POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4) PADA MONYET EKOR PANJANG

Transkripsi

1 POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4) PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN SUMATERA I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Polimorfisme Gen Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca Fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini. Bogor, 30 November 2009 I Gusti Agung Arta Putra NIM P

3 ABSTRACT I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA. Polymorphism of Coding Gene of Obesity Character (MC4R/Melanocortin 4 Receptor) in Cynomolgus Macaque Originated from Bali, East Java and Sumatera. Under the direction of DONDIN SAJUTHI, DEDY DURYADI SOLIHIN, and R.R. DYAH PERWITASARI Melanocortin 4 receptor (MC4R) is one of G protein-coupled receptors that plays an important role in regulation of energy homeostasis. MC4R mutations constitute the most common cause of human obesity. Since cynomolgus macaque is one of animal models, the study on adult male macaque was conducted in order to investigate the polymorphism of MC4R gene, phenotype of obesity and the association of MC4R mutation with obesity phenotype. Fifty six adult male macaques from Bali (Ubud and Uluwatu), East Java (Alas Purwo and Baluran), and Sumatera island (Palembang) were used in this research. The animals had been anaesthetized using ketamine (10 mg/kg of body weight) and xylazine (2 mg/kg of body weight) before phenotype data and blood samples were collected. The phenotype parameters measured in this study were body weight, crown rump length, body mass index; circumference of triceps, chest, waist, and thigh; skin fold thickness of abdomen, thigh, back, triceps, and dorsal neck. Blood samples were used as source of DNA. To determine MC4R polymorphism, coding region of this gene was amplified and sequenced. The results showed that there were 20 polymorphism sites identified and 13 of them are non-synonymous. Among the non-synonymous mutations, five mutations were only found in obese cynomolgus macaques; two mutations were found in both obese and non-obese macaques; and six mutations were only found in nonobese macaques. In addition, there were significant difference (P<0.05) of phenotype parameters among the study sites. Keywords: cynomolgus macaque (Macaca fascicularis), obesity, melanocortin-4 receptor (MC4R).

