KATA PENGANTAR. Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang

Transkripsi

1 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul MOLECULAR DOCKING ANDROGRAFOLID PADA SAMBILOTO (Andrographis paniculata (BURM. F.) NESS.) SEBAGAI ANTIKANKER KOLON SECARA IN SILICO. Skripsi ini diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana farmasi (S. Farm.) di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. Penulisan skripsi ini tentunya tidak terlepas dari dukungan dan bantuan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala kekuatan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M. Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. 3. Ni Made Pitri Susanti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana. 4. Ni Putu Linda Laksmiani, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing I yang telah membantu dalam membimbing serta tak hentinya memberikan semangat dan dukungan hingga akhir penyusunan skripsi ini. 5. Ni Made Widi Astuti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing II yang juga telah membimbing demi kelancaran penyusunan skripsi ini. iii

2 6. Seluruh dosen pengajar beserta staf/pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah membantu penulis, terutama para staf yang telah membantu dalam hal pengurusan surat dan kelengkapan administratif lainnya. 7. Ibu (Desak Made Suastini) dan saudara penulis (I Gede Bagus Dera Setiawan) yang tak pernah berhenti memberikan doa dan semangat. 8. Tim Analisis Forensik terdiri dari Sucen, Sintot, Dewi, Icik, Uut, Irma, Wisesa, dan Dyah yang telah menjadi teman diskusi dan berbagi suka duka selama pembuatan skripsi. 9. Tim Bebangkaan 13 yang terdiri dari Ina, Gungde, Jay, Rama aneh, Cok Arys, Prima, Agus, Wisesa, Wisnu, Lova, Ajik, Angga, Jon, dan Dede yang selalu mendukung dan memberi semangat bagi penulis. 10. Teman-teman KKN XIV Undisan terdiri dari Kabak, Ina, Mahendra, Gita, Fe, Yodi Ahok, Yogi Jarot, Yogi Bear, Aldi, Habib Rizky, Yudi, Aldi, dan Bang Yogo yang telah memberi semangat dan membantu pembuatan skripsi. 11. Teman satu band Beyond Hands God terdiri dari Gung Surya, Surya Sarap, Angga Codet, dan Emo yang memberi refrensi terhadap skripsi. 12. Teman-teman mahasiswa Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana, khususnya Tredecim Paracelcius yang berjuang bersama penulis. 13. Raden Ayu Dwi Puspita Sari yang selalu memberi semangat dan doa untuk kelancaran skripsi ini. 14. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. iv

3 Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan. Bukit Jimbaran, Juni 2017 Penulis v

4 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR SINGKATAN... DAFTAR ISTILAH... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN... ABSTRAK... ABSTRACT... i ii iii vi viii x xii xiii xiv xv xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sambiloto Andrografolid Kanker Kolon Apoptosis vi

5 2.4 Molecular Docking BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian Lokasi dan Waktu Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Prosedur Penelitian Preparasi Protein Optimasi Andrografolid 3D Validasi Metode Molecular Docking Docking Andrografolid pada Iκβ Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi Protein Validasi Metode Molecular Docking Optimasi Struktur 3 Dimensi Andrografolid Docking Andrografolid pada Protein Iκβ Analisis Data BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

6 DAFTAR SINGKATAN ACF Ala Arg Asn APC Bak Bax Bcl-2 CAC COX-2 Cys : Aberrant crypt foci : Alanine : Arginine : Asparagine : Adenomatous polyposis coli : Bcl-2-associated X : Bcl-2 associated killer : B-cell lymphoma-2 : Colitis-associated cancer : Siklooksigenase-2 : Cysteine ERK ½ : Extracellular signal-regulated kinases 1/2 FAP HLJ1 His HNPCC IBD ICAM-1 IGF RII Iκβ IKK : Familial adenomatous polyposis : Human liver dnaj-like protein : Histidine : Hereditary non-polyposis colorectal cancer : Inflammatory bowel disease : Intercellular adhesion molecule-1 : Insulin-like growth factor-β receptor II : Inhibitor Kinase Beta : Inhibitor Kinase Kappa viii

