Penambatan Molekuler: Eksplorasi Inhibitor Sodium Glucose Co-transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal Indonesia sebagai Terapi Diabetes Melitus Tipe 2.
PENAMBATAN MOLEKULER: EKSPLORASI INHIBITOR SODIUM
GLUCOSE CO-TRANSPORTER 2 DARI SENYAWA TANAMAN HERBAL
INDONESIA SEBAGAI TERAPI DIABETES MELITUS TIPE 2
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran
RAFI AMANDA REZKIA A.
G0012171
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
Surakarta
2015
PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi dengan Judul: Penambatan Molekuler: Eksplorasi Inhibitor Sodium
Glucose Co-transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal Indonesia sebagai
Terapi Diabetes Melitus Tipe 2
Rafi Amanda Rezkia A, NIM: G0012171, Tahun: 2015
Telah diuji dan sudah disahkan di hadapan Dewan Penguji Skripsi
Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret
Pada Hari Senin, 14 Desember 2015
Pembimbing Utama
Nama : Dono Indarto, dr., M.Biotech.St., Ph.D., AIFM
NIP : 19670104 199601 1 001
...............................
Pembimbing Pendamping
Nama : Balgis, dr., M.Sc., CM, FM
NIP : 19640719 199903 2 003
...............................
Penguji Utama
Nama : Ratna Kusumawati, dr., M.Biomed
NIP : 19810401 200501 2 001
...............................
Penguji Pendamping
Nama : Yuliana Heri Suselo, dr., M.Sc.
NIP : 19800718 200604 2 001
...............................
Surakarta, __________________
Ketua Tim Skripsi
Ketua Program Studi
Kusmadewi Eka Damayanti, dr., M.Gizi
NIP 19830509 200801 2 005
ii
Sinu Andhi Jusup, dr., M.Kes.
NIP 19700607 200112 1 002
PERNYATAAN
Dengan ini menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan
sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam
naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 14 Desember 2015
Rafi Amanda Rezkia A.
NIM. G0012171
iii
ABSTRAK
Rafi Amanda Rezkia A, G0012171, 2015. Penambatan Molekuler: Eksplorasi
Inhibitor Sodium Glucose Co-transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal
Indonesia sebagai Terapi Diabetes Melitus Tipe 2. Skripsi. Fakultas Kedokteran,
Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Latar Belakang : Sekitar 95% penderita diabetes melitus (DM) di dunia
merupakan penderita DM tipe 2. Keberhasilan terapi DM saat ini sangat
bergantung pada pemakaian obat antidiabetes dengan efektivitas hanya 25-50%.
Inhibitor sodium glucose co-transporter 2 (SGLT2) adalah obat anti diabetes baru
yang ditujukan untuk terapi personal penderita DM tipe 2 yang mengalami mutasi
SGLT2 di ginjal. Mutasi SGLT2 menyebabkan peningkatan reabsorpsi glukosa
sehingga memperburuk keadaan hiperglikemia. Saat ini inhibitor SGLT2 belum
tersedia di Indonesia. Banyak tanaman herbal Indonesia yang dapat dimanfaatkan
untuk terapi alternatif suatu penyakit termasuk DM. Penelitian ini bertujuan untuk
mengeksplorasi senyawa tanaman herbal Indonesia yang memiliki aktivitas
sebagai inhibitor SGLT2 untuk pengembangan terapi DM tipe 2.
Metode Penelitian : Penelitian ini merupakan penelitian bioinformatika. Struktur
tiga dimensi SGLT2 diperoleh melalui pemodelan homologi di laman SWISSMODEL. Senyawa standar yang digunakan adalah struktur tiga dimensi
dapagliflozin yang diunduh dari basis data ZINC dengan kode akses
ZINC03819138. Sampel penelitian adalah seluruh senyawa tanaman herbal
Indonesia yang memiliki struktur tiga dimensi (dalam basis data HerbalDB dan
PubChem) dan memenuhi kriteria Lipinski’s rule of five. Penambatan molekuler
antara senyawa tanaman herbal Indonesia dengan SGLT2 dilakukan dengan
software AutodockVina 1.1.2 sebanyak tiga kali untuk mendapatkan energi ikatan
dalam satuan kkal/mol. Lokasi interaksi yang terjadi dianalisis dengan
menggunakan software PyMol 1.7 dan Chimera 1.9. Senyawa dengan energi
ikatan lebih rendah dan berikatan mirip dengan dapagliflozin dipilih sebagai
kandidat inhibitor SGLT2.
