Mengungkap Misteri Sindrom Alstrom, Bagaimana NGS Membantu Diagnosis Penyakit Langka?

Oleh: Alfi Hanifah Prameswari, Khodijah Khoirun Nisa dan Siti Sofiah

Apa yang akan Anda lakukan ketika terkena demam tinggi? Mungkin sebagian besar orang akan pergi ke rumah sakit agar mendapat kepastian apa yang terjadi dengan tubuh mereka, yakni dengan diagnosis dokter kemudian mendapatkan obat untuk sembuh. 

Akan tetapi, lain halnya dengan orang-orang yang memiliki rare disease (RD). Rare disease atau penyakit langka merupakan penyakit yang umumnya disebabkan oleh perubahan fungsi gen atau penyakit genetik yang menyerang sejak dini (Amberger dkk., 2015).

Penyakit langka ini sangat beragam, salah satunya adalah sindrom Alstrm. Sindrom Alstrm adalah kelainan genetik yang disebabkan oleh mutasi atau kesalahan pada gen yang dikenal dengan nama gen ALMS1, gen ini bertanggung jawab memberikan perintah dalam membuat protein yang penting untuk fungsi normal sel, terutama pada mata, telinga, jantung, dan organ lainnya. Sehingga penderita sindrom ini akan mengalami masalah pendengaran, kehilangan penglihatan, diabetes, bahkan penyakit jantung di usia yang sangat muda. 

Penyakit ini disebabkan karena mutasi gen ALMS1 di antara 277 gen. Bisa karena delesi, insersi, maupun substitusi di antara 277 gen tersebut. Gen ALMS1 merupakan gen besar yang terdiri atas 23 ekson yang mengkode protein dari 4.169 asam amino. Terjadinya mutasi di minimal satu basa saja pada gen ini dapat berakibat timbulnya sindrom Alstrm. Mutasi dapat terjadi di gen manapun secara acak, sehingga sindrom Alstrm yang timbul pun dapat berbeda tergantung lokasi dan jenis mutasinya. Biasanya, varian yang muncul akibat mutasi menyebabkan pemotongan protein dan ditemukan pada ekson 8, 10, dan 16.  

Para penderita atau pasien penyakit langka sindrom Alstrm memiliki berbagai tantangan yang dihadapi akibat kendala keahlian medis dan pengobatan karena penyakit yang tidak lazim membuat tenaga medis kebingungan dalam mendiagnosis, yang apabila hanya dilihat dari gejala fisik, sindrom ini mirip dengan kelainan yang lain seperti sindrom Usher sehingga treatment yang diberikan seringkali kurang tepat. 

Namun, perkembangan teknologi membantu upaya penemuan obat dan jenis pengobatan yang tepat bagi penderita penyakit langka, yakni dengan bantuan Next Generation Sequencing (NGS). Teknologi NGS ini mampu mengurutkan ratusan bahkan ribuan gen atau seluruh genom serta mendeteksi penyimpangan genetik baik variasi atau mutasi pada gen dalam waktu singkat, dimana penyimpangan gen ini yang mendasari diagnosis penyakit langka. 

Pengaplikasian NGS sendiri telah digunakan dalam berbagai penelitian medis dan biokimia di seluruh dunia, seperti aplikasi whole genome sequencing yang berhasil mengurutkan seluruh genom pada manusia, exome sequencing yang menyelidiki daerah pengkode protein di dalam genom, targeted resequencing untuk melakukan pengurutan genom sesuai yang diinginkan, chromatin immunoprecipitation sequencing (ChiP-Seq) untuk menganalisis interaksi protein dengan DNA dan RNA, serta RNA sequencing (RNA-Seq) untuk pengurutan transkriptom. 

Next Generation Sequencing (NGS) dinilai paling efektif dalam mengatasi sindrom Alstrm karena kemampuannya untuk membuat sekuens banyak gen sekaligus, yang mana dalam hal ini, sindrom Alstrm memiliki 277 gen yang harus diperiksa.

Pengurutan generasi berikutnya (NGS) telah mengubah bidang pengujian genetik, sehingga memungkinkan analisis banyak gen yang terkait dengan penyakit keturunan secara bersamaan. Dalam sebuah studi terobosan, para peneliti menggunakan pendekatan metode NGS untuk mendiagnosis seorang pasien muda dengan sindrom Alstrm, kelainan genetik langka yang memengaruhi beberapa sistem organ. Metode NGS yang digunakan untuk mendiagnosis penyakit sindrom Alstrm (Gambar 2A-G).  Sampel darah yang diambil dari pasien (Gambar 2A). Sampel darah ini mengandung DNA pasien, yang perlu dianalisis oleh para peneliti. Selanjutnya, DNA diekstraksi dari sampel darah menggunakan teknik laboratorium standar (Gambar 2B). DNA yang telah dimurnikan ini kemudian menjadi bahan awal untuk pengujian genetik.

Gambar 2. Metode Diagnosis Sindrom Alstrom dengan Teknologi NGS/dokpri

Langkah berikutnya untuk mendiagnosis yaitu library preparation atau persiapan pustaka DNA menggunakan kit (Gambar 2C). Dalam metode NGS, persiapan pustaka adalah proses menyiapkan DNA untuk diurutkan dengan memodifikasinya dan menambahkan adaptor khusus. Hal ini membantu membuat potongan-potongan DNA siap untuk dibaca dan dianalisis. Selanjutnya sampel DNA yang sudah dilakukan persiapan pustaka siap dilakukan sekuensing atau pengurutan dengan menggunakan teknologi NGS (Gambar 2D). Para peneliti menggunakan pendekatan sekuensing generasi berikutnya (NGS) untuk menganalisis rangkaian 277 gen yang diketahui terkait dengan kelainan mata yang diturunkan. Hal ini memungkinkan mereka untuk memindai DNA pasien secara menyeluruh untuk mencari varian genetik yang relevan.

