Penyakit jantung bawaan (congenital heart disease/CHD) merupakan salah satu malformasi kongenital yang paling umum, dengan prevalensi sekitar 0,8 hingga 1% dari populasi dunia. CHD dapat terjadi sebagai bagian dari sindrom yang lebih kompleks atau sebagai kondisi yang berdiri sendiri. Kondisi ini dapat bersifat familial atau sporadis. Dalam bentuk familial, CHD sering kali menunjukkan penetrasi yang tidak lengkap dan ekspresi yang bervariasi. Identifikasi penyebab genetik CHD non-sindromik/Non-syndromic CHD (nsCHD) menjadi tantangan yang signifikan, karena pola pewarisan yang kompleks dan sifat penyakit yang oligogenik.
Kemajuan dalam teknologi sekuensing genom dan studi asosiatif seluruh genom/genome-wide association studies (GWAS) telah membuka peluang baru untuk memahami faktor etiologi CHD. Selain itu, pengembangan sel induk pluripotent yang diinduksi manusia/human induced pluripotent stem cells (hiPSC) memungkinkan peneliti untuk memodelkan penyakit ini dan mengeksplorasi hubungan genotipe-fenotipe pada sel yang berasal dari pasien. Artikel ini akan membahas bagaimana pendekatan ini dapat digunakan untuk memahami mekanisme genetik dan molekuler CHD secara lebih mendalam.
Teknologi sekuensing generasi berikutnya/Next-Generation Sequencing (NGS) telah memungkinkan analisis DNA dalam skala besar, termasuk sekuensing eksom/whole-exome sequencing (WES) dan sekuensing seluruh genom/whole-genome sequencing (WGS). Sebagian besar varian genetik yang diketahui menyebabkan kondisi genetik besar terletak pada DNA pengkode protein. Oleh karena itu, WES menjadi metode yang populer untuk mendeteksi varian pada CHD dengan dugaan etiologi genetik.
Studi awal dengan WES menunjukkan bahwa varian de novo pada gen yang sangat diekspresikan dalam perkembangan jantung sering ditemukan pada pasien CHD dengan anomali kongenital lainnya. Penelitian ini mengindikasikan bahwa varian de novo yang merusak lebih sering ditemukan pada pasien dengan CHD yang memiliki anomali ekstrakardiak dibandingkan dengan mereka yang memiliki CHD terisolasi. Hal ini menunjukkan bahwa varian genetik yang diturunkan cenderung lebih umum pada pasien dengan CHD terisolasi.
Selain WES, WGS memberikan cakupan genom yang lebih komprehensif, termasuk area regulasi yang tidak terkodekan. Walaupun analisis WGS lebih menantang karena banyaknya data yang perlu diinterpretasi, teknologi ini memungkinkan deteksi varian non-koding yang berpotensi mengganggu ekspresi gen. Beberapa studi menunjukkan bahwa varian non-koding dapat menjadi setidaknya sama umum dengan varian de novo yang merusak pada DNA pengkode protein.
GWAS telah menjadi metode yang umum digunakan untuk mempelajari latar belakang genetik berbagai penyakit, termasuk CHD. Metode ini membandingkan data sekuensing atau intensitas array polimorfisme nukleotida tunggal/single nucleotide polymorphism (SNP) antara kasus dan kontrol untuk menentukan ukuran efek varian genetik pada fenotipe. Namun, mencapai ambang signifikansi genome-wide dalam studi GWAS CHD sulit dicapai karena ukuran kohort kasus yang relatif kecil dan efek kecil dari varian umum pada fenotipe.
Beberapa studi GWAS telah menunjukkan SNP yang signifikan secara genome-wide yang terkait dengan CHD, termasuk varian pada gen PTPN11 dan MACROD2. Definisi yang jelas mengenai subtipe CHD selama analisis sangat penting untuk meningkatkan kekuatan analisis. Pendekatan yang menggabungkan data GWAS dengan data hiPSC dan data seluler pada manusia dan hewan telah menunjukkan potensi besar dalam mendukung hasil penelitian.
Teknologi hiPSC memungkinkan peneliti untuk mempelajari fenotipe spesifik pada sel yang berasal dari pasien. Sel hiPSC dapat diferensiasi menjadi sel-sel organotipik seperti kardiomiosit, sel endotel, fibroblas, dan sel otot polos. Studi menggunakan hiPSC dari pasien CHD telah memberikan wawasan tentang mekanisme molekuler penyakit ini.
Misalnya, kardiomiosit yang berasal dari hiPSC/HiPSC derived cardiomyocytes (hiPS-CM) telah digunakan secara luas untuk memodelkan kardiomiopati dan gangguan ritme, serta lebih baru lagi untuk CHD. Sindrom hipoplastik jantung kiri/Hypoplastic left heart syndrome (HLHS) adalah fenotipe CHD yang paling banyak dipelajari. Temuan umum dari studi ini menunjukkan bahwa sel yang berasal dari pasien HLHS memiliki kapasitas yang berkurang untuk diferensiasi menjadi kardiomiosit dan fenotipe hiPS-CM yang lebih imatur. Selain itu, ekspresi faktor transkripsi jantung seperti NKX2-5 dan HAND1 dilaporkan berkurang pada hiPS-CM yang berasal dari subjek HLHS.
Selain hiPS-CM, jenis sel lain seperti sel endotel dan sel otot polos juga telah dipelajari. Studi yang menggunakan sel endotel yang berasal dari hiPSC menunjukkan bahwa endotel yang terganggu dapat menyebabkan transisi endotel-ke-mesenkimal/endocardial to mesenchymal transition (EndoMT) yang abnormal dan angiogenesis yang terganggu, yang berkontribusi pada hipoplasia ventrikel dan katup pada HLHS.
Model penyakit berbasis hiPSC memiliki potensi besar untuk membantu penilaian patogenisitas varian yang tidak pasti. Sebagai contoh, penelitian terbaru menunjukkan bagaimana haploinsufisiensi gen NAA15 dapat mengganggu fungsi seluler pada hiPS-CM. Penelitian ini memberikan referensi tentang bagaimana memperkirakan patogenisitas varian NAA15 yang tidak pasti pada sel yang berasal dari pasien.
Meskipun memiliki banyak keuntungan, penggunaan hiPSC dalam pemodelan penyakit memiliki beberapa tantangan. Variasi dalam efisiensi diferensiasi dan potensi variasi antar klon hiPSC perlu dipertimbangkan. Selain itu, protokol diferensiasi yang dapat menghasilkan kardiomiosit tipe atrial dan ventrikel perlu dikembangkan lebih lanjut.
Kemajuan dalam teknologi sekuensing dan koleksi sampel biobank telah meningkatkan pemahaman kita tentang dasar genetik nsCHD. Sementara beberapa bentuk monogenik CHD telah didokumentasikan, bukti yang mendukung pewarisan oligogenik dalam sebagian besar kasus semakin meningkat. Kombinasi koleksi sampel yang lebih besar dan pendekatan inovatif seperti GWAS dan model penyakit berbasis hiPSC memberikan aset tambahan dalam mengevaluasi varian kandidat dari studi WES dan GWAS. Identifikasi varian gen yang mempengaruhi perjalanan penyakit memberikan dorongan tambahan untuk upaya penelitian, karena dapat memandu pemantauan dan pengobatan penyakit serta meningkatkan prognosis pasien CHD.
Sumber:
Leave a Reply