Polimorfisme Gen Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) Pada Monyet Ekor Panjang (Macaca fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Polimorfisme Gen
Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet
Ekor Panjang (Macaca Fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera
adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, 30 November 2009
I Gusti Agung Arta Putra
NIM P067050011
ABSTRACT
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA. Polymorphism of Coding Gene of Obesity
Character (MC4R/Melanocortin 4 Receptor) in Cynomolgus Macaque Originated
from Bali, East Java and Sumatera. Under the direction of DONDIN SAJUTHI,
DEDY DURYADI SOLIHIN, and R.R. DYAH PERWITASARI
Melanocortin 4 receptor (MC4R) is one of G protein-coupled receptors that
plays an important role in regulation of energy homeostasis. MC4R mutations
constitute the most common cause of human obesity. Since cynomolgus
macaque is one of animal models, the study on adult male macaque was
conducted in order to investigate the polymorphism of MC4R gene, phenotype of
obesity and the association of MC4R mutation with obesity phenotype. Fifty six
adult male macaques from Bali (Ubud and Uluwatu), East Java (Alas Purwo and
Baluran), and Sumatera island (Palembang) were used in this research. The
animals had been anaesthetized using ketamine (10 mg/kg of body weight) and
xylazine (2 mg/kg of body weight) before phenotype data and blood samples
were collected. The phenotype parameters measured in this study were body
weight, crown rump length, body mass index; circumference of triceps, chest,
waist, and thigh; skin fold thickness of abdomen, thigh, back, triceps, and dorsal
neck. Blood samples were used as source of DNA. To determine MC4R
polymorphism, coding region of this gene was amplified and sequenced. The
results showed that there were 20 polymorphism sites identified and 13 of them
are non-synonymous. Among the non-synonymous mutations, five mutations
were only found in obese cynomolgus macaques; two mutations were found in
both obese and non-obese macaques; and six mutations were only found in nonobese macaques. In addition, there were significant difference (P30kg/m2). Persentase obesitas monyet
asal Baluran dan Alas Purwo masing-masing adalah 30% (3/10) dan 28,6%
(2/7). Di lain pihak, monyet asal Palembang tidak ada yang menunjukkan
obesitas. IMT yang tinggi disebabkan oleh bobot badan yang tinggi. Di Uluwatu,
ditemukan monyet dengan bobot badan 16 dan 17 kg. Monyet yang mengalami
obesitas (IMT>30kg/m2), sebagian besar disertai dengan lingkar pinggang yang
lebih besar dari 39 cm dan tebal lipatan kulit perut lebih besar daripada 5 mm.
Oleh karena itu,
lingkar pinggang dan tebal lipatan kulit perut perlu
dipertimbangkan dalam penentuan obesitas pada monyet ekor panjang
disamping IMT.
Hasil analisis urutan gen MC4R (48 urutan) menunjukkan adanya 20 situs
polimorfik yang terdiri dari tujuh situs bersifat sinonim dan 13 situs bersifat
nonsinonim. Situs polimorfik ditemukan paling banyak pada monyet asal Alas
Purwo sedangkan yang paling sedikit ditemukan pada monyet asal Uluwatu.
Dari 13 situs yang bersifat nonsinonim, lima situs ditemukan hanya pada monyet
yang mengalami obesitas. Kelima mutasi tersebut adalah Asn3His, Leu250Pro,
Leu300Arg, Leu 328Trp, dan Ser329Ala. Dua situs mutasi ditemukan baik pada
monyet gemuk maupun monyet tidak gemuk. dan enam situs mutasi ditemukan
hanya pada monyet tidak gemuk.
Kejadian substitusi nukleotida yang bersifat transversi lebih besar daripada
substitusi yang bersifat transisi. Hal ini diduga ada kaitannya dengan komposisi
basa nukleotida dari gen MC4R. Kandungan adenina (A) dan timina (T) adalah
lebih besar daripada kandungan guanina (G) dan sitosina (C). Kemungkinan
substitusi transversi akan meningkat sesuai dengan peningkatan kandungan
basa nukleotida A dan T.
Analisis filogeni menunjukkan bahwa keseluruhan sampel berada dalam
satu kelompok dan terpisah dari simpanse. Filogeni yang dibuat dari gen MC4R
ternyata tidak dapat membedakan monyet yang berasal dari daerah yang
berbeda. Bila dibandingkan dengan spesies lain, monyet ekor panjang satu
kelompok dengan monyet dalam genus yang sama (Macaca mulatta).
Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa mutasi nonsinonim MC4R
terjadi baik pada monyet gemuk maupun yang tidak gemuk. Dari 48 sampel
urutan, sebanyak 26 ekor monyet ekor panjang tergolong gemuk dan 22 ekor
tidak gemuk. Sebanyak 11,5% monyet gemuk dan 22,7% monyet tidak gemuk
merupakan pembawa mutan MC4R. Monyet gemuk asal Uluwatu dan Ubud,
membawa mutasi sinonim dan nonsinonim pada gen MC4R, tetapi obesitas
mungkin juga hasil gen non-MC4R atau perubahan pada bagian promoter
genMC4R.
Kata kunci: monyet ekor panjang (Macaca fascicularis), obesitas, reseptor
melanokortin-4 (MC4R)
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Mayor Primatologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS.
Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.AgrSc.
Penguji pada Ujian Terbuka : Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA.
Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena
berkat rahmat-Nya disertasi yang berjudul ” Polimorfisme Gen Penyandi Karakter
Obesitas (MC4R/ Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca
fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera” dapat diselesaikan.
Selama menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi, penulis
mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis
menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. drh. Dondin
Sajuthi, MST., Ph.D, Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA, dan Dr. Ir. R.R. Dyah
Perwitasari, M.Sc
selaku komisi pembimbing yang telah meluangkan waktu
untuk membimbing baik selama penelitian maupun penulisan disertasi ini.
Ucapan terimakasih juga penulis tujukan kepada Dekan Fapet dan Rektor UNUD
yang telah memberikan izin tugas belajar untuk mengikuti program doktor (S3) di
Program
Studi/Mayor
Primatologi
(PRM),
Sekolah
Pascasarjana
IPB.
Terimakasih juga kepada Rektor IPB, Dekan Pascasarjana IPB, Ketua Mayor
PRM serta seluruh staf pengajar dan administrasi
PRM.
Terimakasih juga
kepada tim manajemen Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS) Dirjen Dikti
Depdiknas yang memberikan dana pendidikan S3. Terimakasih juga kepada
team hibah doktor IPB, Yayasan Damandiri dan APPERI atas batuannya.
Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada drh. Nengah Budiarsa
(APPERI), Prof. Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer, Prof. Dr. IDK Harya Putra, Prof.
Dr. IB. Sudana, Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS., Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri,
M.AgrSc., Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA., Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS., Prof. Dr.
Agustin Fuentes, Kelly Lane, MSc. Dr. drh. I Nengah Wandia,
drh. Aida LT
Rompis, Dr. drh. I Kt. Suatha, drh. IGd. Soma MKes, drh. I Pt. Yasa, drh. Sri
Kayati Widyastuti MSi, drh I Putu Gede Yudi Arjentinia, Dr. drh. W. Batan MSi
dan staf pengelola Jurnal Veteriner, Dr. drh. N. Suarsana, MSi., Muharam
Saepulloh SSi., MSc., dr. Anwar Wardi SpS, M Nasir Spt., MSi., drh. Susana
Widjaya, Keni Sultan SPt., MSi., Ria Oktarina SPt., MSi., Nurjayanti Spt., Yana
dan teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. drh. Joko Pamungkas,
MSc., beserta staf, Dr. drh. Diah Iskandriati beserta staf,
drh. Diah Pawitri
beserta staf, drh. Prasojo Waludjo beserta staf, drh. Nyoman Sri Widiasih beserta
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Polimorfisme Gen
Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet
Ekor Panjang (Macaca Fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera
adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, 30 November 2009
I Gusti Agung Arta Putra
NIM P067050011
ABSTRACT
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA. Polymorphism of Coding Gene of Obesity
Character (MC4R/Melanocortin 4 Receptor) in Cynomolgus Macaque Originated
from Bali, East Java and Sumatera. Under the direction of DONDIN SAJUTHI,
DEDY DURYADI SOLIHIN, and R.R. DYAH PERWITASARI
Melanocortin 4 receptor (MC4R) is one of G protein-coupled receptors that
plays an important role in regulation of energy homeostasis. MC4R mutations
constitute the most common cause of human obesity. Since cynomolgus
macaque is one of animal models, the study on adult male macaque was
conducted in order to investigate the polymorphism of MC4R gene, phenotype of
obesity and the association of MC4R mutation with obesity phenotype. Fifty six
adult male macaques from Bali (Ubud and Uluwatu), East Java (Alas Purwo and
Baluran), and Sumatera island (Palembang) were used in this research. The
animals had been anaesthetized using ketamine (10 mg/kg of body weight) and
xylazine (2 mg/kg of body weight) before phenotype data and blood samples
were collected. The phenotype parameters measured in this study were body
weight, crown rump length, body mass index; circumference of triceps, chest,
waist, and thigh; skin fold thickness of abdomen, thigh, back, triceps, and dorsal
neck. Blood samples were used as source of DNA. To determine MC4R
polymorphism, coding region of this gene was amplified and sequenced. The
results showed that there were 20 polymorphism sites identified and 13 of them
are non-synonymous. Among the non-synonymous mutations, five mutations
were only found in obese cynomolgus macaques; two mutations were found in
both obese and non-obese macaques; and six mutations were only found in nonobese macaques. In addition, there were significant difference (P30kg/m2). Persentase obesitas monyet
asal Baluran dan Alas Purwo masing-masing adalah 30% (3/10) dan 28,6%
(2/7). Di lain pihak, monyet asal Palembang tidak ada yang menunjukkan
obesitas. IMT yang tinggi disebabkan oleh bobot badan yang tinggi. Di Uluwatu,
ditemukan monyet dengan bobot badan 16 dan 17 kg. Monyet yang mengalami
obesitas (IMT>30kg/m2), sebagian besar disertai dengan lingkar pinggang yang
lebih besar dari 39 cm dan tebal lipatan kulit perut lebih besar daripada 5 mm.
