HASIL DAN PEMBAHASAN Identifikasi Protein-Protein Signifikan Yang Berasosiasi Dengan Diabetes Mellitus (Dm) Tipe 2 Menggunakan Analisis Topologi Jejaring Protein-Protein Interaction
Tabel 1. Kandidat protein-protein signifikan yang berasosiasi dengan DM tipe 2
No Gene
Protein GeneLocus name
15 EPO
Erythropoietin 16
FOXC2 Forkhead box C2
17 FOXP3
Forkhead box P3 scurfin 18
GCGR Glucagon receptor
19 GCK
Glucokinase hexokinase-4 20
GLIS3 GLIS family zinc finger protein 3
21 GPD2
Glycerol-3-phosphate dehydrogenase 2 mitochondrial 22
HFE Hemochromatosis gene
23 HMGA1
High-mobility group AT-hook 1 24
HNF1A HNF1 homeobox B
25 HNF1B
HNF1 homeobox B transcription factor 2 26
HNF4A Hepatocyte nuclear factor 4, alpha transcription factor-14
27 IAPP
Islet amyloid polypeptide diabetes-associated peptide; amylin 28
IDDM1 Insulin-dependent diabetes mellitus-1
29 IDDM11
Insulin-dependent diabetes mellitus-11 30
IDDM13 Insulin-dependent diabetes mellitus-13
31 IDDM15
Insulin-dependent diabetes mellitus-15 32
IDDM17 Insulin-dependent diabetes mellitus-17
33 IDDM18
Insulin-dependent diabetes mellitus-18 34
IDDM19 Diabetes mellitus, insulin-dependent, 19
35 IDDM21
Diabetes mellitus, insulin-dependent, 21 36
IDDM23 Diabetes mellitus, insulin-dependent, 23
37 IDDM24
Diabetes mellitus, insulin-dependent, 24 38
IDDM3 Insulin-dependent diabetes mellitus-3
39 IDDM4
Insulin-dependent diabetes mellitus-4 40
IDDM6 Insulin-dependent diabetes mellitus-6
41 IDDM7
Insulin-dependent diabetes mellitus-7 42
IDDM8 Insulin-dependent diabetes mellitus-8
43 IDDMX
Diabetes mellitus, insulin-dependent, X-linked, susceptibility to 44
IER3IP1 Immediate-early response 3-interacting protein 1
45 IGF2BP2
Insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2 46
IL1RN Interleukin-1 receptor antagonist
47 IL2RA
Interleukin-2 receptor 48
IL6 Interleukin-6 interferon, beta-2
49 INS
Insulin 50
INSR Insulin receptor
51 IRS1
Insulin receptor substrate-1 52
IRS2 Insulin receptor substrate 2
53 ITPR3
Inositol 1,4,5-triphosphate receptor, type 3 54
KCNJ11 Potassium inwardly-rectifying channel, subfamily J, member 11
55 KLF11
Kruppel-like factor 11 56
LIPC Lipase, hepatic
57 MAPK8IP1 Mitogen-activated protein kinase 8-interacting protein 1
58 MTNR1B
Melatonin receptor 1B 59
NEUROD1 Neurogenic differentiation 1 60
NIDDM2 Diabetes mellitus, noninsulin-dependent, 2
61 NIDDM3
Noninsulin-dependent diabetes mellitus 3 62
NIDDM4 Diabetes mellitus, noninsulin-dependent, 4
63 OAS1
2,5-oligoadenylate synthetase-1 64
PAX4 Paired box homeotic gene-4
65 PBCA
Pancreatic beta cell, agenesis of 66
PDX1 Insulin promoter factor 1, homeodomain transcription factor
67 PLAGL1
Pleomorphic adenoma gene-like 1 ZAC tumor suppressor
15 Tabel 1. Kandidat protein-protein signifikan yang berasosiasi dengan DM tipe 2
No Gene
Protein GeneLocus name
68 PON1
Paraoxonase-1 69
PPARG Peroxisome proliferator activated receptor, gamma
70 PTPN22
Protein tyrosine phosphatase, nonreceptor-type 22 71
RETN Resistin
72 RRAD
Ras-related associated with diabetes 73
SLC2A2 Solute carrier family 2 facilitated glucose transporter, member 2
74 SLC30A8
Solute carrier family 30 zinc transporter, member 8 75
SOD2 Superoxide dismutase-2, mitochondrial
76 SPINK3
Serine protease inhibitor, Kazal type I 77
SUMO4 Small ubiquitin-like modifier 4
78 TBC1D4
TPC1 domain family, member 4 79
TCF7L2 Transcription factor 7-like 2
80 UCP3
Uncoupling protein-3 81
VEGFA Vascular endothelial growth factor
82 WFS1
Wolframin 83
ZFP57 Zinc finger protein 57, mouse, homolog of
Protein-protein yang tidak memiliki data PPI pada
basis data
STRING
Selanjutnya 83 kandidat protein-protein signifikan tersebut digunakan sebagai data input pada basis data STRING dan hasilnya 63 kandidat protein
signifikan memiliki 2053 data PPI dan 20 lainnya tidak memiliki data PPI. Karena terdapat 20 kandidat protein signifikan yang tidak memiliki data PPI, maka 20
protein tersebut tidak di ikut sertakan dalam konstruksi jaringan PPI. Dari seluruh data PPI yang diperoleh, terdapat 481 protein yang terlibat, 63 protein di antaranya
adalah kandidat protein signifikan.