7 IL-12 : Interleukin 12 LPS Lys MDM2 MDPL NF-kB NO NOS NSCLC MAPK MCL-1 : Lipopolysaccharide : Lysine : Murine double minute-2 : Meter Diatas Permukaan Laut : Nuclear factor-kappa-b : Nitrit Oksida : Nitric-oxide synthase : Non-small-cell lung cancer : Mitogen-activated potein kinase : Myeloid cell leukemia-1 MyD88 : Myeloid differentiation primary response gene 88 PGE2 Phe RMSD Ser SBDD TGF RII TNF-α : Prostaglandin : Phenylalanine : Root Mean Square Deviation : Serine : Structure-based drug design : Transforming growth factor-β receptor II : Tumor necrosis factor-α TIMP1 : Tissue inhibitor of metalloproteinase 1 TLR4 TRAIL VEGF : Toll-like receptor : Tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand : various angiogenic factors like vascular endothelial growth factor ix

8 DAFTAR ISTILAH Afinitas : Kecenderungan suatu unsur atau senyawa untuk membentuk ikatan kimia dengan unsur atau senyawa lain Agen infeksi : Organisme hidup atau pertikel yang menyebabkan penyakit menular Apoptosis : Suatu bentuk kematian sel yang diprogram dalam urutan kejadian yang mengarah pada penghapusan sel tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya Docking Fosforilasi : Metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul : Penambahan gugus fosfat pada suatu protein atau molekul organik lain Inflamasi In silico Kanker Karsinogenesis Konformasi Kolon : Peradangan : Pemodelan virtual komputer : Tumbuh ganda ganas, tumor ganas : Pembentukan kanker : Suatu penataan ruang tertentu dari atom atom dalam molekul : Usus besar, bagian usus yang terdapat antara usus buntu dan poros usus Ligan : Ion atau molekul netral yang mampu mengikat secara koordinasi atom atau ion logam pusat dalam senyawa kompleks x

9 Molekul : Sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil Proinflamasi : Memicu terjadinya peradangan Proliferasi : Pertumbuhan atau berkembangbiakan pesat untuk menghasilkan jaringan baru, bagian, sel, atau keturunan Radikal bebas : Atom atau molekul bermuatan listrik atau netral yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan di orbital terluar mereka Sitokin : Protein yang dibuat oleh sel-sel yang mempengaruhi perilaku sel-sel lain Transduksi : Proses atau perbuatan mengubah dari suatu bentuk ke bentuk lain (terutama peralihan atau perubahan determinan genetik dari suatu mikroorganisme ke mikroorganisme yang lain oleh virus) Transkripsi : Proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai wadah xi

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Morfologi Tanaman Sambiloto... 6 Gambar 2.2 Struktur Andrografolid 2D (a) dan Struktur Andrografolid 3D (b) Gambar 2.3 Mekanisme Karsinogenesis Adenoma Karsinoma Gambar 2.4 Skema Jalur Apoptosis pada Kanker Kolon Gambar 4.1 Hasil preparasi protein Iκβ tanpa ligan (a) dan native ligand KSA (b).. 21 Gambar 4.2 Pengaturan grid box pada native ligand protein Iκβ Gambar 4.3 Struktur andrografolid setelah kalkulasi single point (a) dan struktur andrografolid setelah optimasi geometri (b). 26 Gambar 4.4 Interaksi ikatan hidrogen antara protein dengan native ligand KSA (a) dan protein Iκβ dengan andrografolid (b) 31 xii

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.2. Potensi Target Molekuler pada Kanker Kolon Tabel 4.1 Pengaturan Grid Box pada Protein Iκβ. 23 Tabel 4.2 Hasil Molecular Docking antara Native Ligand dengan Protein Iκβ Tabel 4.3 Hasil Docking antara Andrografolid dengan Protein Iκβ. 27 Tabel 4.5. Hasil Docking antara Protein Iκβ dengan Native Ligand KSA, Andrografolid, Prednisolon, dan Deksametason. 30 xiii

12 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Skema Umum Penelitian xiv