Oleh karena itu,
lingkar pinggang dan tebal lipatan kulit perut perlu
dipertimbangkan dalam penentuan obesitas pada monyet ekor panjang
disamping IMT.
Hasil analisis urutan gen MC4R (48 urutan) menunjukkan adanya 20 situs
polimorfik yang terdiri dari tujuh situs bersifat sinonim dan 13 situs bersifat
nonsinonim. Situs polimorfik ditemukan paling banyak pada monyet asal Alas
Purwo sedangkan yang paling sedikit ditemukan pada monyet asal Uluwatu.
Dari 13 situs yang bersifat nonsinonim, lima situs ditemukan hanya pada monyet
yang mengalami obesitas. Kelima mutasi tersebut adalah Asn3His, Leu250Pro,
Leu300Arg, Leu 328Trp, dan Ser329Ala. Dua situs mutasi ditemukan baik pada
monyet gemuk maupun monyet tidak gemuk. dan enam situs mutasi ditemukan
hanya pada monyet tidak gemuk.
Kejadian substitusi nukleotida yang bersifat transversi lebih besar daripada
substitusi yang bersifat transisi. Hal ini diduga ada kaitannya dengan komposisi
basa nukleotida dari gen MC4R. Kandungan adenina (A) dan timina (T) adalah
lebih besar daripada kandungan guanina (G) dan sitosina (C). Kemungkinan
substitusi transversi akan meningkat sesuai dengan peningkatan kandungan
basa nukleotida A dan T.
Analisis filogeni menunjukkan bahwa keseluruhan sampel berada dalam
satu kelompok dan terpisah dari simpanse. Filogeni yang dibuat dari gen MC4R
ternyata tidak dapat membedakan monyet yang berasal dari daerah yang
berbeda. Bila dibandingkan dengan spesies lain, monyet ekor panjang satu
kelompok dengan monyet dalam genus yang sama (Macaca mulatta).
Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa mutasi nonsinonim MC4R
terjadi baik pada monyet gemuk maupun yang tidak gemuk. Dari 48 sampel
urutan, sebanyak 26 ekor monyet ekor panjang tergolong gemuk dan 22 ekor
tidak gemuk. Sebanyak 11,5% monyet gemuk dan 22,7% monyet tidak gemuk
merupakan pembawa mutan MC4R. Monyet gemuk asal Uluwatu dan Ubud,
membawa mutasi sinonim dan nonsinonim pada gen MC4R, tetapi obesitas
mungkin juga hasil gen non-MC4R atau perubahan pada bagian promoter
genMC4R.
Kata kunci: monyet ekor panjang (Macaca fascicularis), obesitas, reseptor
melanokortin-4 (MC4R)
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Mayor Primatologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS.
Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.AgrSc.
Penguji pada Ujian Terbuka : Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA.
Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena
berkat rahmat-Nya disertasi yang berjudul ” Polimorfisme Gen Penyandi Karakter
Obesitas (MC4R/ Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca
fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera” dapat diselesaikan.
Selama menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi, penulis
mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis
menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. drh. Dondin
Sajuthi, MST., Ph.D, Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA, dan Dr. Ir. R.R. Dyah
Perwitasari, M.Sc
selaku komisi pembimbing yang telah meluangkan waktu
untuk membimbing baik selama penelitian maupun penulisan disertasi ini.
Ucapan terimakasih juga penulis tujukan kepada Dekan Fapet dan Rektor UNUD
yang telah memberikan izin tugas belajar untuk mengikuti program doktor (S3) di
Program
Studi/Mayor
Primatologi
(PRM),
Sekolah
Pascasarjana
IPB.
Terimakasih juga kepada Rektor IPB, Dekan Pascasarjana IPB, Ketua Mayor
PRM serta seluruh staf pengajar dan administrasi
PRM.
Terimakasih juga
kepada tim manajemen Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS) Dirjen Dikti
Depdiknas yang memberikan dana pendidikan S3. Terimakasih juga kepada
team hibah doktor IPB, Yayasan Damandiri dan APPERI atas batuannya.
Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada drh. Nengah Budiarsa
(APPERI), Prof. Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer, Prof. Dr. IDK Harya Putra, Prof.
Dr. IB. Sudana, Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS., Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri,
M.AgrSc., Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA., Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS., Prof. Dr.
Agustin Fuentes, Kelly Lane, MSc. Dr. drh. I Nengah Wandia,
drh. Aida LT
Rompis, Dr. drh. I Kt. Suatha, drh. IGd. Soma MKes, drh. I Pt. Yasa, drh. Sri
Kayati Widyastuti MSi, drh I Putu Gede Yudi Arjentinia, Dr. drh. W. Batan MSi
dan staf pengelola Jurnal Veteriner, Dr. drh. N. Suarsana, MSi., Muharam
Saepulloh SSi., MSc., dr. Anwar Wardi SpS, M Nasir Spt., MSi., drh. Susana
Widjaya, Keni Sultan SPt., MSi., Ria Oktarina SPt., MSi., Nurjayanti Spt., Yana
dan teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. drh. Joko Pamungkas,
MSc., beserta staf, Dr. drh. Diah Iskandriati beserta staf,
drh. Diah Pawitri
beserta staf, drh. Prasojo Waludjo beserta staf, drh. Nyoman Sri Widiasih beserta
staf, di PSSP-IPB, Novita Anggraeni SPt., dan Ramdan di Laboratorium Biologi
dan Reproduksi PSSP-IPB, Dr. Soaloon Sinaga, Dr. Fitma, Dr. Roza Elvyra, Dr.
Agus Nuryanto, Dr. Agus Nasri, Dr. Jakaria, Pak Heri, Pak Pras, teman-teman
Punhawacana Bali dan adik-adik di Asrama Brahmacarya Cikuray 10 Bogor.
Kepada keluarga tercinta anak, istri, kakak, adik, Ibu, Bapak, dan seluruh
keluarga
besar,
penulis
menyampaikan
terimakasih
pengertian, dorongan dan doanya yang tak pernah putus.
atas
pengorbanan,
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bindu (Bali) , 30 November 1962. Penulis merupakan
anak ke empat dari delapan bersaudara dari pasangan I G A N Kembar dan I G
A K Rai. Penulis menikah dengan AAA Alit Adiari, SH dan dikaruniai dua putri
yaitu A A Angga Primantari (16 tahun) dan A A Anisca Primadwiyani (13 tahun).
Pendidikan sarjana ditempuh di Fakultas Kedokteran Hewan, IPB dan lulus
dokter hewan pada tahun 1988. Pada tahun 1994 penulis mendapat beasiswa
dari Tim Manajemen Program Doktor (TMPD) untuk studi S2 di Program Studi
Biologi, Program Pascasarjana IPB dan lulus tahun 1996. Penulis kembali
mendapat beasiswa dari Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS-DIKTI) untuk
melanjutkan program doktor pada Program Studi Primatologi, perguruan tinggi
yang sama.
Sampai saat ini, penulis
masih bekerja sebagai dosen pada
Fakultas Peternakan, Universitas Udayana sejak tahun 1989.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................
xv
PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
Latar Belakang ..................................................................................
1
Tujuan Penelitian...............................................................................
4
Hipotesis ...........................................................................................
4
Manfaat Penelitian ............................................................................
5
Kerangka Pemikiran ..........................................................................
5
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................
7
Monyet Ekor Panjang ........................................................................
7
Obesitas ............................................................................................
9
Melanokortin ......................................................................................
12
Reseptor Melanokortin 4 ...................................................................
14
Perubahan MC4R dan Akibatnya ............................................
15
Mutasi Gen MC4R ...................................................................
16
Klasifikasi Mutasi MC4R..........................................................
18
Mekanisme Molekuler Homeostasis Energi ......................................
20
Teknik PCR .......................................................................................
22
MATERI DAN METODE...............................................................................
24
Waktu dan Lokasi Penelitian..............................................................
24
Materi.................................................................................................
24
Monyet Ekor Panjang ...............................................................
24
Bahan dan Alat Pengambilan Sampel Darah dan Data
Fenotipe ...................................................................................
25
Bahan dan Alat Isolasi DNA......................................................
25
Bahan dan Alat Analisis PCR...................................................
26
Bahan dan Alat Elektroforesis...................................................
Metode...............................................................................................
26
Pengambilan Darah dan Data Fenotipe....................................
26
Ekstraksi DNA dari Darah.........................................................
27
Amplifikasi Gen MC4R.............................................................
28
Elektroforesis DNA Total dan Produk PCR..............................
29
26
Pengurutan Produk PCR..........................................................
30
Analisis Data......................................................................................
30
Analisis Data Fenotipe..............................................................
30
Analisis Data Molekuler............................................................
HASIL DAN PEMBAHASAN.......................................................................
32
Keragaman Fenotipe Obesitas Monyet Ekor Panjang.......................
34
Indeks Massa Tubuh, Bobot Badan dan Tinggi Duduk............
34
Lingkar Pinggang, Dada, Paha dan Lengan Atas....................
38
Tebal Lipatan Kulit Perut, Trisep, Paha, Punggung dan
Leher.........................................................................................
34
40
Analisis Korelasi Parameter Fenotipe.......................................
43
Analisis Komponen Utama........................................................
44
Obesitas dan Struktur Sosial....................................................
Karakteristik Genetik Gen MC4R Monyet Ekor Panjang...................
46
Amplifikasi Gen MC4R.............................................................
47
Keragaman Intra Populasi........................................................
48
Keragaman Antar Populasi.......................................................
48
Komposisi Nukleotida dan Asam Amino...................................
49
Analisis Filogeni........................................................................
50
Perbandingan Gen MC4R Monyet Ekor Panjang dengan
Organisme Lainnya...................................................................
Polimorfisme Gen MC4R pada Monyet Ekor Panjang.............
47
55
55
Asosiasi Mutasi MC4R dengan Fenotipe Obesitas pada
57
Monyet Ekor Panjang ............................... ...........................................................
60
PEMBAHASAN UMUM................................................................................
Fenotipe Obesitas....................................................................
60
Polimorfisme MC4R..................................................................
62
Hubungan Kegiatan Konservasi dengan Monyet Gemuk........
SIMPULAN DAN SARAN...........................................................................
66
Simpulan...................................................................................
67
Saran........................................................................................
67
67
DAFTAR PUSTAKA...................................................................................
68
LAMPIRAN .................................................................................................