Hasil Penelitian : Validasi SGLT2 dengan dapagliflozin menghasilkan energi
ikatan -9,0 kkal/mol dan terjadi interaksi di residu Asn 75, Gly 79, dan His 80.
Dari 422 sampel, didapatkan 29 senyawa dengan energi ikatan lebih rendah
daripada dapagliflozin, tetapi hanya senyawa epicatechin gallate yang berinteraksi
di ketiga residu binding site yang sama dengan dapagliflozin.
Simpulan : Epicatechin gallate yang terdapat pada spesies Averrhoa carambola
diprediksi sebagai inhibitor SGLT2 yang lebih poten dibandingkan dapagliflozin
secara komputasional. Penelitian in vitro sebaiknya dilakukan untuk menguji
aktivitas epicatechin gallate sebagai inhibitor SGLT2.
Keywords: DM tipe 2, penambatan molekuler, senyawa tanaman herbal
Indonesia, SGLT2.
iv
ABSTRACT
Rafi Amanda Rezkia A, G0012171, 2015. Molecular Docking: Exploration of
Sodium Glucose Co-transporter 2 Inhibitor from Indonesian Herbal Plants
Compounds for Type 2 Diabetes Therapy. Mini Thesis. Faculty of Medicine,
Sebelas Maret University, Surakarta.
Background : Around 95% of diabetes patients in the world are patients of type 2
diabetes (T2DM). Nowadays, the success of therapy relies on the use of anti
diabetic drugs with number of effectiveness is only about 25-50%. SGLT2
inhibitor is a new anti diabetic agent. This agent is directed for personalize
medicine of patients with type 2 diabetes (T2DM) who have SGLT2 mutation in
the kidney. Physiologically, SGLT2 has to reabsorb glucose in the kidney tubules.
In T2DM patients, SGLT2 mutation enhances glucose reabsorption that
hyperglycemia becomes worse. SGLT2 inhibitor is currently not available in
Indonesian market. There are many Indonesian herbal plants which are widely
used for alternative therapy of some diseases including diabetes. The aim of this
study was to explore active compounds of Indonesian herbal plants as SGLT2
inhibitor for T2DM therapy.
Methods: This research was a bioinformatic study. The three-dimensional
structure of SGLT2 was determined using homology modelling with SWISSMODEL. The molecular structure of dapagliflozin was used as a standard
compound and obtained from ZINC database with ZINC03819138 access code.
All Indonesian herbal plants that have three-dimensional structures, were
registered in HerbalDB and PubChem database, and fulfilled Lipinski’s rule of
five criteria were used in this study. All compounds were docked three times on
SGLT2 by AutodockVina 1.1.2 software to obtain binding affinities in kcal/mol
unit. Sites of compound-SGLT2 binding complexes were analyzed using PyMol
1.7 and Chimera 1.9 software. Compounds that have lower binding affinity and
similar interaction to dapagliflozin was selected as SGLT2 inhibitor candidates.
Results: SGLT2 was validated with dapagliflozin with 9.0 kcal/mol binding
affinity. The standard compound interacted with SGLT2 at Asn 75, Gly 79, and
His 80 residues. From 422 samples, 29 compounds with lower binding affinities
than dapagliflozin was obtained, but only epicatechin gallate that had similar
binding interaction at all three residues with dapagliflozin.
Conclusion: Epicatechin gallate that can be found in Averrhoa carambola species
was computationally predicted to be a more potent SGLT2 inhibitor than
dapagliflozin. In vitro study should be conducted to confirm epicatechin gallate
activity as SGLT2 inhibitor.
Keywords: Type 2 diabetes, molecular docking, Indonesian herbal plants
compounds, SGLT2.
v
PRAKATA
Segala puji syukur penulis berikan kepada Allah SWT atas segala berkah,
rahmat, serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
skripsi dengan judul “Penambatan Molekuler: Eksplorasi Inhibitor Sodium
Glucose Co-Transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal Indonesia sebagai
Terapi Diabetes Melitus Tipe 2”.
Penulis menyadari bahwa penelitian ini tidak lepas dari kerjasama dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh rasa hormat, penulis
mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Dr. Hartono, dr., M.Si selaku Dekan Fakultas Kedokteran Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
2. Dono Indarto, dr.,M.Biotech.St.,Ph.D.,AIFM selaku Pembimbing Utama dan
Balgis, dr., M.Sc., CM, FM selaku Pembimbing Pendamping yang telah
meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan saran yang
membangun hingga terselesaikannya skripsi ini.
