PENAPISAN SENYAWA FITOKIMIA SEBAGAI ANTAGONIS (PENETRALISIR) HEPSIDIN PADA ANEMIA INFLAMASI MELALUI MOLECULAR DOCKING SKRIPSI Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran
PENAPISAN SENYAWA FITOKIMIA SEBAGAI ANTAGONIS
(PENETRALISIR) HEPSIDIN PADA ANEMIA INFLAMASI MELALUI
MOLECULAR DOCKING
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran
SAFIRAH YOTRIANA
G0013211
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017
PERSETUJUAN PENGESAHAN SKRIPSI Skripsi dengan judul : Penapisan Senyawa Fitokimia sebagai Antagonis (Penetralisir) Hepsidin pada Anemia Inflamasi melalui Molecular Docking
Safirah Yotriana, NIM: G0013211, Tahun: 2017 Telah diuji dan disahkan di hadapan Dewan Penguji Skripsi
Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Pada hari Rabu, Tanggal 12 April 2017
Pembimbing Utama Yuliana Heri Suselo, dr., M.Sc.
NIP. 19800718 200604 2 001 (........................................)
Pembimbing Pendamping Nama : Muthmainah, dr., M.Neurosci.
NIP : 19840707 200912 2 003 (........................................)
Penguji Utama Nama : Ratna Kusumawati, dr., M.Biomed.
NIP : 19810401 200501 2 001 (........................................) Surakarta, 12 April 2017
Ketua Tim Skripsi Kepala Program Studi
Kusmadewi Eka Damayanti, dr., M.Gizi Sinu Andhi Jusuf, dr., M.Kes
19830509 200801 2 005 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 saya 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, 12 April 2017 Safirah Yotriana NIM.G0013211
ABSTRAK
Safirah Yotriana, G0013211, 2017. Penapisan Senyawa Fitokimia sebagai
Antagonis (Penetralisir) Hepsidin pada Anemia Inflamasi Melalui Molecular
Docking. Skripsi. Fakultas Kedokteran, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Latar Belakang: Anemia diderita oleh setengah miliar wanita di dunia dan
menjadi masalah terutama pada ibu hamil. Salah satu penyebab anemia adalah penyakit inflamasi yang juga memiliki prevalensi tinggi di Indonesia. Terapi yang saat ini digunakan untuk mengobati anemia adalah dengan berdasarkan penyakit penyebabnya. Anticalin merupakan protein yang dapat bekerja sebagai antagonis hepsidin. Anticalin sudah diujikan hingga tahap klinis II namun belum beredar bebas sehingga dibutuhkan pencarian obat baru yang lebih mudah dicari dan lebih efektif. Herbal Indonesia banyak dimanfaatkan sebagai tanaman obat di masyarakat dan berpotensi dikembangkan sebagai obat. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi fitokimia Indonesia yang dapat berperan sebagai antagonis hepsidin.
Metode Penelitian: Penelitian ini adalah penelitian bioinformatika dengan metode
molecular docking . Struktur tiga dimensi hepsidin dan Anticalin diunduh dari
website Protein Data Bank (PDB). Senyawa aktif diperoleh dari HerbalDB dan struktur tiga dimensi senyawa diperoleh dari PubChem National Center for
Biotechnology Information (NCBI). Penelitian ini menggunakan software
AutoDock Vina 1.1.2 untuk menganalisis energi ikatan. Pemotongan molekul
menggunakan AutoDock Tools 1.5.6. Visualisisasi dilakukan dengan software Chimera 1.10 dan PyMol 1.3.
Hasil: Skor docking yang dihasilkan hepsidin dengan Anticalin pada standar
13 14,16
17
pertama adalah -4,6 kkal/mol pada Cys , Cys Arg , dan Ser . Dan skor docking yang dihasilkan hepsidin dengan Anticalin pada standar kedua adalah -4,2 kkal/mol
23
24
pada Cys dan Lys . Terdapat enam senyawa dengan skor docking lebih rendah dan memiliki interaksi yang sesuai dengan Anticalin terhadap hepsidin, yaitu
Pulmatin, Cleomiscosin D, Miraxanthin-V , Chitranone, Artocarpesin, dan
Liriodenine.