4 RINGKASAN I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA. Polimorfisme Gen Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera. Dibimbing oleh DONDIN SAJUTHI, DEDY DURYADI SOLIHIN, dan R.R DYAH PERWITASARI. Obesitas pada manusia merupakan predisposisi utama untuk terjadinya penyakit terutama sindroma metabolik, diabetes melitus tipe 2 dan hipertensi. Saat ini, obesitas dianggap penyakit kompleks multifaktor yang disebabkan oleh faktor genetik dan lingkungan. Gen yang berkaitan dengan kejadian obesitas pada manusia telah diinventarisasi sebanyak 127 gen kandidat. Dari 127 gen tersebut, sebelas di antaranya bersifat monogenik sehingga apabila gen tersebut bermutasi akan menyebabkan obesitas. Dari sebelas gen yang bersifat monogenik, gen reseptor melanokortin 4 (MC4R) diwariskan secara dominan. Mutasi MC4R merupakan hal yang paling umum menyebabkan obesitas pada manusia. MC4R adalah salah satu reseptor berprotein-g yang berperan penting dalam pengaturan homeostasis energi. Reseptor ini banyak ditemukan di dalam otak dan berfungsi dalam penghantaran isyarat kekenyangan. Bila reseptor ini tidak berfungsi akan menyebabkan nafsu makan berlebihan dan dapat menyebabkan terjadinya obesitas. Monyet ekor panjang merupakan hewan model untuk penelitian yang hasilnya dimanfaatkan untuk kepentingan manusia. Monyet ekor panjang menunjukkan gejala obesitas yang mirip dengan kejadian obesitas pada manusia. Kejadian obesitas banyak dijumpai pada monyet ekor panjang jantan yang ada di kawasan wisata di Bali. Kejadian obesitas ini merupakan salah satu alasan untuk melakukan penelitian tentang polimorfisme gen MC4R pada monyet ekor panjang. Penelitian ini bertujuan untuk 1) mengidentifikasi variasi gen MC4R pada monyet ekor panjang asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera, 2) mengkaji variasi fenotipe obesitas pada monyet ekor panjang asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera, 3) mendapatkan asosiasi mutasi gen MC4R dengan obesitas pada monyet ekor panjang. Penelitian ini menggunakan monyet ekor panjang jantan dewasa sebanyak 56 ekor yang berasal dari Bali (Ubud dan Uluwatu), Jawa Timur (Alas Purwo dan Baluran) dan Sumatera (Palembang). Monyet asal Bali dan Jawa Timur ditangkap langsung di lokasi sedangkan monyet asal Sumatera diperoleh di penangkaran PSSP-IPB. Monyet dibius dengan ketamine (10 mg/kg bobot badan) dan xylazine (2 mg/kg bobot badan) sebelum dilakukan pengukuran data fenotipe dan pengambilan darah. Fenotipe yang diukur adalah bobot badan, tinggi duduk, indeks massa tubuh (IMT); lingkar lengan atas, dada, pinggang dan paha; serta tebal lipatan kulit di daerah perut, paha, punggung, trisep, dan leher bagian dorsal. IMT merupakan rasio bobot badan (kg) per tinggi duduk (m 2 ). Ekstraksi DNA (deoxyribonucleic acid) total dari darah menggunakan QIAamp DNA Blood Kits. Amplifikasi daerah penyandi gen MC4R dilakukan dengan primer forward (5 AATAACTGAGACGACTCCCTGAC 3 ) dan reverse (5 CAGAAGTAC AATATTCAGGTAGGG 3 ) berdasarkan Yeo et al. (1998) dengan teknik polymerase chain reaction (PCR). Pengurutan produk PCR menggunakan ABI 3730XL sequencer (Applied Biosystem). Data fenotipe dianalisis menggunakan program Minitab 14, sedangkan data molekuler dianalisis dengan program Mega 4.0 dan Arlequin 3.11.

5 Berdasarkan data fenotipe, seluruh (100%) monyet ekor panjang jantan asal Bali menunjukkan obesitas (IMT>30kg/m 2 ). Persentase obesitas monyet asal Baluran dan Alas Purwo masing-masing adalah 30% (3/10) dan 28,6% (2/7). Di lain pihak, monyet asal Palembang tidak ada yang menunjukkan obesitas. IMT yang tinggi disebabkan oleh bobot badan yang tinggi. Di Uluwatu, ditemukan monyet dengan bobot badan 16 dan 17 kg. Monyet yang mengalami obesitas (IMT>30kg/m 2 ), sebagian besar disertai dengan lingkar pinggang yang lebih besar dari 39 cm dan tebal lipatan kulit perut lebih besar daripada 5 mm. Oleh karena itu, lingkar pinggang dan tebal lipatan kulit perut perlu dipertimbangkan dalam penentuan obesitas pada monyet ekor panjang disamping IMT. Hasil analisis urutan gen MC4R (48 urutan) menunjukkan adanya 20 situs polimorfik yang terdiri dari tujuh situs bersifat sinonim dan 13 situs bersifat nonsinonim. Situs polimorfik ditemukan paling banyak pada monyet asal Alas Purwo sedangkan yang paling sedikit ditemukan pada monyet asal Uluwatu. Dari 13 situs yang bersifat nonsinonim, lima situs ditemukan hanya pada monyet yang mengalami obesitas. Kelima mutasi tersebut adalah Asn3His, Leu250Pro, Leu300Arg, Leu 328Trp, dan Ser329Ala. Dua situs mutasi ditemukan baik pada monyet gemuk maupun monyet tidak gemuk. dan enam situs mutasi ditemukan hanya pada monyet tidak gemuk. Kejadian substitusi nukleotida yang bersifat transversi lebih besar daripada substitusi yang bersifat transisi. Hal ini diduga ada kaitannya dengan komposisi basa nukleotida dari gen MC4R. Kandungan adenina (A) dan timina (T) adalah lebih besar daripada kandungan guanina (G) dan sitosina (C). Kemungkinan substitusi transversi akan meningkat sesuai dengan peningkatan kandungan basa nukleotida A dan T. Analisis filogeni menunjukkan bahwa keseluruhan sampel berada dalam satu kelompok dan terpisah dari simpanse. Filogeni yang dibuat dari gen MC4R ternyata tidak dapat membedakan monyet yang berasal dari daerah yang berbeda. Bila dibandingkan dengan spesies lain, monyet ekor panjang satu kelompok dengan monyet dalam genus yang sama (Macaca mulatta). Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa mutasi nonsinonim MC4R terjadi baik pada monyet gemuk maupun yang tidak gemuk. Dari 48 sampel urutan, sebanyak 26 ekor monyet ekor panjang tergolong gemuk dan 22 ekor tidak gemuk. Sebanyak 11,5% monyet gemuk dan 22,7% monyet tidak gemuk merupakan pembawa mutan MC4R. Monyet gemuk asal Uluwatu dan Ubud, membawa mutasi sinonim dan nonsinonim pada gen MC4R, tetapi obesitas mungkin juga hasil gen non-mc4r atau perubahan pada bagian promoter genmc4r. Kata kunci: monyet ekor panjang (Macaca fascicularis), obesitas, reseptor melanokortin-4 (MC4R)