3. Ratna Kusumawati, dr.,M.Biomed selaku Penguji Utama dan Yuliana Heri
Suselo, dr., M.Sc. selaku Penguji Pendamping yang telah berkenan menguji
dan memberikan saran dalam penyusunan skripsi ini.
4. Kusmadewi Eka Damayanti, dr., M.Gizi selaku Ketua Tim Skripsi FK UNS,
Yulia Sari, S.Si, M.Si selaku Sekretaris Tim Skripsi FK UNS, Maryani, dr.,
M.Si., Sp.MK selaku penguji dari Tim Skripsi beserta Sri Enny Narbrietty,
S.H., M.H. dan Bp. Sunardi selaku Sekretariat Tim Skripsi FK UNS
5. Yang tercinta Ayahanda Amradani, S.E., Ibunda Dra. Tintin Sumarni, M.H.,
Bung Pandu Prayoga, S.H., Kyai Drs. Ahmad Basyar AH, M.M., beserta
seluruh keluarga besar, yang senantiasa mendoakan, memberikan dukungan
dan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
6. Prathita Nityasewaka dan Asti Swari P sebagai teman seperjuangan serta Mas
Yoga Mulia Pratama, S.Ked., yang telah sabar membantu dalam praktek
penambatan molekuler.
7. Sahabat terkasih Erika V, Mutiani Rizki, Ni Nyoman W, Fentysa Davisni,
Diantika Khairani, Keluarga cemara A1, kelompok tutorial yeah A9 yang
telah memberikan semangat dan bantuan dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penelitian dan
penyusunan skripsi ini. Saran, koreksi, dan tanggapan dari semua pihak sangat
penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh pembaca.
Surakarta, 14 Desember 2015
Rafi Amanda Rezkia A.
vi
DAFTAR ISI
PRAKATA .......................................................................................................... vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
A. Latar Belakang Masalah .................................................................... 1
B. Rumusan Masalah ............................................................................. 4
C. Tujuan Penelitian .............................................................................. 4
D. Manfaat Penelitian ............................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 6
A. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 6
1. Diabetes Melitus Tipe 2 .............................................................. 6
2. Manajemen Penatalaksanaan DM Tipe 2 .................................... 6
3. Peran Ginjal dalam Homeostasis Glukosa pada Penderita DM
Tipe 2 .......................................................................................... 13
4. Sodium Glucose Co-transporter ................................................. 15
5. Inhibitor SGLT2 pada Terapi DM tipe 2 .................................... 18
6. Tanaman Herbal .......................................................................... 20
a. Senyawa Tanaman Herbal yang Bermanfaat
vii
dalam Pengobatan................................................................. 20
b. Pemanfaatan Tanaman Herbal untuk Terapi DM
Tipe 2 .................................................................................... 22
7. Penambatan Molekuler ............................................................... 24
a. Dasar Penambatan Molekuler .............................................. 24
b. Program Penambatan Molekuler : AutoDock Vina .............. 26
c. Basis Data dan Pemodelan Homologi ................................. 27
d. Lipinski’s Rule of Five .......................................................... 30
e. Aplikasi Penambatan Molekuler terhadap
Pengembangan Obat ............................................................. 31
B. Kerangka Pemikiran .......................................................................... 33
BAB III METODE PENELITIAN...................................................................... 34
A. Jenis Penelitian .................................................................................. 34
B. Lokasi Penelitian ............................................................................... 34
C. Sampel Penelitian .............................................................................. 34
D. Alur Penelitian .................................................................................. 35
E. Instrumen Penelitian.......................................................................... 36
F. Cara Kerja ......................................................................................... 37
G. Teknik Analisis Data ......................................................................... 39
BAB IV HASIL PENELITIAN .......................................................................... 40
A. Pemodelan Homologi SGLT2 ........................................................... 40
B. Validasi Penambatan Molekuler SGLT2 dengan Senyawa
Standar............................................................................................... 42
viii
C. Hasil Penambatan Molekuler SGLT2 dengan Senyawa
Tanaman Herbal Indonesia ............................................................... 43
BAB V PEMBAHASAN .................................................................................... 46
A. Analisis Karakteristik Molekuler dengan Kriteria Lipinski’s