75
DAFTAR TABEL
1
Halaman
Jumlah monyet ekor panjang jantan yang digunakan dalam
penelitian ini................................................................................................. 24
2
Indeks massa tubuh, bobot badan, dan tinggi duduk.................................. 34
3
Lingkar pinggang, dada, paha dan lengan atas ........................................ 38
4
Tebal lipatan kulit perut, trisep, paha, punggung dan leher ....................... 41
5
Nilai korelasi Pearson dan nilai P antar parameter fenotipe........................ 43
6
Rata-rata jumlah nukleotida dan asam amino yang berbeda pada
gen MC4R monyet ekor panjang dalam masing-masing populasi .............. 48
7
Matriks perbedaan basa nukleotida gen MC4R monyet ekor panjang
antar populasi............................................................................................... 49
8
Matriks perbedaan asam amino gen MC4R monyet ekor panjang
antar populasi............................................................................................... 49
9
Rata-rata komposisi nukleotida (%) pada gen MC4R monyet ekor
panjang.......................................................................................................... 49
10 Rata-rata komposisi asam amino (%) gen MC4R pada monyet
ekor panjang ................................................................................................ 50
11 Polimorfirme gen MC4R pada monyet ekor panjang ................................... 56
12 Jumlah substitusi transisi dan transversi pada gen MC4R
monyet ekor panjang..................................................................................... 57
13 Mutasi nonsinonim daerah penyandi gen MC4R monyet ekor panjang....... 57
14 Mutasi sinonim pada gen MC4R monyet ekor panjang................................ 59
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Kerangka pemikiran...................................................................................... 6
2
Obesitas pada monyet ekor panjang ........................................................... 10
3
Sinyal protein G yang mengatur produksi cAMP ......................................... 13
4
Organisasi gen MC4R ................................................................................. 14
5
Kejadian mutasi MC4R pada manusia ........................................................ 17
6
Klasifikasi mutasi MC4R pada manusia ..................................................... 19
7
Hormon yang mengatur nafsu makan ........................................................ 21
8
Peta lokasi asal monyet ekor panjang yang digunakan dalam penelitian... 25
9
Lokasi pengukuran lingkar bagian tubuh dan tebal lipatan kulit................... 27
10 Rata-rata indeks massa tubuh (IMT) monyet ekor panjang.......................... 35
11 Persentase kejadian obesitas monyet ekor panjang..................................... 35
12 Rata-rata tinggi duduk (TD) monyet ekor panjang........................................ 36
13 Rata-rata bobot badan (BB) monyet ekor panjang....................................... 37
14 Rata-rata lingkar pinggang (LPi), dada (LD), paha (LPh), dan lengan atas
(LTr) ............................................................................................................. 39
15 Rata-rata tebal lipatan kulit perut (TLkAb), leher (TLkLh), punggung
(TLkPg), paha (TLkPh), dan trisep(TLkTr) ................................................. 42
16 Plot komponen utama pertama dan komponen utama kedua.................... 45
17 Skema letak penempelan primer MC4R foward dan MC4R reverse
untuk mengamplifikasi gen MC4R monyet ekor panjang ............................ 47
18 Hasil elektroforesis beberapa produk PCR gen MC4R yang
diamplifikasi menggunakan pasangan primer MC4R .................................. 47
19 Filogram antar populasi yang dibuat dengan metode Neighbor Joining
(NJ) berdasarkan perbedaan nukleotida ...................................................... 51
20 Filogram antar populasi yang dibuat dengan metode NJ berdasarkan
perbedaan asam amino................................................................................. 51
21 Filogram monyet ekor panjang menggunakan metode NJ dan model
p distance dari nukleotida MC4R (999pb)..................................................... 52
22 Filogram monyet ekor panjang menggunakan metode NJ dan model
p distance dari asam amino MC4R (332 aa) .............................................. 53
23 Filogram menggunakan metode NJ dan model p distance
dari nukleotida gen MC4R (999pb) berbagai spesies primata...................... 55
24 Situs mutasi pada MC4R monyet ekor panjang............................................ 63
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Penjajaran nukleotida (n=999) gen MC4R monyet ekor panjang hasil
penelitian dengan urutan gen yang sama yang diperoleh dari
GenBank..................................................................................................... 76
2
Penjajaran asam amino (n=332) gen MC4R monyet ekor panjang hasil
penelitian dengan urutan gen yang sama yang diperoleh dari
GenBank ...................................................................................................
94
3
Analisis varian parameter fenotipe obesitas monyet ekor panjang........... 101
4
Nilai eigen dan loading factor pada analisis komponen utama................. 103
5
Kejadian mutasi pada MC4R pada monyet ekor panjang.......................... 104
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Saat ini, obesitas dianggap penyakit kompleks multifaktor yang disebabkan
oleh interaksi faktor genetik dan lingkungan (Hill dan Peters 1998). Menurut
WHO (World Health Organization 1997), obesitas merupakan salah satu dari 10
kondisi yang berisiko di seluruh dunia dan salah satu dari 5 kondisi yang berisiko
di negara-negara berkembang. Obesitas merupakan predisposisi utama untuk
kondisi terjadinya penyakit, terutama sindroma metabolik, diabetes melitus tipe 2
(DM tipe2) dan hipertensi.
Sindroma metabolik merupakan kelainan akibat
gangguan metabolik yang ditandai dengan hiperinsulinemia, resistensi insulin,
hiperglikemia, dislipidemia aterogenik dan hipertensi. Semua gejala ini
merupakan faktor risiko penting untuk penyakit kardiovaskuler. Di samping itu,
obesitas dianggap mempunyai andil dalam terjadinya berbagai penyakit kanker
seperti
kanker
kolon,
payudara
(pada
wanita
setelah
berhenti
haid),
endometrium, ginjal, esofagus (adenocarcinoma), lambung, pankreas, kandung
kemih, dan hati (Calle dan Kaaks 2004).
Pada umumnya kejadian obesitas banyak ditemukan pada usia dewasa
namun demikian obesitas dapat terjadi pada usia muda (anak-anak). Kejadian
yang dilaporkan WHO (2005) adalah sekitar 400 juta orang dewasa dan 20 juta
anak-anak mengalami obesitas.
Pada anak-anak, ada yang dikenal dengan
sindroma MC4R (melanocortin 4 receptor) ditandai dengan peningkatan
pertumbuhan, peningkatan lemak dan kepadatan mineral tulang, hiperfagia dan
hiberinsulinemia, yang akhirnya menyebabkan obesitas (Farooqi et al. 2000).
Hewan model (tikus dan monyet ekor panjang) juga menunjukkan gejala
obesitas yang mirip dengan manusia. Pada monyet ekor panjang, obesitas terjadi
pada monyet dewasa baik pada jantan maupun betina (Putra et al. 2006)
Walaupun demikian, monyet ekor panjang jantan pradewasa juga ada yang
menunjukkan gejala obesitas. Secara fenotipik, obesitas dapat dilihat antara lain
dari IMT (indeks massa tubuh) yang ditentukan oleh bobot badan dan tinggi
duduk, dan timbunan lemak di daerah perut yang ditunjukkan oleh tebal lipatan
kulit. Monyet ekor panjang mempunyai kemiripan pola obesitas dengan manusia
yang ditunjukkan dengan adanya penimbunan lemak di sekitar perut. Pada
monyet gemuk, timbunan lemak di daerah perut dapat dilihat dari adanya lipatan
kulit yang menggantung bila monyet tersebut berdiri atau berjalan. Timbunan
2
lemak ini juga dapat dilihat jelas bila monyet dalam keadaan duduk. Pada posisi
ini, perut monyet kelihatan buncit sebagai akibat dari adanya timbunan lemak
tersebut.
Keadaan obesitas pada monyet ekor panjang banyak dijumpai pada
monyet-monyet yang hidup di kawasan wisata di Bali.
Monyet-monyet ini
menunjukkan tanda-tanda obesitas dengan IMT sampai 61.57 kg/m2 pada jantan
dan 60.07 kg/m2 pada betina (Putra et al. 2006). IMT ini jauh lebih tinggi
dibandingkan dengan IMT normal pada manusia yaitu 18.5-24.9 kg/m2 (WHO
2005). Lebih jauh, dinyatakan bahwa 100% monyet jantan yang ada di Uluwatu
mengalami obesitas, sedangkan kejadian obesitas di daerah lainnya seperti
Sangeh, Alas Kedaton, Ubud, Pulaki, dan Bukit Gumang adalah bervariasi antara
12-75%. Kejadian obesitas ini tidak pernah ditemukan pada monyet anakan dan
remaja. Padahal obesitas pada manusia dapat terjadi baik pada bayi, anakanak, remaja maupun dewasa.
Gen yang berkaitan langsung maupun tidak langsung dengan kejadian
obesitas pada manusia telah diinventarisasi ada sebanyak 127 gen kandidat.
Dari 127 gen tersebut, sebelas diantaranya bersifat monogenik sehingga apabila
gen tersebut mengalami mutasi akan berakibat langsung pada timbulnya
obesitas (Rankinen et al. 2006). Mutasi pada gen tersebut berupa substitusi,
delesi, dan insersi. Hal ini telah dilaporkan terjadi pada gen MC4R. Lebih jauh
dinyatakan bahwa kejadian obesitas pada manusia akibat dari mutasi MC4R
(monogen) ini diwariskan secara dominan (Dubern et al. 2001; Challis dan Yeo
2002) walaupun prevalensi kejadiannya hanya berkisar antara 4-6% dari individu
yang mengalami obesitas (Lubrano-Berthelier et al. 2003). Individu lain yang
tidak mengalami mutasi pada gen MC4R tetapi secara fenotipik individu tersebut
gemuk maka diduga kejadian tersebut berasal dari pengaruh kandidat gen lain
yang berkontribusi pada obesitas (Mutch dan Clément 2006).
Hal tersebut
pernah dilaporkan pada tikus yang menunjukkan obesitas akibat terjadinya
mutasi pada gen LEPR (leptin receptor) padahal gen MC4Rnya tidak mengalami
mutasi (Pomp 1999).
