Metabolomik Komponen Bioaktif Tanaman Torbangun Menghambat Viabilitas Dan Mendorong Apoptosis Sel Kanker Payudara Mcf 7
12
normal selama perkembangan dan pertumbuhan sel dan merupakan suatu mekanisme homeostasis untuk mempertahankan kestabilan populasi sel dalam
suatu jaringan. Selain itu apoptosis merupakan suatu mekanisme pertahanan seperti saat terjadi reaksi imun atau saat sel mengalami kerusakan oleh penyakit
atau substansi beracun Elmore 2007.
Secara morfologi sel yang mengalami apoptosis memiliki karakteristik khusus yang dapat dibedakan dengan jenis kematian sel yang lain seperti nekrosis.
Pada tahap awal apoptosis sel mengalami pengkerutan dan pyknosis yang dapat diamati melalui mikroskop cahaya. Sel mengkerut dengan ukuran yang mengecil,
sitoplasma semakin pekat serta organel-organel semakin padat terbungkus di dalam sel. Pyknosis adalah hasil dari kondensasi kromatin dan ini merupakan ciri
utama apoptosis. Kemudian terjadi blebbing pada membran plasma yang diikuti dengan karyorrhexis dan pemisahan bagian-bagian sel membentuk apoptotic
bodies. Apoptotic bodies terdiri atas sitoplasma dengan organel yang padat terbungkus dengan atau tanpa pecahan inti sel. Integritas organel masih dapat
dipertahankan karena masih berada di dalam membran plasma yang masih utuh. Apoptotic bodies ini kemudian difagositasi oleh makrofag, sel-sel parenkim atau
sel-sel neoplastik dan kemudian didegradasi selama proses fagolisosom Elmore 2007.
Mekanisme apoptosis sangat rumit dan kompleks yang melibatkan tahapan molekuler reaksi berantai yang bergantung pada energi. Hingga saat ini terdapat
dua jalur utama apoptosis yakni ekstrinsik dan intrinsik . Terdapat satu jalur tambahan yakni yang melibatkan sitotoksisitas yang dimediasi oleh selT dan
kematian sel yang bergantung pada perforin-granzyme. Ketiga jalur tersebut bertemu pada satu titik yakni tahap eksekusi yang diawali dengan pembelahan
oleh caspase-3 mengakibatkan fragmentasi DNA, degradasi protein penyusun sel dan inti sel, protein crosslinking, pembentukan apoptotic bodies, ekspresi ligan
untuk reseptor sel-sel fagosit dan akhirnya proses fagositosis.
Gambar 2.2 Mekanisme Apoptosis melalui berbagai Jalur Elmore 2007
13
Meskipun melalui jalur yang berbeda namun molekul pada satu jalur dapat mempengaruhi molekul-molekul pada jalur yang lain Elmore 2007. Pada jalur
intrinsik, apoptosis diinduksi oleh rangsangan tanpa mediasi reseptor yang kemudian menghasilkan signal dan secara langsung bereaksi pada target di dalam
sel yakni diawali di mitokondria. Sesaat setelah terstimulasi, permeabilitas membran mitokondria akan mengalami perubahan dan mengakibatkan terlepasnya
protein-protein pro-apoptosis seperti sitokrom c ke sitosol. Regulasi dari reaksi- reaksi tersebut diatur oleh anggota dari jenis protein Bcl-2 Simstein et al. 2003.
Molekul p53 merupakan protein penekan tumor yang pada kondisi normal levelnya rendah. p53 akan teraktivasi apabila sel terpapar oleh stimulus seperti
agen yang dapat merusak DNA, hypoxia, kurangnya nukleotida atau aktivasi sel tumor. Molekul p53 merupakan upstream baik pada jalur regulator siklus sel
maupun jalur apoptosis intrinsik yang dimediasi oleh kelompok protein Bcl-2 El Deiry 1998; Elmore 2007 dan Verma et al. 2009. Protein p21 dikenal karena
fungsi penghambatan pertumbuhan dengan menginduksi siklus sel melalui interaksi dengan dua domain yang berbeda. Pertama melalui interaksi dengan
cyclin-dependent kinase CDK yang mengakibatkan terhambatnya pertumbuhan yakni tertahan pada salah satu fase siklus sel. Kedua melalui interaksi dengan
molekul proliferating cell nuclear antigen PCNA yang mengakibatkan penghambatan sintesis DNA Abbas dan Dutta 2009.