Rule of Five ....................................................................................... 50
B. Analisis Fungsi Terapeutik dan Sumber Tanaman Senyawa
Tanaman Herbal Indonesia yang Berpotensi sebagai Inhibitor
SGLT2 ............................................................................................... 53
C. Keterbatasan Penelitian ..................................................................... 56
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN.................................................................. 57
A. Simpulan ........................................................................................... 57
B. Saran .................................................................................................. 58
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 59
LAMPIRAN ........................................................................................................ 71
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi substrat dan distribusi varian SGLT ................................ 15
Tabel 2.2. Daftar beberapa senyawa metabolit sekunder dan manfaatnya untuk
kesehatan ............................................................................................ 21
Tabel 2.3. Beberapa contoh keberhasilan pengembangan obat dengan metode
penambatan molekuler ....................................................................... 32
Tabel 4.1. Daftar senyawa hasil penambatan molekuler dengan energi ikatan
lebih rendah dibandingkan dengan standar dan memiliki interaksi
dengan binding site SGLT2................................................................ 45
Tabel 5.1. Perbandingan
karakteristik
molekuler
lima
senyawa
hasil
penambatan molekuler dengan dapagliflozin..................................... 51
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mekanisme kerja metformin di sel hepar ....................................... 9
Gambar 2.2. Transpor glukosa oleh SGLT dan GLUT di tubulus proksimal
ginjal .............................................................................................. 15
Gambar 2.3. Topologi struktur vSGLT ............................................................... 17
Gambar 2.4. Struktur superposisi binding site antara vSGLT dan SGLT2 ......... 18
Gambar 4.1. Superposisi struktur tiga dimensi hasil pemodelan homologi
SGLT2 dan template vSGLT ........................................................ 40
Gambar 4.2. Sequence alignment antara SGLT2 dengan template ................... 41
Gambar 4.3. Kurva interpretasi hasil pemodelan homologi ................................ 42
Gambar 4.4. Hasil visualisasi penambatan molekuler SGLT2-dapagliflozin ..... 43
Gambar 5.1. Hasil visualisasi senyawa kelompok A yang memiliki ikatan mirip
dengan dapagliflozin ........................................................................ 48
Gambar 5.2. Hasil visualisasi senyawa kelompok B dan C yang memiliki ikatan
mirip dengan dapagliflozin ............................................................... 50
Gambar 5.3. Struktur dua dimensi senyawa ellagic acid dengan delapan atom
O dan dapagliflozin dengan enam atom O .................................... 52
Gambar 5.4. Struktur dua dimensi senyawa epicatechin gallate ........................ 53
Gambar 5.5. Perbandingan struktur 2 dimensi senyawa gibberellin A1, A4,
A9, dan A20................................................................................... 55
Gambar 5.6. Struktur dua dimensi brucine dan aricine ...................................... 56
xi
DAFTAR SINGKATAN
AGi
: alpha glucosidase inhibitor
Ala
: alanine
AMPK
: adenosine monophosphate kinase
Asn
: asparagine
ATP
: adenosine triphosphate
DM
: diabetes melitus
DPP-4
: dipeptidil peptidase-4
Gln
: glutamine
Glu
: glutamic acid
GLUT
: facilitative glucose transporter
Gly
: glycine
His
: histidine
ILS
: iterated local search
Lys
: lysine
OAD
: obat antidiabetes
OCT1
: organic cation transporter
PDB
: protein data bank
PDK4
: pyruvate dehydrogenase kinase 4
PGC1-α
: peroxisome proliferator-activated receptor coactivator 1- α
Phe
: phenylalanine
PPAR β/δ
: peroxisome proliferator-activated receptor β/δ
xii
SBVS
: structure-based virtual screening
Ser
: serine
SGLT
: sodium glucose co-transporter
SLC
: Solute carrier family
SU
: sulfonilurea
TM
: transmembrane helices
Trp
: tryptophan
Tyr
: tyrosine
TZD
: tiazolidindion
Val
: valine
VS
: virtual screening
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Pemodelan Homologi SGLT2 oleh Laman SWISS-MODEL ........ 71
Lampiran 2. Daftar Sampel Senyawa Tanaman Herbal Indonesia ................... .72
Lampiran 3. Visualisasi Hasil Penambatan Molekuler SGLT2 dengan 29 Senyawa Tanaman
Herbal Indonesia yang Memiliki Ikatan Lebih Rendah dari Standar .................. 78
xiv
GLUCOSE CO-TRANSPORTER 2 DARI SENYAWA TANAMAN HERBAL
INDONESIA SEBAGAI TERAPI DIABETES MELITUS TIPE 2
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran
RAFI AMANDA REZKIA A.