MC4R adalah satu dari lima reseptor berprotein-G yang mengikat
melanokortin berperan mengatur perilaku makan dan homeostasis energi. Gen
MC4R pada manusia telah diurut secara penuh oleh Kopatz et al. (2003) dan
urutan urutannya telah dilaporkan dan dicatat dalam GenBank (NCBI=National
Center for Biotechnology Information) dengan kode akses AY236539. Gen ini
3
diketahui pertamakali oleh Yeo et al. (1998) sebagai gen yang berkontribusi atau
mempunyai asosiasi dengan obesitas akibat mutasi pada gen tersebut.
Tao
(2005) melaporkan lebih dari 70 jenis mutasi MC4R pada manusia yang
menyebabkan berkurang sampai hilangnya fungsi MC4R.
Bila MC4R tidak
berfungsi maka tidak ada pengisyaratan kekenyangan pada otak sehingga terjadi
peningkatan asupan pakan.
Peningkatan nafsu makan yang tidak disertai
dengan peningkatan penggunaan energi menyebabkan terjadinya penimbunan
energi dan mengarah pada obesitas.
Para peneliti telah banyak menggunakan primata
nonmanusia sebagai
model penelitian untuk mengetahui hubungan antara obesitas dengan penyakit
metabolik (Banks et al. 2003). Penelitian obesitas pada primata nonmanusia
dilakukan baik dengan memanipulasi dietnya (Astuti et al. 2007) maupun dengan
cara mengontrol aktivitas fisik dalam kandang individu (Hansen 2001). Pada
penelitian model obesitas secara alami pada kelompok monyet rhesus yang
hidup bebas di Pulau Cayo Santiago,
didapatkan terjadinya obesitas pada
populasinya sebanyak 7% (Schwartz et al. 1993). Belakangan ini, pada baboon
dewasa liar telah menunjukkan kejadian yang mirip sindroma metabolik yaitu
adanya peningkatan kadar leptin dalam serum darah, obesitas, hiperlipidemia
dan resistensi insulin (Banks et al. 2003).
Walaupun dalam penelitian sebelumnya lebih banyak menggunakan
rodensia sebagai hewan model untuk penelitian tentang obesitas, saat ini monyet
ekor panjang telah digunakan sebagai hewan model penelitian yang berkaitan
dengan obesitas (Chen et al. 2003). Banyak kesamaan fisiologi antara manusia
dan monyet ekor panjang yang menyebabkan monyet ekor panjang merupakan
hewan model obesitas yang lebih realistik dibandingkan spesies lain seperti
rodensia. Berdasar pada urutan gen MC4R yang telah diteliti oleh Kopatz et al.
(2003) dapat dibandingkan baik asam amino maupun nukleotida dari gen MC4R
manusia dengan monyet ekor panjang. Data MC4R monyet ekor panjang yang
didapatkan oleh Kusuda et al. (2002) dan tercatat di GenBank (NCBI) dengan
kode akses AB083317) menunjukkan kemiripan susunan asam amino (dari total
332 asam amino) dengan MC4R pada manusia yaitu sebesar 98.5%.
Sedangkan, MC4R tikus (kode akses NC_000084) mempunyai kesamaan 93.4%
dengan MC4R manusia.
Studi obesitas pada manusia bukan hal yang mudah karena pengaruh dari
faktor-faktor yang berkaitan dengan obesitas itu sendiri seperti heterogenitas,
4
serta interaksi gen-gen dan gen-lingkungan yang tak terkendali. Di samping itu,
karena alasan etika, penggunaan teknik invasif pada manusia untuk mengukur
ekspresi gen di dalam hipotalamus tidak dapat dilakukan. Oleh karena itu,
penggunaan hewan model merupakan suatu keharusan. Penggunaan hewan
model
dalam
penelitian
penyakit
manusia
memberi
keuntungan
untuk
mengungkap sifat (trait) yang heterogen dan poligen.
Penjelasan tentang gen yang menyebabkan obesitas pada hewan model
memberikan pengertian
pada mekanisme molekuler yang mengatur proses
fisiologi seperti keseimbangan energi. Seperti telah diungkapkan di atas, mutasi
MC4R pada manusia menunjukkan asosiasi dengan obesitas.
Pada hewan,
seperti babi, adanya mutasi gen MC4R menyebabkan peningkatan ketebalan
lemak punggung (Kim et al. 2000). Demikian juga pada tikus, bila gen MC4R ini
ditiadakan (knock out) maka tikus akan mengalami obesitas (Huszar et al. 1997).
Penelitian mengenai mutasi gen yang terkait dengan obesitas (MC4R) pada
monyet ekor panjang belum pernah dilakukan walaupun monyet ekor panjang
menunjukkan pola obesitas yang mirip dengan manusia. Untuk itu, perlu
dilakukan penelitian polimorfisme gen MC4R pada monyet ekor panjang untuk
menunjang pengembangan monyet ekor panjang sebagai hewan model obesitas
pada manusia. Polimorfisme gen yang berkaitan dengan obesitas pada monyet
ekor panjang dapat memperjelas mekanisme obesitas di tingkat molekuler yang
dapat dimanfaatkan sebagai hewan model bagi manusia.
Tujuan Penelitian
1. Mengidentifikasi variasi gen (MC4R) yang berhubungan dengan obesitas
pada monyet ekor panjang di Bali, Jawa Timur dan Sumatera.
2. Mengkaji variasi fenotipe obesitas pada monyet ekor panjang di Bali, Jawa
Timur dan Sumatera.
3. Mendapatkan asosiasi mutasi gen MC4R dengan obesitas monyet ekor
panjang
Hipotesis
1. Ada variasi fenotipe pada monyet ekor panjang gemuk.
2. Ada mutasi gen MC4R pada monyet ekor panjang.
3. Ada asosiasi mutasi pada gen MC4R dengan obesitas
5
Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi tentang mutasi gen MC4R pada monyet ekor panjang
2. Sebagai data dasar untuk penelitian obesitas pada manusia.
3. Memberikan gambaran gen yang ikut terlibat dalam obesitas hewan model.
4. Pengembangan penanda genetik obesitas
Kerangka Pemikiran
Saat ini, obesitas pada
manusia dianggap sebagai penyakit multi
kompleks dan merupakan predisposisi penyakit diabetes, kardiovaskuler dan
kanker. Obesitas disebabkan oleh faktor genetik dan lingkungan atau interkasi
kedua faktor tersebut. Adanya mutasi pada gen MC4R dianggap berperan dalam
terjadinya obesitas.
Sementara itu pada hewan model, misalnya tikus, yang
dihilangkan (knock out) gen MC4Rnya menunjukkan gejala obesitas. Sebagai
hewan model, monyet ekor panjang banyak dipakai dalam penelitian biomedis
baik
sebagai
model
penyakit
maupun
untuk
pengujian
obat
sebelum
diaplikasikan pada manusia karena monyet ekor panjang memiliki kemiripan
dengan manusia. Di samping itu, hewan ini juga dapat
menunjukkan gejala
obesitas. Kejadian obesitas pada hewan ini banyak ditemukan di Bali terutama
monyet ekor panjang yang hidup di daerah pariwisata. Walaupun demikian,
penelitian tentang variasi gen terkait dengan obesitas pada monyet ekor panjang
belum pernah dilakukan. Hal ini sangat penting untuk diteliti apakah kejadian
mutasi gen MC4R yang terkait obesitas pada manusia juga terjadi pada monyet
ekor panjang yang mengalami obesitas. Lingkungan, habitat, dan pengelolaan
yang berbeda dapat menyebabkan perbedaan fenotipe obesitas. Hal ini berkaitan
dengan
ketersediaan pakan bagi monyet ekor panjang.
Untuk itu, perlu
dilakukan pendekatan genotipe dan fenotipe obesitas monyet ekor panjang yang
berasal dari berbagai lokasi sehingga diperoleh gambaran obesitas pada monyet
ekor panjang. Di samping itu, penelitian ini membuka peluang untuk
pengembangan marka genetik obesitas pada monyet ekor panjang. Skema
kerangka pemikiran disajikan pada Gambar 1.
6
Gambar 1 Kerangka pemikiran
TINJAUAN PUSTAKA
Monyet Ekor Panjang
Monyet ekor panjang termasuk kelompok monyet dunia lama (Old World
monkey) dan diklasifikasikan sebagai berikut (Wilson dan Reeder 2005):
Kelas
: Mammalia
Ordo
: Primates
Subordo
: Haplorrhini
Infraordo
: Simiiformis
Superfamili : Cercopithecoidea
Famili
: Cercopithecidae
Subfamili
: Cercopithecinae
Genus
: Macaca
Spesies
: Macaca fascicularis (Raffles, 1821).
Monyet ekor panjang sering disebut juga crab-eating macaque atau
cynomolgus macaque. Lebih jauh, dinyatakan bahwa monyet ekor panjang terdiri
atas 10 subspesies yaitu: M. f. fascicularis, M. f. aurea, M. f. umbrosa, M. f.
atriceps, M. f. condorensis, M. f. fusca, M. f. lasiae, M. f. tua, M. f.
karimondjawae, dan M. f. philippinensis. Di lain pihak, Supriatna dan Wahyono
(2000) melaporkan ada empat subspesies monyet ekor panjang di Indonesia,
yaitu M. f. fascicularis, (Pulau Sumatera, Kalimantan, Jawa, Bali, Lombok,
Sumbawa, Flores, Sumba dan Timor), M. f. fusca (Pulau Simaleu, Sumatera), M.
f. karimondjawae (Pulau Karimunjawa, Jawa Tengah), dan M. f. lasiae (Pulau
Lasia).