6 Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

7 POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4) PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN SUMATERA I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Mayor Primatologi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

8

9 Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS. Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.AgrSc. Penguji pada Ujian Terbuka : Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA. Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS.

10 PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-nya disertasi yang berjudul Polimorfisme Gen Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/ Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera dapat diselesaikan. Selama menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi, penulis mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. drh. Dondin Sajuthi, MST., Ph.D, Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA, dan Dr. Ir. R.R. Dyah Perwitasari, M.Sc selaku komisi pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing baik selama penelitian maupun penulisan disertasi ini. Ucapan terimakasih juga penulis tujukan kepada Dekan Fapet dan Rektor UNUD yang telah memberikan izin tugas belajar untuk mengikuti program doktor (S3) di Program Studi/Mayor Primatologi (PRM), Sekolah Pascasarjana IPB. Terimakasih juga kepada Rektor IPB, Dekan Pascasarjana IPB, Ketua Mayor PRM serta seluruh staf pengajar dan administrasi PRM. Terimakasih juga kepada tim manajemen Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS) Dirjen Dikti Depdiknas yang memberikan dana pendidikan S3. Terimakasih juga kepada team hibah doktor IPB, Yayasan Damandiri dan APPERI atas batuannya. Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada drh. Nengah Budiarsa (APPERI), Prof. Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer, Prof. Dr. IDK Harya Putra, Prof. Dr. IB. Sudana, Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS., Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.AgrSc., Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA., Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS., Prof. Dr. Agustin Fuentes, Kelly Lane, MSc. Dr. drh. I Nengah Wandia, drh. Aida LT Rompis, Dr. drh. I Kt. Suatha, drh. IGd. Soma MKes, drh. I Pt. Yasa, drh. Sri Kayati Widyastuti MSi, drh I Putu Gede Yudi Arjentinia, Dr. drh. W. Batan MSi dan staf pengelola Jurnal Veteriner, Dr. drh. N. Suarsana, MSi., Muharam Saepulloh SSi., MSc., dr. Anwar Wardi SpS, M Nasir Spt., MSi., drh. Susana Widjaya, Keni Sultan SPt., MSi., Ria Oktarina SPt., MSi., Nurjayanti Spt., Yana dan teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. drh. Joko Pamungkas, MSc., beserta staf, Dr. drh. Diah Iskandriati beserta staf, drh. Diah Pawitri beserta staf, drh. Prasojo Waludjo beserta staf, drh. Nyoman Sri Widiasih beserta