ditemukan   pada   otak,   uterus dan kelenjar susu. Hal yang menarik, pada studi pada hewan memperlihatkan bahwa oxytocin yang berlebih pada tikus mengakibatkan perilaku yang berulang. Walaupun demikian, oxytocin mungkin memberikan efek  yang  berbeda  pada manusia.

Penelusuran kromosom 7.

Gen-gen kandidat pada kromosom 7 adalah : FOXP2, WNT2, dan RELN (Gambar 2).

Gen FOXP2

Wassink  et  al.  (2001) mempelajari FOXP2 yang berkaitan dengan kemampuan bicara dan kemampuan menggunakan tata bahasa. Karena penderita mempunyai kelainan  pada  kemampuan bicara dan berbahasa, maka gen ini dipertimbangkan sebagai gen kandidat  untuk  kelainan autistik.

Wassink  et  al. mempelajari  mutasi  pada  gen itu dengan teknologi SSCP (Single-Strand Conformational

              Gambar 2. Peta kromosom 7

Polymorphism) dan analisis LD (Linkage Disequilibrium), kemudian   menyimpulkan bahwa FOXP2 tidak berkontribusi secara signifikan terhadap  kelainan  autisme. Hasil penelitian Newbury et al. (2002) mendukung hal tersebut.

Gen WNT2

Gen WNT2 terdapat pada lengan   panjang   kromosom   7 dan terlibat dalam mengarahkan sel   untuk   mengetahui   tujuan dan tugasnya di dalam tubuh. Pada tahun 2001, Wassink et al. melaporkan penemuan variasi pada  gen  WNT2  lebih  sering dari yang diduga pada individu dengan kelainan autistik. Penelitian lebih jauh diperlukan untuk mengetahui apakah gen WNT2  berkaitan  dengan autisme. McCoy et al. (2002) melakukan penelitian terhadap gen WNT2 dan mengambil kesimpulan yang berbeda dari Wassink   et   al.   (2001)   bahwa tidak terdapat kaitan antara gen WNT2 dan kelainan autistik.

Gen RELN

Gen RELN terdapat pada kromosom  7  dan  berfungsi dalam  regulasi  pembentukan sel-sel otak dan organisasi otak selama  perkembangan  fetus. Gen RELN mempunyai ulangan trinukleotida yang polimorfik yaitu tiga nukleotida yang berulang terus-menerus dalam jumlah yang bervariasi. Para peneliti dari Universitas Duke mempelajari ulangan (segmen DNA  yang  berulang)  pada RELN dari partisipan Collaborative  Autistic  disorder Team study dan keluarga Autism Genetic Resource Exchange (AGRE). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tidak ada bukti   yang   signifikan  adanya asosiasi antara jumlah ulangan dalam gen RELN dengan kelainan autistik. Namun, ketika peneliti hanya mempelajari keluarga AGRE, mereka melihat bukti adanyya kemungkinan asosiasi antara gen-gen RELN yang mempunyai 8-10 ulangan dengan kelainan autistik.

Pada tahun 2001, Persico at al. melaporkan bahwa beberapa individu dengan

kelainan autistik mempunyai 10 hingga lebih ulangan pada gen RELN. Perbedaan di antara beberapa penelitian sepertinya membingungkan,   oleh   karena itu para peneliti menyimpulkan bahwa variasi pada gen RELN membutuhkan penelitian lebih jauh.

  

Penelusuran kromosom X

Kromosom    X    dan    Y berperan  dalam  determinasi seks individu. Seorang pria

mempunyai satu kromosom X dan  satu  kromosom  Y sedangkan wanita mempunyai dua kromosom X. Bila ada gen yang tidak bekerja dengan baik pada salah satu kromosom X pada wanita maka gen pada kromosom X kedua dapat menggantikannya. Hal ini tidak terjadi pada pria karena mereka hanya mempunyai satu kromosom X. Ketiadaan Kromosom cadangan menjelaskan mengapa beberapa kelainan yang dikenal  sebagai kelainan terpaut X umum terjadi umum terjadi pada pria. Karena penderita autisme  kebanyakan  adalah pria,  maka  sejak  dahulu  para peneliti menduga bahwa mungkin terdapat gen atau beberapa gen pada kromosom X yang terlibat dengan autisme. Sejumlah penelitian menyimpulkan bahwa gen pada kromosom  X  bukanlah penyebab utama autisme. Walaupun demikian, suatu gen pada kromosom X yang mempengaruhi interaksi sosial dapat mempunyai andil pada perilaku yang berkaitan dengan autisme.