Gambar 11. Data PPI dari HNF1A yang dikembalikan oleh
basis data
STRING
Konstruksi jejaring PPI dari 2053 data PPI menghasilkan satu jejaring besar dan lima jejaring kecil yang berasal dari 5 kandidat protein signifikan. Kelima
kandidat protein signifikan tersebut adalah OAS1 oligoadenylate synthetase-1, ZFP57 zinc finger protein 57, IL1RN interleukin-1 receptor antagonist, GPD2
glycerol-3-phosphate dehydrogenase
2 mitochondrial
dan HFE
hemochromatosis gene. Karena kelima jejaring kecil yang tidak terhubung secara langsung ke jejaring besar, mereka mereka tidak diikut sertakan dalam proses
analisis topologi jejaring PPI. Adapun komponen jejaring besar memiliki 426 node 58 node diantaranya adalah kandidat protein signifikan dengan 1857 interaksi
antara mereka. Untuk menggambarkan bagian-bagian dari protein tersebut pada jejaring, maka node protein dibedakan dengan warna dan hanya node kandidat
protein signifikan saja yang diberi label Gambar 12.
Jejaring besar yang tampak pada Gambar 12 merupakan jejaring dengan keterhubungan yang kompleks antar kandidat protein-protein signifikan dengan
protein selain kandidat protein signifikan. Untuk itu dilakukan penyederhanaan jejaring dengan menkonstrusi subnetwork dari jejaring tersebut. Konstruksi
subnetwork
dimulai dengan menelusuri seluruh lintasan terpendek dari semua pasangan antar kandidat protein signifikan pada jejaring besar, kemudian memilih
lintasan terpendek yang melalui node-node dengan nilai degree terbesar Ran et al. 2013 untuk tiap pasang kandidat protein signifikan.
Pemilihan lintasan terpendek yang melalui node-node dengan nilai degree terbesar bertujuan untuk menghindari node palsu dari interaksi palsu Lima-
Mandez Van Helden 2009. Dari hasil penelusuran terpilih 1596 lintasan terpendek dari 7169 lintasan terpendek yang terbentuk. 1596 lintasan terpendek
Gambar 12. Jejaring PPI. Jejaring ini tersusun atas 63 kandidat protein signifikan node yang mempunyai nama di mana 58 kandidat protein signifikan menyusun satu jejaring
besar dan 5 kandidat protein signifikan masing-masing membentuk satu jejaring kecil. Node
yang berwarna hijau adalah kandidat protein signifikan, node yang berwarna biru adalah protein selain kandidat protein signifikan yang berada dalam jejaring besar dan node
yang berwarna orange adalah protein selain kandidat protein signifikan yang menyusun jejaring kecil
17
yang terpilih kemudian diubah menjadi data interaksi antar protein dan selanjutnya subnetwork
dikonstruksi dari semua data interaksi antar protein. Subnetwork yang terbentuk Gambar 13 terdiri atas 91 node dengan 259 PPI. Node dengan nilai BC
dan degree besar yang digambarkan dengan node berwarna biru berjumlah 16 protein, 5 protein node berwarna hijau muda dengan nilai BC besar saja, 29
protein node berwarna orange dengan nilai degree besar saja dan 57 selainya node berukuran paling kecil.
