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 AKTIVITAS ANTIKANKER PAYUDARA ANTOSIANIDIN (CYANIDIN DAN PEONIDIN) UBI UNGU (Ipomoea batatas) SECARA IN SILICO. Penyusunan skripsi ini tentu tidak terlepas dari adanya dukungan dan bantuan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M.Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. 2. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt., selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana. 3. Ni Putu Linda Laksmiani, S.Farm., M.Sc., Apt., selaku dosen pembimbing I yang telah membimbing dan memberikan saran-saran yang sangat bermanfaat serta tak hentinya memberikan semangat dan dukungan hingga akhir penyusunan skripsi ini. 4. Ni Made Widi Astuti, S.Farm., M.Si., Apt., selaku dosen pembimbing II yang juga telah membimbing, memberikan saran serta semangat demi kelancaran penyusunan skripsi ini. 5. Seluruh dosen pengajar beserta staf/pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah iii

2 membantu penulis, terutama para staf yang telah membantu dalam hal pengurusan surat dan kelengkapan administrasi lainnya. 6. Kedua orang tua penulis, I Ketut Tomy dan Luh Arsini yang tiada hentinya memberikan dukungan, doa, motivasi, dan semangat. 7. Saudara penulis Putu Wida Kawistari, Komang Tri Wahyu Widiantari, dan Ketut Marsita Nadiantari yang selalu mendukung dan memberikan semangat. 8. Tim Analisis 13 (Tim In Silico dan Tim Lab Ubi Ungu) yaitu Suchen, Sintia, Icik, Dewi, Wisesa, Uut, Dyah, dan Rio yang selalu memberikan semangat dan selalu ada baik suka maupun duka. 9. Teman-teman SSK Tiara, Dewi, Gung Santhi, Abi, Ririn, dan Shelia yang sudah menemani perjalanan saya selama kuliah di Farmasi Udayana. 10. I Nyoman Triadhi Wisesa yang selalu membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini. 11. Teman-teman mahasiswa Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana, khususnya Tredecim Paracelcius yang berjuang bersama penulis. 12. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Penulis sepenuhnya menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak demi karya yang lebih baik di masa yang akan datang. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Bukit-Jimbaran, Juni 2017 Penulis iv

3 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 v viii ix xi xii xiii xiv xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ubi Jalar Ungu Antosianidin Ubi Ungu Kanker Payudara v

4 2.4 Apoptosis pada Kanker Payudara Metode Molecular Docking BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian Lokasi dan Waktu Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Prosedur Penelitian Preparasi Protein Optimasi Cyanidin dan Peonidin 3D Validasi Metode Molecular Docking Docking Cyanidin dan Peonidin pada Protein BclxL Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi Struktur 3D Protein Bcl-xl Validasi Metode Molecular Docking Preparasi Struktur 3D Senyawa Cyanidin dan Peonidin Docking Senyawa Cyanidin dan Peonidin terhadap Protein Bcl-xl Analisis Data vi

5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

6 DAFTAR SINGKATAN Bcl-xL PI3K AKT FOXO PUMA APAF-1 BAX XIAP TRAIL :B-cell lymphoma-xl : Phosphatidylinositol 3-Kinase : Akmouse Thymoma : Forkhead Family of Transcription Factors : P53 Upregulated Modulator of Apoptosis : Apoptotic Protease Activating Factor-1 : Bcl-xL-Associated X Protein : X-linked Inhibitor of Apoptosis : Tumor necrosis factor-related Apoptosis-Inducing Ligand BH 3 : Bcl-xL Homology 3 RMSD DR FADD : Root Mean Square Deviation : Death Receptor : Fas-Associated protein with Death Domain viii

7 DAFTAR ISTILAH Afinitas : kecenderungan suatu unsur atau senyawa untuk membentuk ikatan kimia dengan unsur atau senyawa lain. Apoptosis : suatu bentuk kematian sel yang diprogram dalam urutan kejadian yang mengarah pada penghapusan sel tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya. Co-chemotherapy : kombinasi kemoterapi, dimana senyawa yang bersifat nontoksik atau lebih tidak toksik yang dikombinasikan dengan agen kemoterapi untuk meningkatkan efikasinya dengan menurunkan toksisitasnya terhadap jaringan yang normal. Docking : metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul. Fase G2/M : bagian integral dari siklus sel, sebelum terjadinya pembelahan sel (mitosis). Fenotip : suatu ciri yang dapat diamati dari suatu organisme yang diatur oleh genotif dan lingkungan. Fosforilasi : penambahan gugus fosfat pada suatu protein atau molekul organik lain. In silico Karsinogenik Konformasi Ligan : pemodelan virtual komputer. : zat-zat atau senyawa yang dapat menimbulkan kanker. : suatu penataan ruang tertentu dari atom-atom dalam molekul. : molekul pemberi sinyal yang melekat pada suatu reseptor yang dapat berupa suatu peptide atau molekul kecil. ix