G0012171
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
Surakarta
2015
PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi dengan Judul: Penambatan Molekuler: Eksplorasi Inhibitor Sodium
Glucose Co-transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal Indonesia sebagai
Terapi Diabetes Melitus Tipe 2
Rafi Amanda Rezkia A, NIM: G0012171, Tahun: 2015
Telah diuji dan sudah disahkan di hadapan Dewan Penguji Skripsi
Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret
Pada Hari Senin, 14 Desember 2015
Pembimbing Utama
Nama : Dono Indarto, dr., M.Biotech.St., Ph.D., AIFM
NIP : 19670104 199601 1 001
...............................
Pembimbing Pendamping
Nama : Balgis, dr., M.Sc., CM, FM
NIP : 19640719 199903 2 003
...............................
Penguji Utama
Nama : Ratna Kusumawati, dr., M.Biomed
NIP : 19810401 200501 2 001
...............................
Penguji Pendamping
Nama : Yuliana Heri Suselo, dr., M.Sc.
NIP : 19800718 200604 2 001
...............................
Surakarta, __________________
Ketua Tim Skripsi
Ketua Program Studi
Kusmadewi Eka Damayanti, dr., M.Gizi
NIP 19830509 200801 2 005
ii
Sinu Andhi Jusup, dr., M.Kes.
NIP 19700607 200112 1 002
PERNYATAAN
Dengan ini menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan
sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam
naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 14 Desember 2015
Rafi Amanda Rezkia A.
NIM. G0012171
iii
ABSTRAK
Rafi Amanda Rezkia A, G0012171, 2015. Penambatan Molekuler: Eksplorasi
Inhibitor Sodium Glucose Co-transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal
Indonesia sebagai Terapi Diabetes Melitus Tipe 2. Skripsi. Fakultas Kedokteran,
Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Latar Belakang : Sekitar 95% penderita diabetes melitus (DM) di dunia
merupakan penderita DM tipe 2. Keberhasilan terapi DM saat ini sangat
bergantung pada pemakaian obat antidiabetes dengan efektivitas hanya 25-50%.
Inhibitor sodium glucose co-transporter 2 (SGLT2) adalah obat anti diabetes baru
yang ditujukan untuk terapi personal penderita DM tipe 2 yang mengalami mutasi
SGLT2 di ginjal. Mutasi SGLT2 menyebabkan peningkatan reabsorpsi glukosa
sehingga memperburuk keadaan hiperglikemia. Saat ini inhibitor SGLT2 belum
tersedia di Indonesia. Banyak tanaman herbal Indonesia yang dapat dimanfaatkan
untuk terapi alternatif suatu penyakit termasuk DM. Penelitian ini bertujuan untuk
mengeksplorasi senyawa tanaman herbal Indonesia yang memiliki aktivitas
sebagai inhibitor SGLT2 untuk pengembangan terapi DM tipe 2.
Metode Penelitian : Penelitian ini merupakan penelitian bioinformatika. Struktur
tiga dimensi SGLT2 diperoleh melalui pemodelan homologi di laman SWISSMODEL. Senyawa standar yang digunakan adalah struktur tiga dimensi
dapagliflozin yang diunduh dari basis data ZINC dengan kode akses
ZINC03819138. Sampel penelitian adalah seluruh senyawa tanaman herbal
Indonesia yang memiliki struktur tiga dimensi (dalam basis data HerbalDB dan
PubChem) dan memenuhi kriteria Lipinski’s rule of five. Penambatan molekuler
antara senyawa tanaman herbal Indonesia dengan SGLT2 dilakukan dengan
software AutodockVina 1.1.2 sebanyak tiga kali untuk mendapatkan energi ikatan
dalam satuan kkal/mol. Lokasi interaksi yang terjadi dianalisis dengan
menggunakan software PyMol 1.7 dan Chimera 1.9. Senyawa dengan energi
ikatan lebih rendah dan berikatan mirip dengan dapagliflozin dipilih sebagai
kandidat inhibitor SGLT2.