Nah, setelah dilakukan sekuensing atau pengurutan serangkaian 277 gen dengan teknologi NGS selanjutnya dilakukan analisis data NGS (Gambar 2E). Proses pengurutan menunjukkan bahwa pasien memiliki varian genetik yang langka atau mutasi/kelainan. Para peneliti mengidentifikasi varian genetik tersebut adalah gen ALMS1. Varian ini menyebabkan penghapusan kecil pada gen ALMS1 yang mengarah pada produksi protein ALMS1 yang abnormal dan memendek. 

Pada varian ALMS1 terjadi mutasi berupa penghapusan kecil (kehilangan beberapa untai DNA) pada ekson (bagian gen pengkode protein) sebanyak 4 urutan basa (Gambar 3). Penghapusan ini menyebabkan perubahan pada asam amino yang mempengaruhi produksi protein. Mutasi ini berupa penghilangan 4 unit genetik (basa) pada urutan DNA. Penghilangan ini menyebabkan pergeseran instruksi pembacaan kode genetik. Akibatnya, pada posisi ke-1808 dari protein yang disandikan oleh gen ini, terjadi perubahan jenis asam amino dari histidin menjadi asam amino lain.

Tidak hanya itu, pergeseran pembacaan kode juga menyebabkan instruksi pemberhentian produksi protein (stop codon) muncul terlalu dini, yaitu hanya 20 asam amino setelah posisi 1808. Artinya, protein yang dihasilkan akan terpotong dan tidak lengkap. Secara umum, mutasi ini mengganggu instruksi pembacaan kode genetik sehingga protein yang dihasilkan menjadi tidak normal dan tidak dapat berfungsi dengan baik. Pada Gambar 3 dapat terlihat pada hasil yang didapatkan bahwa terdapat perbedaan pada kromatogram sekuens penderita dengan kontrol.

Gambar 3. Kromatogram Sekuens Pengidap Sindrom Alstrom yang Mengalami Mutasi Berupa Delesi dan Kromatogram Sekuens yang Memiliki Gen Normal/dokpri

Untuk mengonfirmasi hasil temuan NGS ini, para peneliti kemudian menggunakan metode pengurutan PCR Sanger yang lebih tradisional untuk memverifikasi secara langsung mutasi atau kelainan pada gen ALMS1 (Gambar 2F). Langkah tambahan ini membantu memastikan keakuratan diagnosis genetik. Terakhir, dilakukan analisis lanjutan dan diagnosis sindrom Alstrm (Gambar 2G). Dengan identifikasi varian ALMS1 penyebab penyakit sindrom Alstrm melalui pendekatan pengujian genetik yang komprehensif dengan metode NGS ini memungkinkan para peneliti untuk memberikan diagnosis dini dan definitif sindrom Alstrm untuk pasien muda. Hal ini sangat penting, karena memungkinkan pemantauan dan perawatan medis yang cepat untuk mengelola gejala kelainan genetik yang kompleks ini.

Dilihat dari metodenya, metode NGS ini dapat berperan menjadi jendela baru dalam mengatasi sindrom Alstrm. Namun setiap hal tidak lepas dari kelebihan dan kekurangannya. Kelebihan Next Generation Sequencing (NGS) dalam mengatasi sindrom Alstrm adalah NGS dapat mengidentifikasi mutasi genetik yang terkait dengan sindrom Alstrm dengan tingkat akurasi yang tinggi. Selain itu, NGS memungkinkan untuk menganalisis banyak gen sekaligus, mempercepat proses pencarian mutasi dan meningkatkan peluang untuk menemukan penyebab genetik sindrom Alstrm. NGS pun dapat digunakan untuk mendiagnosis sindrom Alstrm pada tahap awal kehidupan, memungkinkan intervensi dan manajemen yang lebih baik dari gejalanya.

Tetap saja, walau memiliki banyak kelebihan, metode NGS juga memiliki banyak kekurangan. Adapun beberapa kekurangannya seperti biaya yang mahal terutama jika diperlukan pengujian sekuensing yang luas untuk mengidentifikasi mutasi genetik yang langka. Lalu analisis hasil NGS memerlukan keahlian khusus dalam pemrosesan dan interpretasi data genomik, terutama untuk mengidentifikasi mutasi genetik yang relevan di antara sejumlah besar data. Meskipun NGS dapat mengidentifikasi mutasi genetik, pengetahuan tentang hubungan antara mutasi spesifik dan manifestasi klinis sindrom Alstrm mungkin masih terbatas.

Dalam mengatasi sindrom Alstrm, Next Generation Sequencing (NGS) membawa manfaat besar dalam mendiagnosis penyakit ini secara akurat dan efisien. Dengan kemampuannya untuk menganalisis genom secara menyeluruh, NGS memungkinkan identifikasi mutasi genetik yang terkait dengan sindrom Alstrm dengan tingkat akurasi yang tinggi. Hal ini memungkinkan untuk deteksi dini sindrom Alstrm, memungkinkan intervensi dan manajemen yang lebih baik dari gejalanya. Meskipun ada beberapa kekurangan seperti biaya dan kesulitan interpretasi data, NGS tetap menjadi alat penting dalam upaya memahami dan mengatasi sindrom Alstrm, membantu dalam pengembangan strategi pengobatan yang lebih efektif dan personal.