Kesimpulan: Terdapat enam senyawa fitokimia yang dapat berperan sebagai
antagonis (penetralisir) hepsidin.Kata Kunci: anemia inflamasi, fitokimia, molecular docking, hepsidin, Anticalin
ABSTRAK
Safirah Yotriana, G0013211, 2017. Phytochemical Screening as Hepcidin
Antagonist (Neutralizer) for Inflammatory Anemia Insilico . Mini Thesis. Faculty
of Medicine, University of Sebelas Maret, Surakarta.
Introduction: Anemia affects half a billion women in the world and become a
problem, especially in pregnant women. One of the cause of anemia is inflammatory disease which also has a high prevalence in Indonesia. Therapies currently used to treat anemia is based on the underlying disease. Anticalin is a protein that works as hepcidin antagonist. Anticalin has completed the clinical phase II, but has not been distributed to public market so that new, easier to get and more effective drug is needed. Indonesian herbs have been widely used as a medicinal plant in the community and has the potential to be developed as a drug. The purpose of this study was to identify Indonesian phytochemicals that could act as hepcidin antagonist.
Methods: The research was a bioinformatics study with molecular docking
method. Three-dimensional structure of human hepcidin as target protein and Anticalin as standar therapy was downloaded from the website of the Protein Data Bank (PDB). The active compounds were obtained from HerbalDB and the three- dimensional structure was from PubChem National Center for Biotechnology Information (NCBI). This study used AutoDock Vina 1.1.2 to analyze the binding affinity. Autodock Tools 1.5.6 was used for molecular modification. Visualization was done with Chimera 1.10 and PyMol 1.3.
Results: The docking scores between hepcidin and Anticalin for the first standar
13 14,16
17
was -4.6 kcal/mol at Cys , Cys Arg , and Ser while docking scores between
23
24 hepcidin and Anticalin for second standar was -4.2 kcal/mol at Cys and Lys .
There was six compounds that could interact with the ligand binding domain and had the docking scores lower than Anticalin, that are Pulmatin, Cleomiscosin D, , Chitranone, Artocarpesin, and Liriodenine.
Miraxanthin-V
Conclusions: There was six compounds that could be hepcidin antagonist
(neutralizer) for Inflammatory Anemia.
Keywords: inflammatory anemia, phytochemical, molecular docking, hepcidin,
Anticalin
PRAKATA
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah Rabb Semesta Alam, karena atas nikmat dan karuniaNya yang tak terhingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Screening Senyawa Fitokimia sebagai Antagonis (Penetralisir) Hepsidin pada Anemia Inflamasi melalui Molecular Docking
”. Penyusunan skripsi ini dapat terlaksana dengan baik atas bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan hormat penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.
Prof. DR. Hartono, dr., M.Si. selaku Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Yuliana Heri Suselo, dr., M.Sc dan Muthmainah, dr., M.Neurosci selaku pembimbing I dan pembimbing II, dan Dono Indarto, dr., M.Biotech. St. PhD selaku Pembimbing dalam pelaksanaan docking. Terima kasih atas waktu, bimbingan, doa, dan motivasi yang telah diberikan
3. Ratna Kusumawati, dr., M.Biomed selaku penguji skripsi. Terima kasih atas masukan dan saran demi kesempurnaan skripsi ini.
4. Tim skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Surakarta.
5. Jajaran dosen dan karyawan Laboratorium Fisiologi FK UNS yang telah membantu dan mendukung penyusunan skripsi ini.
6. Keluarga penulis dengan penuh kasih sayang selalu memberikan dukungan, motivasi dan mendoakan kelancaran skripsi ini terutama Papa Yofi dan Mama Tri. Dan juga adik-adik penulis, Iqbal dan Ghina.