Mentukan Protein Kunci pada Subnetwork dari Jejaring PPI
Nilai BC untuk setiap node pada jejaring digunakan sebagai dasar dalam menentukan node protein kunci pada jejaring. Node kunci yang kemudian disebut
protein signifikan dipilih dari nilai BC tinggi dengan jumlah node yang ditetapkan 5 dari total node dalam jejaring PPI Goni et al. 2008; Kim et al. 2009. Dari hasil
analisis topologi pada subnetwork diperoleh 21 protein sebagai node dengan BC dan 9 protein di antaranya adalah kandidat protein signifikan Tabel 2.
Semua protein dengan nilai BC tinggi pada Tabel 1 merupakan protein signifikan yang diduga mempunyai konstribusi dalam menyediakan nutrisi yang
diperlukan untuk menghasikan insulin, terutama protein-protein yang berinteraksi langsung dengan insulin. Dari 21 protein tersebut berikutnya akan dikonstruksi
jejaring penyangga Ran J. et.al. 2013. Jejaring ini dikonstruksi untuk melihat
Gambar 13. Subnetwork terbentuk dari semua lintasan terpendek pasangan antar kandidat protein signifikan
interaksi antar protein-protein signifikan dalam jejaring PPI baik secara lansung maupun tidak langsung.
Tabel 2. Protein-protein dengan nilai BC tinggi pada subnetwork
Simbol Protein
Nilai BC NilaiCC
Simbol Protein
Nilai BC Nilai CC
INS 0,255551
0,486486 PRKACA
0,04657 0,309278
AKT1 0,234001
0,452261 FOXO1
0,043799 0,382979
UBC 0,141515
0,401786 EP300
0,043525 0,378151
TCF7L2 0,091839
0,430622 SOD3
0,042913 0,333333
INSR 0,082576
0,428571 WFS1
0,033569 0,351563
KCNJ11 0,072136
0,403587 MTNR1B
0,032198 0,327273
GCG 0,069506
0,405405 CTLA4
0,031935 0,334572
PPARG 0,06617
0,410959 PPARA
0,031583 0,362903
STAT3 0,065138
0,348837 SOCS3
0,030828 0,378151
PTH 0,05519
0,3125 IAPP
0,030167 0,375
APOE 0,054121
0,342205 : Kandidat protein
Hal yang menarik pada Tabel 2 ini adalah menunjukkan bawa dari 63 kandidat protein, hanya 9 kandidat protein yang termasuk dari total 21 protein kunci
dengan nilai BC tinggi dan 12 protein selebihnya merupakan seed protein yang diperoleh dari interaksi antar protein PPI. Adapun protein dengan nilai degree
besar diperoleh 29 protein dan 19 protein di antaranya adalah kandidat protein signifikan Tabel 3.
Tabel 3. Protein-protein dengan nilai degree besar pada subnetwork
Simbol Protein
Nilai Degree
Nilai CC Simbol
Protein Nilai
Degree Nilai CC
INS 26
0,486486 GCK
10 0,378151
AKT1 17
0,452261 CREBBP
9 0,368852
INSR 15
0,428571 IAPP
8 0,375
PDX1 14
0,394737 WFS1
8 0,351563
TCF7L2 13
0,430622 MTNR1B
8 0,327273
HNF1A 12
0,38961 CDKAL1
7 0,348837
UBC 12
0,401786 ALB
7 0,328467
HNF4A 12
0,387931 IGF2BP2
7 0,348837
GCG 12
0,405405 FOXP3
7 0,346154
SLC2A2 11
0,381356 IL6
7 0,357143
PPARG 11
0,410959 APOE
7 0,342205
KCNJ11 11
0,403587 IRS1
7 0,387931
NEUROD1 11
0,375 SOCS3
7 0,378151
STAT3 10
0,348837 EP300
7 0,378151
FOXO1 10
0,382979 : Kandidat protein
Hasil pada Tabel 2 dan Tabel 3 menunjukkan bahwa INS insulin merupakan node yang berada pada pusat jejaring karena INS memiliki nilai
CC terbesar Wasserman S and Faust K. 1994 sekaligus memiliki nilai BC
19
tertinggi. Oleh karena memiliki nilai BC tertinggi, INS merupakan node terpenting dari 21 protein kunci dengan nilai BC tinggi. Dari kedua tabel tersebut terlihat
16 protein sebagai node dengan BC tinggi dan degree besar Tabel 4
dan 5 protein hanya dengan BC tinggi Tabel 5. Untuk membedakan peran node-node pada
tabel-tabel diatas, node-node tersebut digambarkan dengan warna dan ukuran yang berbeda Gambar 13.