8 Maligna : sifat penyakit dimana sekelompok sel tumbuh tidak terkendali, menginvasi, dan merusakan jaringan di sekitarnya, dan kadang-kadang terjadi metastasis. Metastasis : penyebaran kanker dari suatu organ tubuh ke organ tubuh lain seperti ke otak, tulang, paru-paru, atau hati. Molekul : sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil. Mutasi : perubahan yang terjadi pada bahan genetik (DNA maupun RNA), baik pada taraf urutan gen (disebut mutasi titik) maupun pada taraf kromosom. Permeabilitas : suatu sifat atau kemampuan dari suatu membran untuk dapat dilewati oleh suatu zat. Prevalensi : jumlah keseluruhan kasus dalam populasi yang menderita penyakit pada waktu tertentu. Proapoptosis Proliferasi : pemicu terjadinya apoptosis. : pertumbuhan atau perkembangan pesat untuk menghasilkan jaringan baru, bagian, sel, atau keturunan. x

9 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Ubi Ungu... 6 Gambar 2.2 Struktur Molekul Antosianidin Gambar 2.3 Struktur Kimia Cyanidin dan Peonidin Gambar 2.4 Mekanisme Inhibisi HER-2 pada Jalur Apoptosis Intrinsik dan Ekstrinsik Sel Kanker Payudara Gambar 4.1 Visualisasi Ikatan Antara Native Ligand dengan Protein Bcl-xl Gambar 4.2 Struktur Cyanidin 3D Setelah Dilakukan Kalkulasi Single Point dan Geometry Optimization Gambar 4.3 Struktur Peonidin 3D Setelah Dilakukan Kalkulasi Single Point dan Geometry Optimization xi

10 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kandungan Fitokimia Ubi Jalar Ungu... 7 Tabel 2.2 Jenis-jenis Antosianin. 8 Tabel 4.1 Hasil Molecular Docking antara Native Ligand dengan Protein Bcl-xl Tabel 4.2 Hasil Docking Senyawa Cyanidin dan Peonidin terhadap Protein Bcl-xl Tabel 4.3 Perbandingan Hasil Docking Senyawa Cyanidin dan Peonidin dengan Native Ligand terhadap Protein Bcl-xl xii

11 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Skema Umum Penelitian Lampiran 2. Visualisasi Preparasi Protein dengan Native Ligand Lampiran 3. Visualisasi Docking Senyawa Peonidin dan Cyanidin terhadap Protein Bcl-xl xiii

12 ABSTRAK Ekspresi berlebih dari protein Bcl-xl yang terlibat pada jalur apoptosis intrinsik menjadi salah satu penyebab terjadinya kanker payudara. Tanaman bahan alam yang dapat dimanfaatkan dalam pengembangan obat antikanker payudara yaitu ubi ungu (Ipomoea batatas) yang mengandung antosianidin mayor yaitu cyanidin dan peonidin yang telah diketahui memiliki aktivitas antikarsinogen. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui afinitas dan mekanisme cyanidin dan peonidin dengan protein target Bcl-xL sebagai antikanker payudara. Metode yang digunakan adalah molecular docking menggunakan software Hyperchem 8, Chimera , dan Autodock 4.2. Hasil yang diperoleh pada molecular docking yaitu ikatan hidrogen dan energi ikatan yang bernilai negatif antara cyanidin dan peonidin pada protein Bclxl. Energi ikatan yang didapat dibandingkan dengan energi ikatan native ligand pada protein Bcl-xl. Adapun nilai energi ikatan antara cyanidin dengan protein Bcl-xl yaitu kkal/mol. Sedangkan energi ikatan antara peonidin dengan protein Bcl-xl yaitu kkal/mol. Energi ikatan cyanidin dan peonidin terhadap protein target memiliki nilai yang lebih positif dibandingkan dengan native ligand, akan tetapi cyanidin dan peonidin memiliki energi ikatan negatif yang menunjukkan bahwa cyanidin dan peonidin masih dapat berikatan dan menghambat ekspresi berlebih protein Bcl-xl. Berdasarkan hasil yang diperoleh cyanidin dan peonidin memiliki aktivitas antikanker payudara secara in silico dengan menghambat ekspresi berlebih protein Bcl-xl yang terlibat pada jalur apoptosis ekstrinsik. Kata kunci: Cyanidin, Peonidin, Bcl-xl, Kanker Payudara, Molecular Docking. xiv