Hasil Penelitian : Validasi SGLT2 dengan dapagliflozin menghasilkan energi
ikatan -9,0 kkal/mol dan terjadi interaksi di residu Asn 75, Gly 79, dan His 80.
Dari 422 sampel, didapatkan 29 senyawa dengan energi ikatan lebih rendah
daripada dapagliflozin, tetapi hanya senyawa epicatechin gallate yang berinteraksi
di ketiga residu binding site yang sama dengan dapagliflozin.
Simpulan : Epicatechin gallate yang terdapat pada spesies Averrhoa carambola
diprediksi sebagai inhibitor SGLT2 yang lebih poten dibandingkan dapagliflozin
secara komputasional. Penelitian in vitro sebaiknya dilakukan untuk menguji
aktivitas epicatechin gallate sebagai inhibitor SGLT2.
Keywords: DM tipe 2, penambatan molekuler, senyawa tanaman herbal
Indonesia, SGLT2.
iv
ABSTRACT
Rafi Amanda Rezkia A, G0012171, 2015. Molecular Docking: Exploration of
Sodium Glucose Co-transporter 2 Inhibitor from Indonesian Herbal Plants
Compounds for Type 2 Diabetes Therapy. Mini Thesis. Faculty of Medicine,
Sebelas Maret University, Surakarta.
Background : Around 95% of diabetes patients in the world are patients of type 2
diabetes (T2DM). Nowadays, the success of therapy relies on the use of anti
diabetic drugs with number of effectiveness is only about 25-50%. SGLT2
inhibitor is a new anti diabetic agent. This agent is directed for personalize
medicine of patients with type 2 diabetes (T2DM) who have SGLT2 mutation in
the kidney. Physiologically, SGLT2 has to reabsorb glucose in the kidney tubules.
In T2DM patients, SGLT2 mutation enhances glucose reabsorption that
hyperglycemia becomes worse. SGLT2 inhibitor is currently not available in
Indonesian market. There are many Indonesian herbal plants which are widely
used for alternative therapy of some diseases including diabetes. The aim of this
study was to explore active compounds of Indonesian herbal plants as SGLT2
inhibitor for T2DM therapy.
Methods: This research was a bioinformatic study. The three-dimensional
structure of SGLT2 was determined using homology modelling with SWISSMODEL. The molecular structure of dapagliflozin was used as a standard
compound and obtained from ZINC database with ZINC03819138 access code.
All Indonesian herbal plants that have three-dimensional structures, were
registered in HerbalDB and PubChem database, and fulfilled Lipinski’s rule of
five criteria were used in this study. All compounds were docked three times on
SGLT2 by AutodockVina 1.1.2 software to obtain binding affinities in kcal/mol
unit. Sites of compound-SGLT2 binding complexes were analyzed using PyMol
1.7 and Chimera 1.9 software. Compounds that have lower binding affinity and
similar interaction to dapagliflozin was selected as SGLT2 inhibitor candidates.
Results: SGLT2 was validated with dapagliflozin with 9.0 kcal/mol binding
affinity. The standard compound interacted with SGLT2 at Asn 75, Gly 79, and
His 80 residues. From 422 samples, 29 compounds with lower binding affinities
than dapagliflozin was obtained, but only epicatechin gallate that had similar
binding interaction at all three residues with dapagliflozin.
Conclusion: Epicatechin gallate that can be found in Averrhoa carambola species
was computationally predicted to be a more potent SGLT2 inhibitor than
dapagliflozin. In vitro study should be conducted to confirm epicatechin gallate
activity as SGLT2 inhibitor.
Keywords: Type 2 diabetes, molecular docking, Indonesian herbal plants
compounds, SGLT2.
v
PRAKATA
Segala puji syukur penulis berikan kepada Allah SWT atas segala berkah,
rahmat, serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
skripsi dengan judul “Penambatan Molekuler: Eksplorasi Inhibitor Sodium
Glucose Co-Transporter 2 dari Senyawa Tanaman Herbal Indonesia sebagai
Terapi Diabetes Melitus Tipe 2”.
Penulis menyadari bahwa penelitian ini tidak lepas dari kerjasama dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh rasa hormat, penulis
mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Dr. Hartono, dr., M.Si selaku Dekan Fakultas Kedokteran Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
2. Dono Indarto, dr.,M.Biotech.St.,Ph.D.,AIFM selaku Pembimbing Utama dan
Balgis, dr., M.Sc., CM, FM selaku Pembimbing Pendamping yang telah
meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan saran yang
membangun hingga terselesaikannya skripsi ini.
