BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Kanker payudara merupakan tumor ganas yang dimulai dari sekelompok sel-sel kanker yang dapat tumbuh menyerang jaringan sekitarnya atau menyebar (metastasis) ke jaringan lain pada tubuh sebagai akibat dari ketidaknormalan proses apoptosis. Apoptosis atau kematian sel yang terprogram adalah mekanisme pengendalian terhadap eliminasi sel-sel yang mati pada organisme multiseluler. Sel dikontrol dan diregulasi selama proses apoptosis, sel yang mati kemudian difagosit oleh makrofag. Apoptosis berfungsi secara fisiologis antara lain untuk terminasi sel, mempertahankan homeostasis, perkembangan embrional, interaksi limfosit, dan involusi hormonal pada usia dewasa (Lumongga, 2008). Sel-sel yang mati pada proses apoptosis memberikan sinyal dan diperantarai oleh beberapa gen yang mengkode protein untuk enzim pencernaan yang disebut caspase. Peristiwa apoptosis terjadi setelah adanya gangguan fungsi barier membran mitokondria dengan pelepasan sitokrom c melalui jalur caspase-3 pada sel normal. Aktivasi caspase-3 dipengaruhi oleh protein keluarga Bcl-2. Protein ini terdiri dari pro-apoptosis seperti Bax dan Bak dan anti-apoptosis seperti Bcl-2 dan Bcl-X L. Overekspresi Bcl-2 anti-apoptosis mencegah aktivasi caspase-3 pada tahap pelepasan sitokrom c, sehingga apoptosis tidak terjadi. Hal inilah yang terjadi pada sel kanker payudara MCF-7 (Mooney et al., 2002). Beberapa senyawa yang terbukti berhasil menghambat aktivitas Bcl-2, diantaranya pirimidinilpiperazin yang mengikat prosurvival protein Bcl-X L (Shallal, 2011 cit Green dan Evan, 2002), fenilpirazol dengan afinitas tinggi mengikat Bcl-2 dan Bcl-X L (Porter et al., 2008 cit Zhang et al., 2007), kendomisin (Janssen, 2008), dan navitoklaks (Wilson et al., 2010). Kurkumin (bis-α,βunsaturated β-diketone) dikenal sebagai senyawa yang memiliki aktivitas antiinflamasi dan antikanker (Sharma et al., 2005). Aktivitas biologi kurkumin pada model praklinis antara lain sitotoksik dan menginduksi apoptosis (Kuo et al., 1996), menghambat karsinogenesis (Perkins et al., 2002), mempengaruhi fase I 1

2 2 (Firozi et al., 1996) dan II metabolisme enzim karsinogen (Singh et al., 1998), antioksidan (Chan et al., 1998), serta mempengaruhi angiogenesis (Sharma, 2001). Kurkumin menginduksi apoptosis ketika siklus sel berada pada fase G2 atau M di dalam sel MCF-7 (Sharma et al., 2005). Senyawa lain yang memiliki aktivitas antikanker adalah diketopiperazin (Aoki et al., 2010 cit Martin dan Carvalho, 2007) yang merupakan analog dari kurkumin. Diketopiperazin memiliki beberapa turunan, diantaranya adalah turunan diketopiperazin C-alkil. Aktivitas inhibisi sel kanker senyawa ini dikarenakan interaksi cincinnya (Deveau et al., 2008). Penelitian ini menarik dilakukan dalam rangka penemuan obat baru berbasis struktur molekul obat, melihat potensi yang dimiliki turunan diketopiperazin C-alkil diharapkan dapat digunakan untuk menghambat overekspresi Bcl-2 pada sel MCF-7 sehingga apoptosis dapat terjadi. B. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka perumusan masalah dari penelitian ini adalah: 1. Mengkaji kedekatan interaksi geometri 3D turunan diketopiperazin C-alkil dengan senyawa penuntun dan senyawa yang telah diketahui potensinya sebagai inhibitor Bcl-2? 2. Apakah turunan diketopiperazin C-alkil mempunyai aktivitas sebagai inhibitor Bcl-2 secara perhitungan docking molekular? C. Tujuan Penelitian Berdasarkan uraian perumusan masalah di atas, maka tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui kedekatan bentuk geometri 3D turunan diketopiperazin C-alkil dengan senyawa penuntun dan senyawa yang telah diketahui potensinya sebagai inhibitor Bcl Memperoleh senyawa baru turunan diketopiperazin (DKP) yang berpotensi sebagai inhibitor Bcl-2.