Monyet ekor panjang menyebar di Asia Tenggara (termasuk Burma bagian
Selatan), Thailand bagian Timur, Kamboja, Laos bagian Selatan, Vietnam, dan
Malaysia. Di samping itu, monyet ekor panjang telah diintroduksi ke beberapa
lokasi antara lain: Hong Kong, Papua dan Tinjil di Indonesia, Pulau Angaur di
Palau, dan Mauritius (Kemp dan Burnett 2003). Di Indonesia, monyet ini
ditemukan di P
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Polimorfisme Gen
Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet
Ekor Panjang (Macaca Fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera
adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, 30 November 2009
I Gusti Agung Arta Putra
NIM P067050011
ABSTRACT
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA. Polymorphism of Coding Gene of Obesity
Character (MC4R/Melanocortin 4 Receptor) in Cynomolgus Macaque Originated
from Bali, East Java and Sumatera. Under the direction of DONDIN SAJUTHI,
DEDY DURYADI SOLIHIN, and R.R. DYAH PERWITASARI
Melanocortin 4 receptor (MC4R) is one of G protein-coupled receptors that
plays an important role in regulation of energy homeostasis. MC4R mutations
constitute the most common cause of human obesity. Since cynomolgus
macaque is one of animal models, the study on adult male macaque was
conducted in order to investigate the polymorphism of MC4R gene, phenotype of
obesity and the association of MC4R mutation with obesity phenotype. Fifty six
adult male macaques from Bali (Ubud and Uluwatu), East Java (Alas Purwo and
Baluran), and Sumatera island (Palembang) were used in this research. The
animals had been anaesthetized using ketamine (10 mg/kg of body weight) and
xylazine (2 mg/kg of body weight) before phenotype data and blood samples
were collected. The phenotype parameters measured in this study were body
weight, crown rump length, body mass index; circumference of triceps, chest,
waist, and thigh; skin fold thickness of abdomen, thigh, back, triceps, and dorsal
neck. Blood samples were used as source of DNA. To determine MC4R
polymorphism, coding region of this gene was amplified and sequenced. The
results showed that there were 20 polymorphism sites identified and 13 of them
are non-synonymous. Among the non-synonymous mutations, five mutations
were only found in obese cynomolgus macaques; two mutations were found in
both obese and non-obese macaques; and six mutations were only found in nonobese macaques. In addition, there were significant difference (P30kg/m2). Persentase obesitas monyet
asal Baluran dan Alas Purwo masing-masing adalah 30% (3/10) dan 28,6%
(2/7). Di lain pihak, monyet asal Palembang tidak ada yang menunjukkan
obesitas. IMT yang tinggi disebabkan oleh bobot badan yang tinggi. Di Uluwatu,
ditemukan monyet dengan bobot badan 16 dan 17 kg. Monyet yang mengalami
obesitas (IMT>30kg/m2), sebagian besar disertai dengan lingkar pinggang yang
lebih besar dari 39 cm dan tebal lipatan kulit perut lebih besar daripada 5 mm.
Oleh karena itu,
lingkar pinggang dan tebal lipatan kulit perut perlu
dipertimbangkan dalam penentuan obesitas pada monyet ekor panjang
disamping IMT.
Hasil analisis urutan gen MC4R (48 urutan) menunjukkan adanya 20 situs
polimorfik yang terdiri dari tujuh situs bersifat sinonim dan 13 situs bersifat
nonsinonim. Situs polimorfik ditemukan paling banyak pada monyet asal Alas
Purwo sedangkan yang paling sedikit ditemukan pada monyet asal Uluwatu.
Dari 13 situs yang bersifat nonsinonim, lima situs ditemukan hanya pada monyet
yang mengalami obesitas. Kelima mutasi tersebut adalah Asn3His, Leu250Pro,
Leu300Arg, Leu 328Trp, dan Ser329Ala. Dua situs mutasi ditemukan baik pada
monyet gemuk maupun monyet tidak gemuk. dan enam situs mutasi ditemukan
hanya pada monyet tidak gemuk.
Kejadian substitusi nukleotida yang bersifat transversi lebih besar daripada
substitusi yang bersifat transisi. Hal ini diduga ada kaitannya dengan komposisi
basa nukleotida dari gen MC4R. Kandungan adenina (A) dan timina (T) adalah
lebih besar daripada kandungan guanina (G) dan sitosina (C). Kemungkinan
substitusi transversi akan meningkat sesuai dengan peningkatan kandungan
basa nukleotida A dan T.
Analisis filogeni menunjukkan bahwa keseluruhan sampel berada dalam
satu kelompok dan terpisah dari simpanse. Filogeni yang dibuat dari gen MC4R
ternyata tidak dapat membedakan monyet yang berasal dari daerah yang
berbeda. Bila dibandingkan dengan spesies lain, monyet ekor panjang satu
kelompok dengan monyet dalam genus yang sama (Macaca mulatta).
Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa mutasi nonsinonim MC4R
terjadi baik pada monyet gemuk maupun yang tidak gemuk. Dari 48 sampel
urutan, sebanyak 26 ekor monyet ekor panjang tergolong gemuk dan 22 ekor
tidak gemuk. Sebanyak 11,5% monyet gemuk dan 22,7% monyet tidak gemuk
merupakan pembawa mutan MC4R. Monyet gemuk asal Uluwatu dan Ubud,
membawa mutasi sinonim dan nonsinonim pada gen MC4R, tetapi obesitas
mungkin juga hasil gen non-MC4R atau perubahan pada bagian promoter
genMC4R.
Kata kunci: monyet ekor panjang (Macaca fascicularis), obesitas, reseptor
melanokortin-4 (MC4R)
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Mayor Primatologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS.
Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.AgrSc.
Penguji pada Ujian Terbuka : Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA.
Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena
berkat rahmat-Nya disertasi yang berjudul ” Polimorfisme Gen Penyandi Karakter
Obesitas (MC4R/ Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca
fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera” dapat diselesaikan.
Selama menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi, penulis
mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis
menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. drh. Dondin
Sajuthi, MST., Ph.D, Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA, dan Dr. Ir. R.R. Dyah
Perwitasari, M.Sc
selaku komisi pembimbing yang telah meluangkan waktu
untuk membimbing baik selama penelitian maupun penulisan disertasi ini.
Ucapan terimakasih juga penulis tujukan kepada Dekan Fapet dan Rektor UNUD
yang telah memberikan izin tugas belajar untuk mengikuti program doktor (S3) di
Program
Studi/Mayor
Primatologi
(PRM),
Sekolah
Pascasarjana
IPB.
Terimakasih juga kepada Rektor IPB, Dekan Pascasarjana IPB, Ketua Mayor
PRM serta seluruh staf pengajar dan administrasi
PRM.
Terimakasih juga
kepada tim manajemen Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS) Dirjen Dikti
Depdiknas yang memberikan dana pendidikan S3. Terimakasih juga kepada
team hibah doktor IPB, Yayasan Damandiri dan APPERI atas batuannya.
Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada drh. Nengah Budiarsa
(APPERI), Prof. Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer, Prof. Dr. IDK Harya Putra, Prof.
Dr. IB. Sudana, Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS., Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri,
M.AgrSc., Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA., Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS., Prof. Dr.
Agustin Fuentes, Kelly Lane, MSc. Dr. drh. I Nengah Wandia,
drh. Aida LT
Rompis, Dr. drh. I Kt. Suatha, drh. IGd. Soma MKes, drh. I Pt. Yasa, drh. Sri
Kayati Widyastuti MSi, drh I Putu Gede Yudi Arjentinia, Dr. drh. W. Batan MSi
dan staf pengelola Jurnal Veteriner, Dr. drh. N. Suarsana, MSi., Muharam
Saepulloh SSi., MSc., dr. Anwar Wardi SpS, M Nasir Spt., MSi., drh. Susana
Widjaya, Keni Sultan SPt., MSi., Ria Oktarina SPt., MSi., Nurjayanti Spt., Yana
dan teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. drh. Joko Pamungkas,
MSc., beserta staf, Dr. drh. Diah Iskandriati beserta staf,
drh. Diah Pawitri
beserta staf, drh. Prasojo Waludjo beserta staf, drh. Nyoman Sri Widiasih beserta
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Polimorfisme Gen
Penyandi Karakter Obesitas (MC4R/Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet
Ekor Panjang (Macaca Fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera
adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
daftar pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, 30 November 2009
I Gusti Agung Arta Putra
NIM P067050011
ABSTRACT
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA. Polymorphism of Coding Gene of Obesity
Character (MC4R/Melanocortin 4 Receptor) in Cynomolgus Macaque Originated
from Bali, East Java and Sumatera. Under the direction of DONDIN SAJUTHI,
DEDY DURYADI SOLIHIN, and R.R. DYAH PERWITASARI
Melanocortin 4 receptor (MC4R) is one of G protein-coupled receptors that
plays an important role in regulation of energy homeostasis. MC4R mutations
constitute the most common cause of human obesity. Since cynomolgus
macaque is one of animal models, the study on adult male macaque was
conducted in order to investigate the polymorphism of MC4R gene, phenotype of
obesity and the association of MC4R mutation with obesity phenotype. Fifty six
adult male macaques from Bali (Ubud and Uluwatu), East Java (Alas Purwo and
Baluran), and Sumatera island (Palembang) were used in this research. The
animals had been anaesthetized using ketamine (10 mg/kg of body weight) and
xylazine (2 mg/kg of body weight) before phenotype data and blood samples
were collected. The phenotype parameters measured in this study were body
weight, crown rump length, body mass index; circumference of triceps, chest,
waist, and thigh; skin fold thickness of abdomen, thigh, back, triceps, and dorsal
neck. Blood samples were used as source of DNA. To determine MC4R
polymorphism, coding region of this gene was amplified and sequenced. The
results showed that there were 20 polymorphism sites identified and 13 of them
are non-synonymous. Among the non-synonymous mutations, five mutations
were only found in obese cynomolgus macaques; two mutations were found in
both obese and non-obese macaques; and six mutations were only found in nonobese macaques. In addition, there were significant difference (P30kg/m2). Persentase obesitas monyet
asal Baluran dan Alas Purwo masing-masing adalah 30% (3/10) dan 28,6%
(2/7). Di lain pihak, monyet asal Palembang tidak ada yang menunjukkan
obesitas. IMT yang tinggi disebabkan oleh bobot badan yang tinggi. Di Uluwatu,
ditemukan monyet dengan bobot badan 16 dan 17 kg. Monyet yang mengalami
obesitas (IMT>30kg/m2), sebagian besar disertai dengan lingkar pinggang yang
lebih besar dari 39 cm dan tebal lipatan kulit perut lebih besar daripada 5 mm.
Oleh karena itu,
lingkar pinggang dan tebal lipatan kulit perut perlu
dipertimbangkan dalam penentuan obesitas pada monyet ekor panjang
disamping IMT.
Hasil analisis urutan gen MC4R (48 urutan) menunjukkan adanya 20 situs
polimorfik yang terdiri dari tujuh situs bersifat sinonim dan 13 situs bersifat
nonsinonim. Situs polimorfik ditemukan paling banyak pada monyet asal Alas
Purwo sedangkan yang paling sedikit ditemukan pada monyet asal Uluwatu.