3. Ratna Kusumawati, dr.,M.Biomed selaku Penguji Utama dan Yuliana Heri
Suselo, dr., M.Sc. selaku Penguji Pendamping yang telah berkenan menguji
dan memberikan saran dalam penyusunan skripsi ini.
4. Kusmadewi Eka Damayanti, dr., M.Gizi selaku Ketua Tim Skripsi FK UNS,
Yulia Sari, S.Si, M.Si selaku Sekretaris Tim Skripsi FK UNS, Maryani, dr.,
M.Si., Sp.MK selaku penguji dari Tim Skripsi beserta Sri Enny Narbrietty,
S.H., M.H. dan Bp. Sunardi selaku Sekretariat Tim Skripsi FK UNS
5. Yang tercinta Ayahanda Amradani, S.E., Ibunda Dra. Tintin Sumarni, M.H.,
Bung Pandu Prayoga, S.H., Kyai Drs. Ahmad Basyar AH, M.M., beserta
seluruh keluarga besar, yang senantiasa mendoakan, memberikan dukungan
dan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
6. Prathita Nityasewaka dan Asti Swari P sebagai teman seperjuangan serta Mas
Yoga Mulia Pratama, S.Ked., yang telah sabar membantu dalam praktek
penambatan molekuler.
7. Sahabat terkasih Erika V, Mutiani Rizki, Ni Nyoman W, Fentysa Davisni,
Diantika Khairani, Keluarga cemara A1, kelompok tutorial yeah A9 yang
telah memberikan semangat dan bantuan dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penelitian dan
penyusunan skripsi ini. Saran, koreksi, dan tanggapan dari semua pihak sangat
penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh pembaca.
Surakarta, 14 Desember 2015
Rafi Amanda Rezkia A.
vi
DAFTAR ISI
PRAKATA .......................................................................................................... vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
A. Latar Belakang Masalah .................................................................... 1
B. Rumusan Masalah ............................................................................. 4
C. Tujuan Penelitian .............................................................................. 4
D. Manfaat Penelitian ............................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 6
A. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 6
1. Diabetes Melitus Tipe 2 .............................................................. 6
2. Manajemen Penatalaksanaan DM Tipe 2 .................................... 6
3. Peran Ginjal dalam Homeostasis Glukosa pada Penderita DM
Tipe 2 .......................................................................................... 13
4. Sodium Glucose Co-transporter ................................................. 15
5. Inhibitor SGLT2 pada Terapi DM tipe 2 .................................... 18
6. Tanaman Herbal .......................................................................... 20
a. Senyawa Tanaman Herbal yang Bermanfaat
vii
dalam Pengobatan................................................................. 20
b. Pemanfaatan Tanaman Herbal untuk Terapi DM
Tipe 2 .................................................................................... 22
7. Penambatan Molekuler ............................................................... 24
a. Dasar Penambatan Molekuler .............................................. 24
b. Program Penambatan Molekuler : AutoDock Vina .............. 26
c. Basis Data dan Pemodelan Homologi ................................. 27
d. Lipinski’s Rule of Five .......................................................... 30
e. Aplikasi Penambatan Molekuler terhadap
Pengembangan Obat ............................................................. 31
B. Kerangka Pemikiran .......................................................................... 33
BAB III METODE PENELITIAN...................................................................... 34
A. Jenis Penelitian .................................................................................. 34
B. Lokasi Penelitian ............................................................................... 34
C. Sampel Penelitian .............................................................................. 34
D. Alur Penelitian .................................................................................. 35
E. Instrumen Penelitian.......................................................................... 36
F. Cara Kerja ......................................................................................... 37
G. Teknik Analisis Data ......................................................................... 39
BAB IV HASIL PENELITIAN .......................................................................... 40
A. Pemodelan Homologi SGLT2 ........................................................... 40
B. Validasi Penambatan Molekuler SGLT2 dengan Senyawa
Standar............................................................................................... 42
viii
C. Hasil Penambatan Molekuler SGLT2 dengan Senyawa
Tanaman Herbal Indonesia ............................................................... 43
BAB V PEMBAHASAN .................................................................................... 46