3 3 D. Tinjauan Pustaka 1. Docking Molekular Docking molekular adalah metode komputasi untuk memprediksi geometri kompleks protein-ligan (Pyrkov et al., 2008). Metode docking dapat dilakukan dengan 2 cara. Pertama, pendekatan menggunakan fungsi penilaian (binding activity) untuk peringkat konformasi protein-ligan. Sistem ini kemudian dimodifikasi oleh algoritma pencarian, dan penilaian yang sama diterapkan lagi untuk merangking struktur baru. Kedua, penggunaan fungsi tingkatan penilaian yaitu fungsi reduksi untuk mengarahkan pencarian dan fungsi menentukan peringkat struktur yang dihasilkan (Kaapro dan Janne, 2002). Docking molekular merupakan teknik penggabungan dua molekul bersama-sama yang memiliki keunggulan, diantaranya bisa untuk mencari model ikatan antara protein dan ligan, dapat memprediksi bentuk kompleks intermolekuler struktur dua atau lebih molekul, kemungkinan menghasilkan jumlah konformasi struktur yang banyak. Oleh karenanya, docking molekular dapat mereduksi biaya pengembangan, meningkatkan efisiensi energi dan daya guna lingkungan, serta menaikkan produktivitas dan keuntungan (Pranowo & Abdul, 2011). Docking molekular dapat dilakukan menggunakan perangkat lunak PyRx Autodock-Vina. 2. MCF-7 (Michigan Cancer Foundation-7) Sel MCF-7 merupakan sel kanker payudara yang banyak digunakan untuk penelitian. Sel ini memiliki karakteristik antara lain resisten agen kemoterapi (Menchetner et al., 1998 & Aouali et al., 2003), mengekspresikan reseptor estrogen (ER +), overekspresi Bcl-2 (Butt et al., 2000 & Amundson et al., 2000) dan tidak mengekspresikan caspase-3 (Onuki et al., 2003 & Prunet et al., 2005). Sel MCF-7 tergolong cell line adherent (Anonim, 2008) yang mengekspresikan reseptor estrogen alfa (ER-α), dan resisten terhadap doksorubisin (Zampieri et al., 2002). Karakteristik lain dari MCF-7 adalah mirip dengan Hep G 2, dimana sel kanker jenis ini mengekspresikan wildtype p53 (Fitria et al., 2011).

4 4 3. Bcl-2 (B-cell lymphoma-2) Protein Bcl-2 merupakan protein yang memainkan peranan penting pada regulasi apoptosis, atau kematian sel terprogram (Petros et al., 2010). a. Golongan Bcl-2 Keluarga protein Bcl-2 dibagi menjadi tiga kelompok, antiapoptosis, pro-apoptosis anggota keluarga BAX/BAK dan pro-apoptosis protein BH3 (Youle dan Stasser, 2008). Famili protein Bcl-2 Anti-apoptosis Pro-apoptosis Bax/Bak Pro-apoptosis BH3 BCL-2, BCL-XL, BCL-W, MCL1, BCL-B & A1 Bax dan BAK BAD, BIK, BID, HRK, BIM, BMF, NOXA dan PUMA Tabel 1. Golongan famili protein Bcl-2 b. Mekanisme aksi Bcl-2 Proses apoptosis suatu sel terjadi melaui dua jalur, yaitu jalur intrinsik (mitokondrial) dan jalur ekstrinsik (penghantaran sinyal secara langsung melalui adapter). Dalam kondisi normal, anggota famili Bcl-2 pro-apoptosis dan anti-apoptosis beraktivitas secara seimbang. Protein Bcl-2 anti-apoptosis berperan dalam proses apoptosis melalui jalur intrinsik, sewaktu sel mengalami stress, protein ini berkurang jumlahnya dalam mitokondria dan digantikan oleh protein pro-apoptosis seperti Bak, Bax dan Bim. Kemudian, permeabilitas mitokondria meningkat, protein cytochrom-c mengaktifkan cascade caspase. Cytochrom-c berikatan dengan protein Apaf-1 (apoptosis activating factor-1) dan mengaktivasi caspase-3, terjadilah apoptosis (Gambar 1).

5 5 Jalur intrinsik Jalur ekstrinsik Gambar 1. Proses apoptosis sel melalui jalur intrinsik dan ekstrinsik (Youle dan Stasser, 2008) Protein Bcl-2 merupakan antiapoptotik yang kuat dan ekspresi protein Bcl-2 yang berlebihan meningkatkan ketahanan hidup sel (Marleen et al., 2008). Pada sel kanker, mutasi dari gen Bcl-2 dapat menyebabkan peningkatan ekspresi yang dapat menekan fungsi normal dari protein proapoptosis. Jika terjadi pada protein tersebut, maka dapat menyebabkan penurunan regulasi, sehingga sel kehilangan kemampuan untuk regulasi apoptosis yang dapat memicu terjadinya kanker (Lumongga, 2008). Apabila overekspresi Bcl-2 dihambat, maka proses apoptosis dapat terjadi. Faktor transkipsi dari Bcl-2 adalah NF k B dari downstream P13K/Akt. Terhambatnya ekspresi Bcl-2 ini selanjutnya akan menginduksi pelepasan sitokrom c oleh mitokondria kemudian menginduksi jalur caspase (Fitria et al., 2011). Overekspresi Bcl-2 dapat dihindari dengan inhibitor Bcl-2 seperti Bcl-xs yang diekspresikan dalam sel-sel MCF-7 dengan meningkatkan chemosensitivity untuk VP-16 atau taksol (Sumantran et al., 1995).