Pesimis vs optimis

Pada manusia, setiap sel mengandung 23 pasang kromosom, setengah    berasal dari ayah (kromosom paternal) dan  setengah  lagi  berasal  dari ibu (kromosom maternal). Pada laki-laki terdapat 22 pasang kromosom,   satu   kromosom   X dan  satu  kromosom  Y, sedangkan pada perempuan terdapat 22 pasang kromosom dan satu pasang kromosom X. Pada satu buah kromosom terdapat 1.500 hingga 8.000 gen dengan jumlah nukleotida sebanyak 1,3x108 pb. Satu pita dari kromosom mengandung 50 hingga 100 gen dengan jumlah nukleotida sebanyak 3x106 pb, sedangkan satu buah gen terdiri atas   1,5   kb   hingga   2x106    pb (Gambar 3).

Satu  buah  gen  memang hanyalah bagian yang sangat kecil   dari   sebuah   kromosom oleh  karena  itu  ada  begitu banyak gen-gen kandidat sepanjang genom yang perlu diteliti satu persatu. Sepertinya keberhasilan dalam identifikasi gen atau gen-gen yang berkaitan dengan autisme masih memerlukan waktu yang sangat panjang.

Namun di sisi lain ada suatu kondisi yang menumbuhkan rasa optimis dalam diri

para peneliti yaitu bahwa  pada  tanggal  14  April 2003   the   International   Human Genome Sequencing Consortium mengumumkan bahwa   proyek genom manusia telah selesai 2,5 tahun   lebih cepat dari rencana dengan menghabiskan biaya 0,3 milyar dolar lebih sedikit dari anggaran semula.

Hal ini sangat  mengagumkan karena hanya dalam jangka waktu 50 tahun sejak

penemuan struktur double helix   DNA   oleh   Watson   dan Crick    telah    dapat    diketahui

Gambar  3.  Skala  pada  masalah  pencarian  gen  kandidat  secara  posisional

(Gelehrter et al., 1998).

genom manusia lengkap sebanyak   3   milyar   pasangan basa.

Pengetahuan mengenai peta genom manusia secara lengkap  sangat  bermanfaat 

untuk identifikasi gen-gen yang berkaitan dengan penyakit. Sikuensing genom manusia melibatkan ratusan peneliti dan 20     buah     pusat     sikuensing dengan kerja sama yang baik sehingga  dapat  selesai  lebih awal    dari    rencana.    Dengan banyaknya peneliti yang mencurahkan   perhatiannya pada autisme dan kerja sama yang  baik  di  antara  para peneliti, bukanlah hal yang mustahil bila gen-gen yang berkaitan dengan autisme dapat diidentifikasi secara pasti dalam waktu yang relatif singkat.

Penutup

Para peneliti mempelajari berbagai gen-gen kandidat sebelum berhasil

mengidentifikasi gen-gen yang berhubungan dengan kelainan tertentu.  Suatu  kelompok peneliti melaporkan penemuan yang  signifikan  tentang  suatu gen kandidat, namun kelompok peneliti yang lain ternyata tidak berhasil mengulang penemuan itu atau bahkan menemukan hasil yang sebaliknya. Proses penemuan  dan  upaya konfirmasi gen-gen kandidat memang memerlukan waktu yang panjang dan juga biaya yang besar.

Walaupun penelitian untuk mempelajari struktur dan fungsi gen penyebab autisme bukanlah hal yang mudah, penelitian-penelitian tersebut harus terus berlanjut sebab apabila gen atau gen-gen yang berperan  dalam  autisme  telah

diketahui maka diagnosis kelainan autistik, diagnosis prenatal,  bahkan  terapi  gen dapat dilakukan. Betapa luar biasa  apabila  pertanyaan tentang penyebab, cara pencegahan, dan pengobatan kelainan autistik yang menjadi idaman para orang tua, keluarga penderita, klinisi, terapis dan para  profesional  selama  ini dapat terjawab melalui keberhasilan  studi  aspek genetika biomolekuler pada autisme.