Baik jalur intrinsik maupun ekstrinsik keduanya bertemu pada satu titik yakni tahap eksekusi yang dianggap sebagai bagian akhir dari jalur apoptosis.
Tahap ini melibatkan aktivasi caspase yang pada gilirannya mengaktivasi endonuklease sitoplasma dan protease yang akan mendegradasi materi-materi
nukleus dan protein-protein penyusun sel. Begitu caspase teraktivasi sangat kecil kemungkinan untuk menghentikan terjadinya proses menuju kematian sel. Sampai
saat ini ada 10 caspase utama yang telah teridentifikasi dan dikelompokkan menjadi inisiator caspase caspase-2,-8,-9,-10, efektor atau eksekutor caspase-3,-
6,-7 dan caspase inflamasi caspase-1,-4,-5 Elmore 2007.
Sebuah studi untuk melihat pengaruh suatu komponen bioaktif berupa turunan
anthraquinone 1,3-dehydroxy-9,10-anthraquinone-2-carboxilic
acid DHAQC terhadap sel kanker MCF-7 dilakukan oleh Yeap et al. 2015. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa komponen DHAQC menginduksi terjadinya apoptosis dan menahan siklus sel pada fase G2M melalui aktivasi protein p53
sebagaimana terlihat pada Gambar 2.2. Selanjutnya protein p53 yang teraktivasi mengaktivasi molekul pada dua jalur yakni jalur mitokondria yang diawali dengan
peningkatan rasio BaxBcl-2 kemudian mengakibatkan pelepasan cytochrome c dan aktivasi caspase 9 yang berujung pada apoptosis. Sementara jalur kedua
diawali dengan aktivasi molekul p21 yang kemudian menghambat FOXM1 yang mengatur proses mitosis dan ekspresi cluster target gen G2M yang kemudian
berujung pada penghambatan siklus sel. Ditambahkan oleh Tor et al. 2015 bahwa ekstrak etil asetat Dillenia suffruticosa mengakibatkan terjadinya
penghambatan siklus sel yang selanjutnya menstimulasi apoptosis melalui caspase independent pathway.
14
Gambar 2.3 Mekanisme induksi cell cycle arrest dan apoptosis oleh suatu komponen anthraquinone DHAQC Yeap et al. 2015
Apoptosis dapat dideteksi menggunakan beberapa metode antara lain: pengamatan morfologi sel, pengamatan fragmentasi DNA, deteksi caspase berikut
substrat, regulator dan inhibitornya, pengamatan pada membran sel, deteksi apoptosis secara utuh pada jaringan atau embryo, serta pengamatan mitokondria
Elmore 2007.
Perubahan pada morfologi sel baik di bagian sitoplasma maupun inti sel yang mengalami apoptosis secara umum memiliki kesamaan di antara jenis sel
dan spesies. Diperlukan waktu beberapa jam sejak awal proses kematian sel hingga akhir proses yakni saat terjadinya fragmentasi. Akan tetapi rentang waktu
ini bergantung pada tipe sel, stimulasi dan jalur apoptosis. Penanda morfologis dari apoptosis di bagian inti sel adalah kondensasi kromatin dan fragmentasi inti
sel yang diikuti dengan perubahan bentuk yang cenderung membulat, penurunan volume sel pyknosis dan penarikan pseudopod sel. Kondensasi kromatin dimulai
pada bagian di sekitar membran inti sel, membentuk bulan sabit atau struktur seperti lingkaran. Kromatin kemudian mengalami kondensasi hingga terbelah di
dalam sel yang memiliki membran sel masih utuh, kondisi yang dinamakan karyorrhexis. Pada tahap lanjut, morfologi yang dapat diamati antara lain terjadi
membran blebbing, modifikasi organel dan kehilangan keutuhan membran sel. Biasanya sel fagosit menelan sel yang mengalami apoptosis ini sebelum terbentuk
apoptotic bodies pecahan utuh sel berukuran kecil. Hal ini kemungkinan yang menyebabkan penemuan apoptosis termasuk lambat dalam sejarah biologi 1972
karena apoptotic bodies terlihat secara in vitro dalam kondisi tertentu. Apabila sel yang mengalami apoptosis tidak ditelan oleh sel fagosit sebagaimana kasus pada
kondisi lingkungan kultur sel buatan, maka sel akan menjalani proses degradasi yang secara morfologis mirip dengan nekrosis Wong 2011.
15
3 METODOLOGI