Dari 13 situs yang bersifat nonsinonim, lima situs ditemukan hanya pada monyet
yang mengalami obesitas. Kelima mutasi tersebut adalah Asn3His, Leu250Pro,
Leu300Arg, Leu 328Trp, dan Ser329Ala. Dua situs mutasi ditemukan baik pada
monyet gemuk maupun monyet tidak gemuk. dan enam situs mutasi ditemukan
hanya pada monyet tidak gemuk.
Kejadian substitusi nukleotida yang bersifat transversi lebih besar daripada
substitusi yang bersifat transisi. Hal ini diduga ada kaitannya dengan komposisi
basa nukleotida dari gen MC4R. Kandungan adenina (A) dan timina (T) adalah
lebih besar daripada kandungan guanina (G) dan sitosina (C). Kemungkinan
substitusi transversi akan meningkat sesuai dengan peningkatan kandungan
basa nukleotida A dan T.
Analisis filogeni menunjukkan bahwa keseluruhan sampel berada dalam
satu kelompok dan terpisah dari simpanse. Filogeni yang dibuat dari gen MC4R
ternyata tidak dapat membedakan monyet yang berasal dari daerah yang
berbeda. Bila dibandingkan dengan spesies lain, monyet ekor panjang satu
kelompok dengan monyet dalam genus yang sama (Macaca mulatta).
Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa mutasi nonsinonim MC4R
terjadi baik pada monyet gemuk maupun yang tidak gemuk. Dari 48 sampel
urutan, sebanyak 26 ekor monyet ekor panjang tergolong gemuk dan 22 ekor
tidak gemuk. Sebanyak 11,5% monyet gemuk dan 22,7% monyet tidak gemuk
merupakan pembawa mutan MC4R. Monyet gemuk asal Uluwatu dan Ubud,
membawa mutasi sinonim dan nonsinonim pada gen MC4R, tetapi obesitas
mungkin juga hasil gen non-MC4R atau perubahan pada bagian promoter
genMC4R.
Kata kunci: monyet ekor panjang (Macaca fascicularis), obesitas, reseptor
melanokortin-4 (MC4R)
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
POLIMORFISME GEN PENYANDI KARAKTER
OBESITAS (MC4R/RESEPTOR MELANOKORTIN 4)
PADA MONYET EKOR PANJANG (Macaca
fascicularis) ASAL BALI, JAWA TIMUR DAN
SUMATERA
I GUSTI AGUNG ARTA PUTRA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Mayor Primatologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS.
Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.AgrSc.
Penguji pada Ujian Terbuka : Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA.
Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena
berkat rahmat-Nya disertasi yang berjudul ” Polimorfisme Gen Penyandi Karakter
Obesitas (MC4R/ Reseptor Melanokortin 4) pada Monyet Ekor Panjang (Macaca
fascicularis) Asal Bali, Jawa Timur dan Sumatera” dapat diselesaikan.
Selama menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi, penulis
mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis
menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. drh. Dondin
Sajuthi, MST., Ph.D, Dr. Ir. Dedy Duryadi Solihin, DEA, dan Dr. Ir. R.R. Dyah
Perwitasari, M.Sc
selaku komisi pembimbing yang telah meluangkan waktu
untuk membimbing baik selama penelitian maupun penulisan disertasi ini.
Ucapan terimakasih juga penulis tujukan kepada Dekan Fapet dan Rektor UNUD
yang telah memberikan izin tugas belajar untuk mengikuti program doktor (S3) di
Program
Studi/Mayor
Primatologi
(PRM),
Sekolah
Pascasarjana
IPB.
Terimakasih juga kepada Rektor IPB, Dekan Pascasarjana IPB, Ketua Mayor
PRM serta seluruh staf pengajar dan administrasi
PRM.
Terimakasih juga
kepada tim manajemen Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS) Dirjen Dikti
Depdiknas yang memberikan dana pendidikan S3. Terimakasih juga kepada
team hibah doktor IPB, Yayasan Damandiri dan APPERI atas batuannya.
Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada drh. Nengah Budiarsa
(APPERI), Prof. Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer, Prof. Dr. IDK Harya Putra, Prof.
Dr. IB. Sudana, Prof. Dr. Ir. Hadi S. Alikodra, MS., Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri,
M.AgrSc., Prof. Dr. Ir. Muladno, MSA., Prof (R). Dr. Ir. M. Bismark, MS., Prof. Dr.
Agustin Fuentes, Kelly Lane, MSc. Dr. drh. I Nengah Wandia,
drh. Aida LT
Rompis, Dr. drh. I Kt. Suatha, drh. IGd. Soma MKes, drh. I Pt. Yasa, drh. Sri
Kayati Widyastuti MSi, drh I Putu Gede Yudi Arjentinia, Dr. drh. W. Batan MSi
dan staf pengelola Jurnal Veteriner, Dr. drh. N. Suarsana, MSi., Muharam
Saepulloh SSi., MSc., dr. Anwar Wardi SpS, M Nasir Spt., MSi., drh. Susana
Widjaya, Keni Sultan SPt., MSi., Ria Oktarina SPt., MSi., Nurjayanti Spt., Yana
dan teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. drh. Joko Pamungkas,
MSc., beserta staf, Dr. drh. Diah Iskandriati beserta staf,
drh. Diah Pawitri
beserta staf, drh. Prasojo Waludjo beserta staf, drh. Nyoman Sri Widiasih beserta
staf, di PSSP-IPB, Novita Anggraeni SPt., dan Ramdan di Laboratorium Biologi
dan Reproduksi PSSP-IPB, Dr. Soaloon Sinaga, Dr. Fitma, Dr. Roza Elvyra, Dr.
Agus Nuryanto, Dr. Agus Nasri, Dr. Jakaria, Pak Heri, Pak Pras, teman-teman
Punhawacana Bali dan adik-adik di Asrama Brahmacarya Cikuray 10 Bogor.
Kepada keluarga tercinta anak, istri, kakak, adik, Ibu, Bapak, dan seluruh
keluarga
besar,
penulis
menyampaikan
terimakasih
pengertian, dorongan dan doanya yang tak pernah putus.
atas
pengorbanan,
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bindu (Bali) , 30 November 1962. Penulis merupakan
anak ke empat dari delapan bersaudara dari pasangan I G A N Kembar dan I G
A K Rai. Penulis menikah dengan AAA Alit Adiari, SH dan dikaruniai dua putri
yaitu A A Angga Primantari (16 tahun) dan A A Anisca Primadwiyani (13 tahun).
Pendidikan sarjana ditempuh di Fakultas Kedokteran Hewan, IPB dan lulus
dokter hewan pada tahun 1988. Pada tahun 1994 penulis mendapat beasiswa
dari Tim Manajemen Program Doktor (TMPD) untuk studi S2 di Program Studi
Biologi, Program Pascasarjana IPB dan lulus tahun 1996. Penulis kembali
mendapat beasiswa dari Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS-DIKTI) untuk
melanjutkan program doktor pada Program Studi Primatologi, perguruan tinggi
yang sama.
Sampai saat ini, penulis
masih bekerja sebagai dosen pada
Fakultas Peternakan, Universitas Udayana sejak tahun 1989.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................
xv
PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
Latar Belakang ..................................................................................
1
Tujuan Penelitian...............................................................................
4
Hipotesis ...........................................................................................
4
Manfaat Penelitian ............................................................................
5
Kerangka Pemikiran ..........................................................................
5
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................
7
Monyet Ekor Panjang ........................................................................
7
Obesitas ............................................................................................
9
Melanokortin ......................................................................................
12
Reseptor Melanokortin 4 ...................................................................
14
Perubahan MC4R dan Akibatnya ............................................
15
Mutasi Gen MC4R ...................................................................
16
Klasifikasi Mutasi MC4R..........................................................
18
Mekanisme Molekuler Homeostasis Energi ......................................
20
Teknik PCR .......................................................................................
22
MATERI DAN METODE...............................................................................
24
Waktu dan Lokasi Penelitian..............................................................
24
Materi.................................................................................................
24
Monyet Ekor Panjang ...............................................................
24
Bahan dan Alat Pengambilan Sampel Darah dan Data
Fenotipe ...................................................................................
25
Bahan dan Alat Isolasi DNA......................................................
25
Bahan dan Alat Analisis PCR...................................................
26
Bahan dan Alat Elektroforesis...................................................
Metode...............................................................................................
26
Pengambilan Darah dan Data Fenotipe....................................
26
Ekstraksi DNA dari Darah.........................................................
27
Amplifikasi Gen MC4R.............................................................
28
Elektroforesis DNA Total dan Produk PCR..............................
29
26
Pengurutan Produk PCR..........................................................
30
Analisis Data......................................................................................
30
Analisis Data Fenotipe..............................................................
30
Analisis Data Molekuler............................................................
HASIL DAN PEMBAHASAN.......................................................................
32
Keragaman Fenotipe Obesitas Monyet Ekor Panjang.......................
34
Indeks Massa Tubuh, Bobot Badan dan Tinggi Duduk............
34
Lingkar Pinggang, Dada, Paha dan Lengan Atas....................
38
Tebal Lipatan Kulit Perut, Trisep, Paha, Punggung dan
Leher.........................................................................................
34
40
Analisis Korelasi Parameter Fenotipe.......................................
43
Analisis Komponen Utama........................................................
44
Obesitas dan Struktur Sosial....................................................
Karakteristik Genetik Gen MC4R Monyet Ekor Panjang...................
46
Amplifikasi Gen MC4R.............................................................
47
Keragaman Intra Populasi........................................................
48
Keragaman Antar Populasi.......................................................
48
Komposisi Nukleotida dan Asam Amino...................................
49
Analisis Filogeni........................................................................
50
Perbandingan Gen MC4R Monyet Ekor Panjang dengan
Organisme Lainnya...................................................................
Polimorfisme Gen MC4R pada Monyet Ekor Panjang.............
47
55
55
Asosiasi Mutasi MC4R dengan Fenotipe Obesitas pada
57
Monyet Ekor Panjang ............................... ...........................................................
60
PEMBAHASAN UMUM................................................................................
Fenotipe Obesitas....................................................................