Tabel 4. Protein-protein dengan nilai BC tinggi dan degree besar
Simbol Protein
Deskripsi
INS Insulin; Insulin decreases blood glucose concentration.
AKT1 v-Akt murine thymoma viral oncogene homolog 1; Regulate many processes
including metabolism, proliferation, cell survival, growth and angiogenesis. UBC
Ubiquitin C TCF7L2
Transcription factor 7-like 2 T-cell specific, HMG-box INSR
Insulin receptor; Receptor tyrosine kinase which mediates the pleiotropic actions of insulin.
KCNJ11 Potassium inwardly-rectifying channel, subfamily J, member 11; This receptor is controlled by G proteins
GCG Glucagon; Glicentin may modulate gastric acid secretion and the gastro-pyloro-
duodenal activity. PPARG
Peroxisome proliferator-activated receptor gamma STAT3
Signal transducer and activator of transcription 3; Signal transducer and transcription activator that mediates cellular responses to interleukins, KITLGSCF
and other growth factors. APOE
Apolipoprotein E; Mediates the binding, internalization, and catabolism of lipoprotein particles.
FOXO1 Forkhead box O1; Transcription factor that is the main target of insulin signaling
and regulates metabolic homeostasis in response to oxidative stress. EP300
E1A binding protein p300; Functions as histone acetyltransferase and regulates transcription via chromatin remodeling.
WFS1 Wolfram syndrome 1 wolframin; Participates in the regulation of cellular Ca2+
homeostasis, at least partly, by modulating the filling state of the endoplasmic reticulum Ca2+ store
MTNR1B Melatonin receptor 1B; High affinity receptor for melatonin. The activity of this receptor is mediated by pertussis toxin sensitive G proteins that inhibit adenylate
cyclase activity. SOCS3
Suppressor of cytokine signaling 3; SOCS3 is involved in negative regulation of cytokines that signal through the JAKSTAT pathway
IAPP Islet amyloid polypeptide; Selectively inhibits insulin-stimulated glucose
utilization and glycogen deposition in muscle, while not affecting adipocyte glucose metabolism
Tabel 5. Protein-protein dengan nilai BC tinggi tanpa nilai degree besar
Simbol Protein
Deskripsi
PTH Parathyroid hormone; PTH elevates calcium level by dissolving the salts in bone
and preventing their renal excretion. Stimulates [1-14C]-2- deoxy-D-glucose 2DG transport and glycogen synthesis in osteoblastic cells.
PRKACA Protein kinase, cAMP-dependent, catalytic, alpha; Regulates the abundance of compartmentalized pools of its regulatory subunits through phosphorylation of
PJA2 which binds and ubiquitinates these subunits, leading to their subsequent proteolysis.
SOD3 Superoxide dismutase 3; Protect the extracellular space from toxic effect of reactive
oxygen intermediates by converting superoxide radicals into hydrogen peroxide and oxygen
CTLA4 Cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4.
PPARA Peroxisome proliferator-activated receptor alpha; Ligand-activated transcription
factor.
Jejaring Penyangga dari Semua Protein BC Tinggi
Jejaring penyangga dikonstruksi dari semua node BC tinggi hasil ekstraksi pada subnetwork.
Nilai BC pada awalnya diperkenalkan untuk mengukur sentralitas node dalam jejaring. Node tersebut berfungsi sebagai pengontrol komunikasi antar node dalam jejaring.