6 6 Penelitian terdahulu menunjukkan penemuan senyawa dengan molekul kecil yang menghalangi fungsi dan dapat berikatan dengan hydrophobic pocket Bcl-2 (Zheng et al., 2007). 4. Diketopiperazin Diketopiperazin (2,5-piperazindion) merupakan model paling sederhana untuk studi geometri cis-peptida dan untuk memeriksa pengaruh rantai samping pada cincin konformasi. Diketopiperazin sejauh ini diselidiki memiliki kandungan asam amino L- dan D- dan residu N-teralkilasi seperti sarcosin, prolin, atau N-metil asam amino (Zeng et al., 2005). Aktivitas diketopiperazin dikenal sebagai antitumor dan antiviral (Aoki et al., 2010 cit Martin dan Carvalho, 2007), sitotoksik (Graz, 2004), antimikroba (Houston et al., 2004) dan mempengaruhi saraf (Aoki et al., 2010 cit Prakash et al., 2002). XR9051(N-(4-(2-(6,7-Dimetoksi-1,2,3,4,-tetrahidro-2-isoquinoli)etil)- fenil)-3-((3z,6z)-6-benziliden-1-metil-2,5-dioxo-3-piperaziniliden) metilbenzamid), merupakan turunan diketopiperazin C-alkil yang memiliki kemampuan melawan resistensi terhadap obat sitotoksik contohnya doksorubisin dan etoposid, dengan jalan menghambat pengikatan [ 3 H]vinblastin dengan P-glikoprotein dan menghambat photoaffinity labeling P-gp. Terhadap uji yang telah dilakukan, XR9051 lebih poten dibanding siklosporin A dan verapamil (Dale et al., 1998). Stereokimia ring-junction DKP menghambat pertumbuhan sel kanker dengan sintesis jalan homodimer carboline dan dievaluasi pertumbuhan penghambatan terhadap sel kanker PC- 3 (prostat) dan NCI-H520 (paru-paru) untuk mengukur sitotoksisitas (Amy et al., 2008). Turunan DKP C-alkil yang lain, diantaranya siklo-(4-s-hidroksi-rprolin-risoleusin) (Ovenden et al., 2011), 3,6-Bis(indol-3-ilmetilen)piperazin- 2,5-dion (Andreani et al., 2008) dan 1-Asetil-3-(3-tieniliden)piperazin-2,5- dion (Asiri, 2000). Turunan Diketopiperazin yang digunakan pada penelitian ini berdasarkan empat struktur inti (Gambar 2-5).

7 7 Gambar 2. Inti 1 diketopiperazin. Tabel 2. Turunan diketopiperazin inti 1 Senyawa R 1 R C 10 H 11 NO C 9 H 9 N C 8 H 10 O 2 C 9 H 9 N C 10 H 11 NO C 9 H 9 N C 8 H 10 O 2 Gambar 3. Inti 2 diketopiperazin. Tabel 3. Turunan diketopiperazin inti 2 Senyawa R 1 R C 6 H 4 Cl 2 C 7 H 7 Cl C 10 H 13 NO C 7 H 7 Br C 10 H 8 C 8 H 10 C 7 H 7 ClN 2 S C 7 H 5 F 3 C 6 H 4 Cl 2 C 7 H 7 Cl C 6 H 4 Cl 2 C 16 H 12 ClN 3 C 7 H 7 Br C 10 H 8 C 8 H 10 C 6 H 5 Cl C 7 H 5 F 3

8 8 Gambar 4. Inti 3 diketopiperazin. Tabel 4. Turunan diketopiperazin inti 3 Senyawa R 1 R C 8 H 10 O 2 C 8 H 7 N C 8 H 10 O 2 C 8 H 7 N Gambar 5. Inti 4 diketopiperazin. Tabel 5. Turunan diketopiperazin inti 4 yang dipakai untuk fragmentasi Senyawa R 1 R 2 R 3 R C 8 H 10 C 7 H 7 F C 7 H 14 O C 2 H 4 O C 6 H 12 C 7 H 14 C 3 H 6 C 5 H 10 O C 2 H 4 O C 7 HO C 6 H 5 F C 6 H 5 F 2CH 4 C 8 H 10 O 2CH 4 E. Keterangan empiris Penelitian ini diharapkan dapat memperoleh turunan diketopiperazin yang berpotensi memiliki interaksi dengan Bcl-2 pada sel MCF-7 secara docking molekular.