60
Polimorfisme MC4R..................................................................
62
Hubungan Kegiatan Konservasi dengan Monyet Gemuk........
SIMPULAN DAN SARAN...........................................................................
66
Simpulan...................................................................................
67
Saran........................................................................................
67
67
DAFTAR PUSTAKA...................................................................................
68
LAMPIRAN .................................................................................................
75
DAFTAR TABEL
1
Halaman
Jumlah monyet ekor panjang jantan yang digunakan dalam
penelitian ini................................................................................................. 24
2
Indeks massa tubuh, bobot badan, dan tinggi duduk.................................. 34
3
Lingkar pinggang, dada, paha dan lengan atas ........................................ 38
4
Tebal lipatan kulit perut, trisep, paha, punggung dan leher ....................... 41
5
Nilai korelasi Pearson dan nilai P antar parameter fenotipe........................ 43
6
Rata-rata jumlah nukleotida dan asam amino yang berbeda pada
gen MC4R monyet ekor panjang dalam masing-masing populasi .............. 48
7
Matriks perbedaan basa nukleotida gen MC4R monyet ekor panjang
antar populasi............................................................................................... 49
8
Matriks perbedaan asam amino gen MC4R monyet ekor panjang
antar populasi............................................................................................... 49
9
Rata-rata komposisi nukleotida (%) pada gen MC4R monyet ekor
panjang.......................................................................................................... 49
10 Rata-rata komposisi asam amino (%) gen MC4R pada monyet
ekor panjang ................................................................................................ 50
11 Polimorfirme gen MC4R pada monyet ekor panjang ................................... 56
12 Jumlah substitusi transisi dan transversi pada gen MC4R
monyet ekor panjang..................................................................................... 57
13 Mutasi nonsinonim daerah penyandi gen MC4R monyet ekor panjang....... 57
14 Mutasi sinonim pada gen MC4R monyet ekor panjang................................ 59
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Kerangka pemikiran...................................................................................... 6
2
Obesitas pada monyet ekor panjang ........................................................... 10
3
Sinyal protein G yang mengatur produksi cAMP ......................................... 13
4
Organisasi gen MC4R ................................................................................. 14
5
Kejadian mutasi MC4R pada manusia ........................................................ 17
6
Klasifikasi mutasi MC4R pada manusia ..................................................... 19
7
Hormon yang mengatur nafsu makan ........................................................ 21
8
Peta lokasi asal monyet ekor panjang yang digunakan dalam penelitian... 25
9
Lokasi pengukuran lingkar bagian tubuh dan tebal lipatan kulit................... 27
10 Rata-rata indeks massa tubuh (IMT) monyet ekor panjang.......................... 35
11 Persentase kejadian obesitas monyet ekor panjang..................................... 35
12 Rata-rata tinggi duduk (TD) monyet ekor panjang........................................ 36
13 Rata-rata bobot badan (BB) monyet ekor panjang....................................... 37
14 Rata-rata lingkar pinggang (LPi), dada (LD), paha (LPh), dan lengan atas
(LTr) ............................................................................................................. 39
15 Rata-rata tebal lipatan kulit perut (TLkAb), leher (TLkLh), punggung
(TLkPg), paha (TLkPh), dan trisep(TLkTr) ................................................. 42
16 Plot komponen utama pertama dan komponen utama kedua.................... 45
17 Skema letak penempelan primer MC4R foward dan MC4R reverse
untuk mengamplifikasi gen MC4R monyet ekor panjang ............................ 47
18 Hasil elektroforesis beberapa produk PCR gen MC4R yang
diamplifikasi menggunakan pasangan primer MC4R .................................. 47
19 Filogram antar populasi yang dibuat dengan metode Neighbor Joining
(NJ) berdasarkan perbedaan nukleotida ...................................................... 51
20 Filogram antar populasi yang dibuat dengan metode NJ berdasarkan
perbedaan asam amino................................................................................. 51
21 Filogram monyet ekor panjang menggunakan metode NJ dan model
p distance dari nukleotida MC4R (999pb)..................................................... 52
22 Filogram monyet ekor panjang menggunakan metode NJ dan model
p distance dari asam amino MC4R (332 aa) .............................................. 53
23 Filogram menggunakan metode NJ dan model p distance
dari nukleotida gen MC4R (999pb) berbagai spesies primata...................... 55
24 Situs mutasi pada MC4R monyet ekor panjang............................................ 63
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Penjajaran nukleotida (n=999) gen MC4R monyet ekor panjang hasil
penelitian dengan urutan gen yang sama yang diperoleh dari
GenBank..................................................................................................... 76
2
Penjajaran asam amino (n=332) gen MC4R monyet ekor panjang hasil
penelitian dengan urutan gen yang sama yang diperoleh dari
GenBank ...................................................................................................
94
3
Analisis varian parameter fenotipe obesitas monyet ekor panjang........... 101
4
Nilai eigen dan loading factor pada analisis komponen utama................. 103
5
Kejadian mutasi pada MC4R pada monyet ekor panjang.......................... 104
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Saat ini, obesitas dianggap penyakit kompleks multifaktor yang disebabkan
oleh interaksi faktor genetik dan lingkungan (Hill dan Peters 1998). Menurut
WHO (World Health Organization 1997), obesitas merupakan salah satu dari 10
kondisi yang berisiko di seluruh dunia dan salah satu dari 5 kondisi yang berisiko
di negara-negara berkembang. Obesitas merupakan predisposisi utama untuk
kondisi terjadinya penyakit, terutama sindroma metabolik, diabetes melitus tipe 2
(DM tipe2) dan hipertensi.
Sindroma metabolik merupakan kelainan akibat
gangguan metabolik yang ditandai dengan hiperinsulinemia, resistensi insulin,
hiperglikemia, dislipidemia aterogenik dan hipertensi. Semua gejala ini
merupakan faktor risiko penting untuk penyakit kardiovaskuler. Di samping itu,
obesitas dianggap mempunyai andil dalam terjadinya berbagai penyakit kanker
seperti
kanker
kolon,
payudara
(pada
wanita
setelah
berhenti
haid),
endometrium, ginjal, esofagus (adenocarcinoma), lambung, pankreas, kandung
kemih, dan hati (Calle dan Kaaks 2004).
Pada umumnya kejadian obesitas banyak ditemukan pada usia dewasa
namun demikian obesitas dapat terjadi pada usia muda (anak-anak). Kejadian
yang dilaporkan WHO (2005) adalah sekitar 400 juta orang dewasa dan 20 juta
anak-anak mengalami obesitas.
Pada anak-anak, ada yang dikenal dengan
sindroma MC4R (melanocortin 4 receptor) ditandai dengan peningkatan
pertumbuhan, peningkatan lemak dan kepadatan mineral tulang, hiperfagia dan
hiberinsulinemia, yang akhirnya menyebabkan obesitas (Farooqi et al. 2000).
Hewan model (tikus dan monyet ekor panjang) juga menunjukkan gejala
obesitas yang mirip dengan manusia. Pada monyet ekor panjang, obesitas terjadi
pada monyet dewasa baik pada jantan maupun betina (Putra et al. 2006)
Walaupun demikian, monyet ekor panjang jantan pradewasa juga ada yang
menunjukkan gejala obesitas. Secara fenotipik, obesitas dapat dilihat antara lain
dari IMT (indeks massa tubuh) yang ditentukan oleh bobot badan dan tinggi
duduk, dan timbunan lemak di daerah perut yang ditunjukkan oleh tebal lipatan
kulit. Monyet ekor panjang mempunyai kemiripan pola obesitas dengan manusia
yang ditunjukkan dengan adanya penimbunan lemak di sekitar perut. Pada
monyet gemuk, timbunan lemak di daerah perut dapat dilihat dari adanya lipatan
kulit yang menggantung bila monyet tersebut berdiri atau berjalan. Timbunan
2
lemak ini juga dapat dilihat jelas bila monyet dalam keadaan duduk. Pada posisi
ini, perut monyet kelihatan buncit sebagai akibat dari adanya timbunan lemak
tersebut.
Keadaan obesitas pada monyet ekor panjang banyak dijumpai pada
monyet-monyet yang hidup di kawasan wisata di Bali.
Monyet-monyet ini
menunjukkan tanda-tanda obesitas dengan IMT sampai 61.57 kg/m2 pada jantan
dan 60.07 kg/m2 pada betina (Putra et al. 2006). IMT ini jauh lebih tinggi
dibandingkan dengan IMT normal pada manusia yaitu 18.5-24.9 kg/m2 (WHO
2005). Lebih jauh, dinyatakan bahwa 100% monyet jantan yang ada di Uluwatu
mengalami obesitas, sedangkan kejadian obesitas di daerah lainnya seperti
Sangeh, Alas Kedaton, Ubud, Pulaki, dan Bukit Gumang adalah bervariasi antara
12-75%. Kejadian obesitas ini tidak pernah ditemukan pada monyet anakan dan
remaja. Padahal obesitas pada manusia dapat terjadi baik pada bayi, anakanak, remaja maupun dewasa.
Gen yang berkaitan langsung maupun tidak langsung dengan kejadian
obesitas pada manusia telah diinventarisasi ada sebanyak 127 gen kandidat.
Dari 127 gen tersebut, sebelas diantaranya bersifat monogenik sehingga apabila
gen tersebut mengalami mutasi akan berakibat langsung pada timbulnya
obesitas (Rankinen et al. 2006). Mutasi pada gen tersebut berupa substitusi,
delesi, dan insersi. Hal ini telah dilaporkan terjadi pada gen MC4R. Lebih jauh
dinyatakan bahwa kejadian obesitas pada manusia akibat dari mutasi MC4R
(monogen) ini diwariskan secara dominan (Dubern et al. 2001; Challis dan Yeo
2002) walaupun prevalensi kejadiannya hanya berkisar antara 4-6% dari individu
yang mengalami obesitas (Lubrano-Berthelier et al. 2003). Individu lain yang
tidak mengalami mutasi pada gen MC4R tetapi secara fenotipik individu tersebut
gemuk maka diduga kejadian tersebut berasal dari pengaruh kandidat gen lain
yang berkontribusi pada obesitas (Mutch dan Clément 2006).