13 ABSTRAK Kanker kolon terjadi akibat ekspresi berlebih NF-κB yang disebabkan penurunan jumlah Iκβ sehingga menghambat regulasi mekanisme apoptosis. Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness) dengan kandungan utama andrografolid memiliki aktivitas farmakologi sebagai antikanker. Penelitian ini bertujuan untuk untuk mengetahui mekanisme andrografolid meningkatkan apoptosis pada kanker kolon secara in silico. Uji in silico menggunakan molecular docking dengan program Chimera , Hyperchem 8, dan Autodock 4.2. Hasil uji pada molecular docking adalah nilai energi ikatan dan ikatan hidrogen. Nilai energi ikatan antara andrografolid terhadap protein Iκβ dibandingkan dengan native ligand KSA, deksametason, dan meloxicam untuk mengetahui potensi sebagai antikanker kolon. Nilai energi ikatan hasil docking antara protein Iκβ dengan andrografolid, native ligand KSA, prednisolon, dan deksametason masingmasingnya adalah -7,50; -11,27; -7,24; dan -7,04 kkal/mol. Hal ini menunjukkan bahwa andrografolid memiliki afinitas yang mampu menginduksi protein Iκβ dengan ikatan hidrogen pada asam amino Cys99. Berdasarkan hasil yang diperoleh, andrografolid memiliki aktivitas antikanker kolon karena mampu berikatan dengan protein Iκβ. Mekanisme andrografolid sebagai antikanker kolon yaitu dengan menginduksi aktivasi Iκβ yang dapat menekan ekspresi berlebih NF-κB sehingga dapat meningkatkan apoptosis Kata Kunci: andrografolid, sambiloto, kanker kolon, apoptosis, molecular docking xv

14 ABSTRACT Colon cancer occurs due to overexpression of NF-κB as a result of a decreased in the number of Iκβ that can inhibit regulation of apoptotic mechanism. Andrographolide is a compound obtained in a large amount from Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness.), which has activity as an anticancer. The aim of this study was to determine the mechanism andrographolide increase apoptosis in colon cancer. In silico test were done using molecular docking method with Chimera , Hyperchem 8, and Autodock 4.2 programs. The results of the molecular docking were the bond energy value and hydrogen bond. The bond energy value between andrographolide against Iκβ protein compared with the KSA native ligand, dexamethasone, and prednisolone to determine the potential as anticolon-cancer. The bond energy value of docking results between Iκβ protein and andrografolid, KSA native ligand, dexamethasone, and prednisolone respectively -7.50; -11,27; -7,04; and kcal/mol. This result indicated that andrographolide has an affinity that was capable to induce Iκβ protein with hydrogen bonds on Cys99 amino acid. Based on the results obtained, andrografolid has anti-colon cancer activity because it was able to bind with Iκβ protein. The mechanism of andrographolide as an anti-colon cancer by induced Iκβ activation which can suppress the overexpression of NF-κB so as to increase apoptosis. Keyword: andrographolide, sambiloto, colon cancer, apoptosis, molecular docking xvi

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kanker kolon merupakan penyakit yang timbul akibat pertumbuhan sel-sel baru secara abnormal sehingga terjadi perubahan epitel kolon dan dapat menyerang jaringan di sekitarnya (WHO, 2009). Berdasarkan data World Cancer Research Fund (2015) melaporkan bahwa terdapat kasus kanker kolon yang merepresentasikan 9,1% dari seluruh kasus kanker di dunia pada tahun Angka kematian yang disebabkan oleh kanker kolon dilaporkan kasus per tahunnya serta diprediksi angka kematian yang disebabkan oleh kanker kolon pada tahun 2015 sejumlah kasus. Di Indonesia, kanker kolon menempati urutan ketiga kasus kanker yang sering muncul ( per tahun; 15,9%) dan kanker penyebab kematian urutan ketiga ( per tahun; 10,8%) dengan mortalitas 9,5% dari seluruh kasus kanker (GLOBOCAN, 2012). Menurut Jakarta Cancer Registry, kanker kolon menempati urutan keempat untuk kanker yang menyerang wanita (3,15 per ) dan menempati urutan kedua (4,13 per ) untuk kanker yang menyerang laki-laki (Wahidin et al., 2012). Kanker kolon dapat terjadi akibat meningkatnya aktivasi nuclear factorκappa Beta (NF-κB) yang mengakibatkan peningkatan ekspresi siklooksigenase (COX)-2 (Poligon dan Baldwin, 2001). Ekspresi COX-2 menginduksi pembentukan prostaglandin (PGE 2 ) dari metabolisme asam arakhidonat. Akumulasi ekspresi COX-2 dan PGE2 berpengaruh pada meningkatnya adesi, 1