Jejaring penyangga dikonstruksi untuk mengetahui bagaimana interaksi semua node BC tinggi pada subnetwork. Hasil konstruksi jejaring penyangga ini diperoleh 21 node dengan
38 interaksi di antara mereka.
Pada jejaring ini, INS memiliki nilai BC tertinggi dan merupakan node yang berada pada pusat jejaring dengan nilai CC terbesar Tabel 6. Adapun tetangga langsung INS ada
8 node protein yaitu AKT1, TCF7L2, KCNJ11, PPARG, GCG, INSR, IAPP dan SOCS3 Gambar 14.
Tabel 6. Protein-protein dengan nilai BC tinggi pada jejaring penyangga
Simbol Protein
Nilai BC NilaiCC
Simbol Protein
Nilai BC Nilai CC
INS 0,321111
0,625 PPARA 0,03114 0,408163
AKT1 0,24348 0,512821 WFS1
0,018567 0,444444 TCF7L2
0,200292 0,571429 APOE 0,016257 0,384615
KCNJ11 0,134211
0,5 FOXO1 0,009649
0,37037 UBC
0,109678 0,487805 STAT3 0,006579 0,350877
PPARG 0,095205 0,512821 PTH
0,004386 0,350877 GCG
0,077953 0,47619 CTLA4
0 0,344828 INSR
0,077544 0,5 MTNR1B
0 0,392157 IAPP
0,052632 0,434783 PRKACA 0 0,338983
SOCS3 0,051754 0,434783 SOD3
0 0,344828 EP300
0,044298 0,416667
21
Node INS merupakan node yang sangat terhubung pada jejaring karena INS
memiliki nilai BC tertinggi dan nilai degree terbesar Han et al. 2004 baik pada jejaring besar, subnetwork, maupun jejaring penyangga. Artinya node INS merupakan protein yang
mengatur lalu lintas semua interaksi antar node dan mengikat node protein-protein lain yang berinteraksi langsung dengannya Han et al. 2004.
Evaluasi Kekokohan Jejaring Penyangga
Dari tiga parameter BC, C, Degree evaluasi jejaring yang dihititung, diperoleh 4 protein dengan nilai BC tertinggi INS, AKT1, TCF7L2, KCNJ11, 3 protein denga nilai
CC terbesar INS, TCF7L2, KCNJ11 dan 1 protein dengan nilai degree terbesar INS pada jejaring uji Tabel 7. Berdasarkan data pengujian tabel 7 INS menjadi pusat jejaring
CC terbesar sebanyak 228 kali dari 265 pengujian, INS menjadi pengontrol lalu lintas seluruh interaksi antar protein BC terbesar sebanyak 208 kali dari 265 pengujian dan INS
menjadi protein yang memiliki jumlah interaksi langsung terbanyak dengan protein lain dalam jejaring degree terbesar sebanyak 265 kali dari 265 pengujian.
Adapun nilai akurasi jejaring uji dengan jejaring penyangga cukup besar yaitu 0,84965204 Tabel 7. Nilai akurasi di sini menunjukkan tingkat konsistensi kemunculan
protein-protein signifikan terhadap n buah jejaring uji yang dibentuk. Gambar 14. Jejaring penyangga dikonstruksi dari 21 protein BC tinggi yang
diekstraksi dari subnetwork jejaring PPI, dan ukuran node merepresentasikan nilai BC
Tabel 7. Frekuensi kemunculan protein-protein dengan nilai BC tertinggi, nilai CC dan degree
terbesar pada 265 jejaring uji
Jumlah Protein
yang Dihilangkan
Frekuensi Nilai BC, CC dan Degree Tertinggi Terbesar pada Jejaring Tes Akurasi
Jejaring Penyangga
Jumlah Jejaring
Uji BC
CC Degree
INS AKT1
TCF7L2 KCNJ11
INS TCF7L2
KCNJ11 INS
1 40
16 2
53 5
58 0,926929392
58 2
50 5
2 52
5 57
0,904761905 57
3 25
5 28
2 30
0,880952381 30
4 23
2 5
26 4
30 0,849206349
30 5
24 2
4 22
8 30
0,836507937 30
6 22
5 3
22 8
30 0,780952381
30 7
24 1
4 1
25 4
1 30
0,768253968 30
Total 208
36 20
1 228
36 1
265 0,84965204
265
23