13 ABSTRACT Over-expression of Bcl-xl protein which involved in intrinsic apoptotic pathway can caused breast cancer. Natural product which can be used in development of anti-breast cancer drug was purple sweet potato (Ipomoea batatas) contain antocyanidin major cyanidin and peonidin which have been known as anticancer. The aim of this study was to determined the affinity and mechanism of cyanidin and peonidin with Bcl-xL protein as anti-breast cancer. The method in this study was molecular docking using Hyperchem 8, Chimera , and Autodock 4.2 software. The results in molecular docking were hydrogen bonds and negative binding energy of cyanidin and peonidin with Bcl-xl protein. Cyanidin and peonidin binding energy was compared with native ligand binding energy with Bcl-xl protein. The binding energy between cyanidin with Bcl-xl was kcal/mol. While the binding energy between peonidin with Bcl-xl protein was kcal/mol. Cyanidin and peonidin had more positive binding energies values than native ligand, but cyanidin dan peonidin had negative binding energy values which means cyanidin and peonidin could bind and inhibited over-expression of Bcl-xl protein. Based on the in silico results, cyanidin and peonidin had anti-breast cancer activity by inhibited over-expression of Bcl-xl protein in intrinsic apoptotic pathway. Keywords: Cyanidin, Peonidin, Bcl-xl, Breast Cancer, Molecular Docking xv

14 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kanker merupakan suatu penyakit yang bermula ketika sel abnormal diubah oleh mutasi genetik dari DNA seluler. Sel abnormal ini membentuk klon dan mulai berproliferasi secara abnormal, mengabaikan sinyal yang mengatur pertumbuhan dalam lingkungan sekitar sel tersebut (Smeltzer and Bare, 2002). Jenis kanker tertinggi pada perempuan di dunia adalah kanker payudara (38 per perempuan) (Globocan, 2012). Di Indonesia, prevalensi kanker adalah sebesar 1,4 per penduduk (Balitbang Kemenkes RI, 2013), serta merupakan penyebab kematian nomor 7 (5,7%) dari seluruh penyebab kematian (Balitbang Kemnekes RI, 2013). Estimasi terjadinya kanker payudara di Indonesia sebesar 40 per perempuan (Globocan, 2012). Tingginya prevalensi dari kanker payudara menunjukkan perlunya perhatian khusus untuk pengobatan kanker payudara khususnya di Indonesia. Kanker payudara merupakan tumor malignan yang muncul di dalam sel pada payudara. Tumor malignan adalah sekelompok sel-sel kanker yang tumbuh di seluruh jaringan atau menyebar (metastasis) di beberapa area pada tubuh (American Cancer Society, 2015). Salah satu penyebab terjadinya kanker payudara yaitu terjadinya ketidakseimbangan antara proses proliferasi sel dengan apoptosis di dalam tubuh. Apoptosis merupakan proses kematian sel yang memainkan peran penting dalam menghilangkan sel-sel yang terinfeksi, rusak, 1

15 2 serta sel-sel lainnya yang tidak diinginkan dari tubuh (Carpenter and Lo, 2013). Apoptosis diatur oleh beberapa protein target salah satunya yaitu Bcl-xl yang bersifat antiapoptosis. Bcl-xl terlibat dalam jalur apoptosis intrinsik yang dapat menghambat permeabilisasi membran mitokondria sehingga sitokrom C oksidase tidak dapat keluar dari mitokondria untuk mengaktifkan Caspase 8 dan caspase 9 yang akan mengaktivasi caspase 3 (caspase eksekutor) sehingga apoptosis sel akan terhambat. Berdasarkan pemaparan tersebut, diperlukan suatu agen antikanker payudara yang memiliki aktivitas molekuler dapat menekan ekspresi berlebih dari protein Bcl-xl. Beberapa usaha pengobatan kanker payudara telah dilakukan dengan berbagai cara seperti pembedahan, radiasi, pemberian obat antikanker atau kemoterapi. Namun usaha-usaha ini belum memperoleh hasil yang memuaskan, bahkan efek dari kegagalan pembedahan dapat menyebabkan kanker menyebar ke bagian tubuh lain dengan kondisi yang parah (Nafrialdi dan Gunawan, 2007). Pengobatan kemoterapi bahkan dapat mengganggu proses apoptosis sel dimana sel-sel yang sedang mengalami apoptosis justru mengeluarkan berbagai sitokin sebagai bentuk mekanisme pertahanan sehingga pengobatan kanker tidak dapat berjalan dengan baik (Korkaya et al., 2011). Dengan demikian diperlukan suatu pengembangan obat baru dari bahan alam untuk dikembangkan sebagai agen antikanker ataupun cochemotherapy untuk mencegah resistensi kemoterapi yang bersifat selektif terhadap sel kanker payudara. Ubi ungu (Ipomoea batatas L.) merupakan salah satu komoditas yang cukup melimpah di Indonesia (Koeswara, 2008). Salah satu kandungan fitokimia dalam