A. Analisis Karakteristik Molekuler dengan Kriteria Lipinski’s
Rule of Five ....................................................................................... 50
B. Analisis Fungsi Terapeutik dan Sumber Tanaman Senyawa
Tanaman Herbal Indonesia yang Berpotensi sebagai Inhibitor
SGLT2 ............................................................................................... 53
C. Keterbatasan Penelitian ..................................................................... 56
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN.................................................................. 57
A. Simpulan ........................................................................................... 57
B. Saran .................................................................................................. 58
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 59
LAMPIRAN ........................................................................................................ 71
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi substrat dan distribusi varian SGLT ................................ 15
Tabel 2.2. Daftar beberapa senyawa metabolit sekunder dan manfaatnya untuk
kesehatan ............................................................................................ 21
Tabel 2.3. Beberapa contoh keberhasilan pengembangan obat dengan metode
penambatan molekuler ....................................................................... 32
Tabel 4.1. Daftar senyawa hasil penambatan molekuler dengan energi ikatan
lebih rendah dibandingkan dengan standar dan memiliki interaksi
dengan binding site SGLT2................................................................ 45
Tabel 5.1. Perbandingan
karakteristik
molekuler
lima
senyawa
hasil
penambatan molekuler dengan dapagliflozin..................................... 51
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mekanisme kerja metformin di sel hepar ....................................... 9
Gambar 2.2. Transpor glukosa oleh SGLT dan GLUT di tubulus proksimal
ginjal .............................................................................................. 15
Gambar 2.3. Topologi struktur vSGLT ............................................................... 17
Gambar 2.4. Struktur superposisi binding site antara vSGLT dan SGLT2 ......... 18
Gambar 4.1. Superposisi struktur tiga dimensi hasil pemodelan homologi
SGLT2 dan template vSGLT ........................................................ 40
Gambar 4.2. Sequence alignment antara SGLT2 dengan template ................... 41
Gambar 4.3. Kurva interpretasi hasil pemodelan homologi ................................ 42
Gambar 4.4. Hasil visualisasi penambatan molekuler SGLT2-dapagliflozin ..... 43
Gambar 5.1. Hasil visualisasi senyawa kelompok A yang memiliki ikatan mirip
dengan dapagliflozin ........................................................................ 48
Gambar 5.2. Hasil visualisasi senyawa kelompok B dan C yang memiliki ikatan
mirip dengan dapagliflozin ............................................................... 50
Gambar 5.3. Struktur dua dimensi senyawa ellagic acid dengan delapan atom
O dan dapagliflozin dengan enam atom O .................................... 52
Gambar 5.4. Struktur dua dimensi senyawa epicatechin gallate ........................ 53
Gambar 5.5. Perbandingan struktur 2 dimensi senyawa gibberellin A1, A4,
A9, dan A20................................................................................... 55
Gambar 5.6. Struktur dua dimensi brucine dan aricine ...................................... 56
xi
DAFTAR SINGKATAN
AGi
: alpha glucosidase inhibitor
Ala
: alanine
AMPK
: adenosine monophosphate kinase
Asn
: asparagine
ATP
: adenosine triphosphate
DM
: diabetes melitus
DPP-4
: dipeptidil peptidase-4
Gln
: glutamine
Glu
: glutamic acid
GLUT
: facilitative glucose transporter
Gly
: glycine
His
: histidine
ILS
: iterated local search
Lys
: lysine
OAD
: obat antidiabetes
OCT1
: organic cation transporter
PDB
: protein data bank
PDK4
: pyruvate dehydrogenase kinase 4
PGC1-α
: peroxisome proliferator-activated receptor coactivator 1- α
Phe
: phenylalanine
PPAR β/δ
: peroxisome proliferator-activated receptor β/δ
xii
SBVS
: structure-based virtual screening
Ser
: serine
SGLT
: sodium glucose co-transporter
SLC
: Solute carrier family
SU
: sulfonilurea
TM
: transmembrane helices
Trp
: tryptophan
Tyr
: tyrosine
TZD
: tiazolidindion
Val
: valine
VS
: virtual screening
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Pemodelan Homologi SGLT2 oleh Laman SWISS-MODEL ........ 71
Lampiran 2. Daftar Sampel Senyawa Tanaman Herbal Indonesia ................... .72
Lampiran 3. Visualisasi Hasil Penambatan Molekuler SGLT2 dengan 29 Senyawa Tanaman
Herbal Indonesia yang Memiliki Ikatan Lebih Rendah dari Standar .................. 78
xiv