16 2 menghambat apoptosis, invasi, dan menginduksi angiogenesis (Ghosh et al., 2010). Aktivasi jalur NF-κB berperan penting pada proses inflamasi melalui regulasi gen yang mengkode sitokin. Adanya mutasi akibat faktor lingkungan dan patogen mengakibatkan aktifnya inhibitor kappab kinase (IKK) sehingga Ikß terfosforilasi dan NF-κB aktif mendukung proses transkripsi dan meningkatkan regulasi dari protein antiapoptosis, seperti Bcl-2 (B cell lymphoma-2) dan Mcl-1 (Myeloid cell leukemia-1). Kemudian, mutasi mengakibatkan aktifnya K-Ras dalam jangka waktu yang lama sehingga tranduksi sinyal ekstraseluler terganggu yang menimbulkan pertumbuhan dan penyebaran tumor tanpa terkendali (Tedgui, 2006). Selain itu, adanya mutasi menyebabkan kerusakan DNA yang berdampak pada turunnya aktivasi p53. Aktifnya NF-κB mengakibatkan meningkatnya regulasi dari murine double minute-2 (MDM2) yang juga menghambat p53 sehingga menurunkan aktivitas apoptosis (Li et al., 2015). Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness) merupakan salah satu tanaman obat yang menjadi prioritas utama untuk dikembangkan di Indonesia karena memiliki aktivitas farmakologi sebagai antikanker (Royani dkk., 2014). Hidalgo et al. (2005), melaporkan bahwa terapi menggunakan andrografolid sebagai antikanker dapat meningkatkan tumor necrosis factor α yang menginduksi apoptosis. Dosis andrografolid 50 µm dapat menurunkan aktivitas fosforilasi IKKß, IKKα, dan NF-κB p65. Dosis 10 µm dapat menurunkan aktivitas lipopolysaccharide (LPS) dengan toll-like receptor 4 (TLR4) in vitro selama 12 jam (p<0,05) sehingga dapat menurunkan jumlah protein antiapoptosis (Bcl-2, ciaps, dan CXCR4). Menurut Zhou et al. (2008), andrografolid sensitif terhadap sel

17 3 kanker dengan menginduksi tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) yang meningkatkan regulasi dari death receptor 4 (DR4) sehingga meningkatkan induksi apoptosis. Namun belum diketahui secara pasti bagaimana mekanisme molekuler andrografolid sebagai antikanker kolon melalui induksi Iκβ untuk menekan ekspresi NF-κB dalam apoptosis. Desain obat baru umumnya membutuhkan waktu yang sangat lama dan biaya yang sangat besar serta kemungkinan hasil yang tidak sesuai cukup tinggi. Oleh karena itu, diperlukan penelitian awal untuk mengetahui mekanisme molekuler andrografolid terkait dengan aktivitas antikanker, yaitu menggunakan metode kimia komputasi. Teknik kimia komputasi mendukung dilakukannya uji secara in silico (pemodelan komputer) yang mempercepat proses pemilihan senyawa yang akan diisolasi atau disintesis melalui identifikasi dan optimasi senyawa-senyawa penuntun di dalam proses penemuan obat. Keuntungan dari kimia komputasi adalah aman, bebas dari limbah bahan kimia, mudah, hemat biaya dan dapat mempersingkat waktu penelitian. Desain obat pada kimia komputasi umumnya menggunakan structure-based drug design (SBDD) dengan docking ligan uji terhadap protein yang menjadi target, kemudian dilakukan penerapan fungsi penilaian (scoring function) sehingga dapat memperkirakan afinitas ikatan hasil ligan uji tersebut (Ferreira et al., 2015). Berdasarkan penjabaran latar belakang tersebut, maka penting untuk dilakukan molecular docking andrografolid dari sambiloto terhadap protein memicu kanker kolon untuk mengetahui mekanisme dan afinitas ligan dengan protein Iκβ secara in silico menggunakan program Chimera untuk preparasi

18 4 protein yang digunakan terlebih dahulu, program Hyperchem 8 untuk optimasi senyawa andrografolid dan program Autodock 4.2 untuk docking andrografolid degan protein. 1.2 Rumusan Masalah Bagaimana mekanisme dan afinitas andrografolid terhadap protein Iκβ sebagai antikanker kolon? 1.3 Tujuan Penelitian Mengetahui mekanisme dan afinitas andrografolid terhadap protein Iκβ sebagai antikanker kolon 1.4 Manfaat Penelitian Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat digunakan dalam membantu perkembangan penelitian di dalam proses penemuan obat antikanker kolon khususnya mengenai mekanisme andrografolid dalam menginduksi apoptosis.