16 3 Ipomoea batatas adalah antosianin (Pochapski, 2011). Antosianin merupakan salah satu jenis flavonoid yang memberikan pigmen warna ungu pada umbi Ipomoea batatas dimana cyanidin dan peonidin merupakan antosianin yang paling banyak terkandung pada umbi Ipomoea batatas (Montilla et al., 2011). Aktivitas farmakologi dari antosianin yaitu aktivitas antikarsinogenik (Katsube et al., 2003), antioksidan (Jawi dkk., 2006), serta antiinflamasi (Panda and Sonkamble, 2012). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Chen et al. (2005), 2 jenis antosianin yaitu cyanidin 3-glukosida dan peonidin 3-glukosida dapat menghambat pertumbuhan sel kanker payudara pada fase G2/M, menginhibisi proliferasi sel, dan menginduksi apoptosis secara in vitro pada sel kanker payudara. Antosianin tersebut apabila masuk ke dalam tubuh akan terhidrolisis menjadi bentuk aglikonnya (antosianidin) yaitu cyanidin dan peonidin dimana cyanidin dan peonidin bersifat hidrofobik, sehingga potensi efek yang dihasilkan juga lebih besar (Speciale et al., 2014). Berdasarkan mekanisme terjadinya kanker payudara di dalam tubuh dan potensi serta bioavailabilitas dari cyanidin dan peonidin maka perlu dilakukan prediksi aktivitas melalui interaksi suatu protein tertentu dengan suatu ligan (cyanidin dan peonidin) dengan menggunakan metode molecular docking. Metode molecular docking secara in silico dapat digunakan untuk memprediksi interaksi antara suatu protein dengan ligan secara molekuler, sehingga aktivitas dari senyawa bioaktif dan aksi sinergisnya dengan obat lain dapat terlihat. Metode tersebut akan meningkatkan efektivitas dan efisiensi penelitian mengenai penemuan obat baru (Mukesh dan Rakesh, 2011). Keunggulan dari metode ini

17 4 yaitu dapat digunakan untuk memprediksi aktivitas dari suatu senyawa yakni sebagai uji pendahuluan sebelum dilakukan sintesis dengan aman, bebas bahan kimia, biaya yang efektif, serta waktu yang cepat melalui penapisan virtual atau komputasi. Dengan demikian, pada penelitian ini dilakukan molecular docking aktivitas antikanker payudara antosianidin (cyanidin dan peonidin) dari ubi ungu (Ipomoea batatas) secara in silico. Penelitian ini dilakukan sebagai uji pendahuluan pengembangan obat antikanker payudara dilihat dari aktivitas molekuler yang secara selektif dapat menekan ekspresi berlebih dari protein Bclxl Rumusan Masalah Bagaimana afinitas dan mekanisme cyanidin dan peonidin dengan protein target Bcl-xl sebagai antikanker payudara? 1.3. Tujuan Penelitian Untuk mengetahui afinitas dan mekanisme cyanidin dan peonidin dengan protein target Bcl-xl sebagai antikanker payudara Manfaat Penelitian Penelitian ini merupakan suatu uji pendahuluan yang diharapkan dapat memberikan manfaat untuk penelitian lanjutan pada proses penemuan obat kanker payudara, dikembangkan sebagai antikanker ataupun cochemotherapy untuk mencegah resistensi kemoterapi khususnya melalui mekanisme penghambatan

18 5 ekspresi berlebih dari protein Bcl-xL sebagai protein antiapoptosis oleh cyanidin dan peonidin ubi ungu.