Hal tersebut
pernah dilaporkan pada tikus yang menunjukkan obesitas akibat terjadinya
mutasi pada gen LEPR (leptin receptor) padahal gen MC4Rnya tidak mengalami
mutasi (Pomp 1999).
MC4R adalah satu dari lima reseptor berprotein-G yang mengikat
melanokortin berperan mengatur perilaku makan dan homeostasis energi. Gen
MC4R pada manusia telah diurut secara penuh oleh Kopatz et al. (2003) dan
urutan urutannya telah dilaporkan dan dicatat dalam GenBank (NCBI=National
Center for Biotechnology Information) dengan kode akses AY236539. Gen ini
3
diketahui pertamakali oleh Yeo et al. (1998) sebagai gen yang berkontribusi atau
mempunyai asosiasi dengan obesitas akibat mutasi pada gen tersebut.
Tao
(2005) melaporkan lebih dari 70 jenis mutasi MC4R pada manusia yang
menyebabkan berkurang sampai hilangnya fungsi MC4R.
Bila MC4R tidak
berfungsi maka tidak ada pengisyaratan kekenyangan pada otak sehingga terjadi
peningkatan asupan pakan.
Peningkatan nafsu makan yang tidak disertai
dengan peningkatan penggunaan energi menyebabkan terjadinya penimbunan
energi dan mengarah pada obesitas.
Para peneliti telah banyak menggunakan primata
nonmanusia sebagai
model penelitian untuk mengetahui hubungan antara obesitas dengan penyakit
metabolik (Banks et al. 2003). Penelitian obesitas pada primata nonmanusia
dilakukan baik dengan memanipulasi dietnya (Astuti et al. 2007) maupun dengan
cara mengontrol aktivitas fisik dalam kandang individu (Hansen 2001). Pada
penelitian model obesitas secara alami pada kelompok monyet rhesus yang
hidup bebas di Pulau Cayo Santiago,
didapatkan terjadinya obesitas pada
populasinya sebanyak 7% (Schwartz et al. 1993). Belakangan ini, pada baboon
dewasa liar telah menunjukkan kejadian yang mirip sindroma metabolik yaitu
adanya peningkatan kadar leptin dalam serum darah, obesitas, hiperlipidemia
dan resistensi insulin (Banks et al. 2003).
Walaupun dalam penelitian sebelumnya lebih banyak menggunakan
rodensia sebagai hewan model untuk penelitian tentang obesitas, saat ini monyet
ekor panjang telah digunakan sebagai hewan model penelitian yang berkaitan
dengan obesitas (Chen et al. 2003). Banyak kesamaan fisiologi antara manusia
dan monyet ekor panjang yang menyebabkan monyet ekor panjang merupakan
hewan model obesitas yang lebih realistik dibandingkan spesies lain seperti
rodensia. Berdasar pada urutan gen MC4R yang telah diteliti oleh Kopatz et al.
(2003) dapat dibandingkan baik asam amino maupun nukleotida dari gen MC4R
manusia dengan monyet ekor panjang. Data MC4R monyet ekor panjang yang
didapatkan oleh Kusuda et al. (2002) dan tercatat di GenBank (NCBI) dengan
kode akses AB083317) menunjukkan kemiripan susunan asam amino (dari total
332 asam amino) dengan MC4R pada manusia yaitu sebesar 98.5%.
Sedangkan, MC4R tikus (kode akses NC_000084) mempunyai kesamaan 93.4%
dengan MC4R manusia.
Studi obesitas pada manusia bukan hal yang mudah karena pengaruh dari
faktor-faktor yang berkaitan dengan obesitas itu sendiri seperti heterogenitas,
4
serta interaksi gen-gen dan gen-lingkungan yang tak terkendali. Di samping itu,
karena alasan etika, penggunaan teknik invasif pada manusia untuk mengukur
ekspresi gen di dalam hipotalamus tidak dapat dilakukan. Oleh karena itu,
penggunaan hewan model merupakan suatu keharusan. Penggunaan hewan
model
dalam
penelitian
penyakit
manusia
memberi
keuntungan
untuk
mengungkap sifat (trait) yang heterogen dan poligen.
Penjelasan tentang gen yang menyebabkan obesitas pada hewan model
memberikan pengertian
pada mekanisme molekuler yang mengatur proses
fisiologi seperti keseimbangan energi. Seperti telah diungkapkan di atas, mutasi
MC4R pada manusia menunjukkan asosiasi dengan obesitas.
Pada hewan,
seperti babi, adanya mutasi gen MC4R menyebabkan peningkatan ketebalan
lemak punggung (Kim et al. 2000). Demikian juga pada tikus, bila gen MC4R ini
ditiadakan (knock out) maka tikus akan mengalami obesitas (Huszar et al. 1997).
Penelitian mengenai mutasi gen yang terkait dengan obesitas (MC4R) pada
monyet ekor panjang belum pernah dilakukan walaupun monyet ekor panjang
menunjukkan pola obesitas yang mirip dengan manusia. Untuk itu, perlu
dilakukan penelitian polimorfisme gen MC4R pada monyet ekor panjang untuk
menunjang pengembangan monyet ekor panjang sebagai hewan model obesitas
pada manusia. Polimorfisme gen yang berkaitan dengan obesitas pada monyet
ekor panjang dapat memperjelas mekanisme obesitas di tingkat molekuler yang
dapat dimanfaatkan sebagai hewan model bagi manusia.
Tujuan Penelitian
1. Mengidentifikasi variasi gen (MC4R) yang berhubungan dengan obesitas
pada monyet ekor panjang di Bali, Jawa Timur dan Sumatera.
2. Mengkaji variasi fenotipe obesitas pada monyet ekor panjang di Bali, Jawa
Timur dan Sumatera.
3. Mendapatkan asosiasi mutasi gen MC4R dengan obesitas monyet ekor
panjang
Hipotesis
1. Ada variasi fenotipe pada monyet ekor panjang gemuk.
2. Ada mutasi gen MC4R pada monyet ekor panjang.
3. Ada asosiasi mutasi pada gen MC4R dengan obesitas
5
Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi tentang mutasi gen MC4R pada monyet ekor panjang
2. Sebagai data dasar untuk penelitian obesitas pada manusia.
3. Memberikan gambaran gen yang ikut terlibat dalam obesitas hewan model.
4. Pengembangan penanda genetik obesitas
Kerangka Pemikiran
Saat ini, obesitas pada
manusia dianggap sebagai penyakit multi
kompleks dan merupakan predisposisi penyakit diabetes, kardiovaskuler dan
kanker. Obesitas disebabkan oleh faktor genetik dan lingkungan atau interkasi
kedua faktor tersebut. Adanya mutasi pada gen MC4R dianggap berperan dalam
terjadinya obesitas.
Sementara itu pada hewan model, misalnya tikus, yang
dihilangkan (knock out) gen MC4Rnya menunjukkan gejala obesitas. Sebagai
hewan model, monyet ekor panjang banyak dipakai dalam penelitian biomedis
baik
sebagai
model
penyakit
maupun
untuk
pengujian
obat
sebelum
diaplikasikan pada manusia karena monyet ekor panjang memiliki kemiripan
dengan manusia. Di samping itu, hewan ini juga dapat
menunjukkan gejala
obesitas. Kejadian obesitas pada hewan ini banyak ditemukan di Bali terutama
monyet ekor panjang yang hidup di daerah pariwisata. Walaupun demikian,
penelitian tentang variasi gen terkait dengan obesitas pada monyet ekor panjang
belum pernah dilakukan. Hal ini sangat penting untuk diteliti apakah kejadian
mutasi gen MC4R yang terkait obesitas pada manusia juga terjadi pada monyet
ekor panjang yang mengalami obesitas. Lingkungan, habitat, dan pengelolaan
yang berbeda dapat menyebabkan perbedaan fenotipe obesitas. Hal ini berkaitan
dengan
ketersediaan pakan bagi monyet ekor panjang.
Untuk itu, perlu
dilakukan pendekatan genotipe dan fenotipe obesitas monyet ekor panjang yang
berasal dari berbagai lokasi sehingga diperoleh gambaran obesitas pada monyet
ekor panjang. Di samping itu, penelitian ini membuka peluang untuk
pengembangan marka genetik obesitas pada monyet ekor panjang. Skema
kerangka pemikiran disajikan pada Gambar 1.
6
Gambar 1 Kerangka pemikiran
TINJAUAN PUSTAKA
Monyet Ekor Panjang
Monyet ekor panjang termasuk kelompok monyet dunia lama (Old World
monkey) dan diklasifikasikan sebagai berikut (Wilson dan Reeder 2005):
Kelas
: Mammalia
Ordo
: Primates
Subordo
: Haplorrhini
Infraordo
: Simiiformis
Superfamili : Cercopithecoidea
Famili
: Cercopithecidae
Subfamili
: Cercopithecinae
Genus
: Macaca
Spesies
: Macaca fascicularis (Raffles, 1821).
Monyet ekor panjang sering disebut juga crab-eating macaque atau
cynomolgus macaque. Lebih jauh, dinyatakan bahwa monyet ekor panjang terdiri
atas 10 subspesies yaitu: M. f. fascicularis, M. f. aurea, M. f. umbrosa, M. f.
atriceps, M. f. condorensis, M. f. fusca, M. f. lasiae, M. f. tua, M. f.
karimondjawae, dan M. f. philippinensis. Di lain pihak, Supriatna dan Wahyono
(2000) melaporkan ada empat subspesies monyet ekor panjang di Indonesia,
yaitu M. f. fascicularis, (Pulau Sumatera, Kalimantan, Jawa, Bali, Lombok,
Sumbawa, Flores, Sumba dan Timor), M. f. fusca (Pulau Simaleu, Sumatera), M.
f. karimondjawae (Pulau Karimunjawa, Jawa Tengah), dan M. f. lasiae (Pulau
Lasia).
Monyet ekor panjang menyebar di Asia Tenggara (termasuk Burma bagian
Selatan), Thailand bagian Timur, Kamboja, Laos bagian Selatan, Vietnam, dan
Malaysia. Di samping itu, monyet ekor panjang telah diintroduksi ke beberapa
lokasi antara lain: Hong Kong, Papua dan Tinjil di Indonesia, Pulau Angaur di
Palau, dan Mauritius (Kemp dan Burnett 2003). Di Indonesia, monyet ini
ditemukan di P