7. Sahabat-sahabat terkasih, Nadia, Irma, Kak Nibras, Teteh Maulida, Lina, Farha, Mbak Yasmin, dan teman-teman lain yang tak dapat saya sebutkan satu per satu.
8. Keluarga Tikara dan Rumah JRQ Haramain sebagai rumah di Solo.
9. Teman-teman seperjuangan Alacritas khususnya pada grup riset molecular
docking , Asma, Fadhila, Febri, Arifin, Kamil, Andre, Humam, Khariz, dan Adam yang telah membantu dan mendukung dalam penyusunan skripsi ini.
10. Keluarga Forum Diskusi atas semangat, nasehat, dan dukungannya yang tak terganti terutama rekan-rekan 2013.
11. Seluruh pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Terima kasih atas doa, semangat, dan dukungan yang diberikan. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak
Surakarta, April 2017 Safirah Yotriana
DAFTAR ISI
PRAKATA ......................................................................................................... vi DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi DAFTAR SINGKATAN .................................................................................xiii DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1 A. Latar Belakang ................................................................................ 1 B. Rumusan Masalah ........................................................................... 5 C. Tujuan Penelitian ............................................................................. 5 D. Manfaat Penelitian........................................................................... 5 BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................... 6 A. Tinjauan Pustaka ............................................................................. 6 1. Homeostasis Besi Fisiologis .................................................... 6 2. Anemia Inflamasi ..................................................................... 8 3. Hepsidin ................................................................................. 16 4. Terapi Anemia Inflamasi........................................................ 22 5. Anticalin PRS-080 .................................................................. 31 6. Fitokima Herbal Indonesia ..................................................... 35 7. Lipinski’s Rule of Five ........................................................... 37 8. Molecular Docking................................................................. 38
B. Kerangka Pemikiran ...................................................................... 44
C. Hipotesis ........................................................................................ 45
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 46 A. Jenis Penelitian .............................................................................. 46 B. Lokasi Penelitian ........................................................................... 46 C. Sampel Penelitian .......................................................................... 46 D. Rancangan Penelitian .................................................................... 48 E. Instrumen Penelitian ...................................................................... 49 F. Cara Kerja Penelitian ..................................................................... 50 G. Analisis Data ................................................................................. 59 BAB IV HASIL PENELITIAN ........................................................................ 60 A. Hasil Pemisahan dan Pemotongan Molekul ................................. 60 B. Hasil Validasi Binding Site Hepsidin dengan Anticalin ................ 66 C. Hasil Validasi Molecular Docking Hepsidin dengan Anticalin .... 71 D. Hasil Validasi Molecular Docking Hepsidin dengan Senyawa Fitokimia Herbal Indonesia ........................................................... 73 BAB V PEMBAHASAN ................................................................................ 92 A. Analisis Hasil Molecular Docking Anticalin pada Hepsidin ........ 92 B. Analisis Kriteria Lipinski dan Ikatan Kimia Senyawa Fitokimia yang Berpotensi sebagai Penetralisir Hepsidin ...................................... 93 C. Analisis Fungsi Terapetik dan Sumber Senyawa Fitokimia yang Berpotensi sebagai Penetralisir Hepsidin ...................................... 97 D. Keterbatasan Penelitian ............................................................... 100
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 101 A. Simpulan ..................................................................................... 101 B. Saran ............................................................................................ 101 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 103 LAMPIRAN .................................................................................................... 109
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Hasil tes laboratorium darah pada AI ................................................. 10Pendekatan terapi dengan menarget hepsidin tahap pengembangan Tabel 2.2.
...... 26
Tabel 4.1. Hasil Validasi Binding Site Hepsidin dengan Anticalin........................ 67
Tabel 4.2. Hasil Validasi Molecular Docking antara Molekul Standar PotonganAnticalin dengan Hepsidin Grid Box Pertama (Standar 1)
.................... 72
Tabel 4.3. Hasil Validasi Molecular Docking antara Molekul Standar PotonganAnticalin dengan Hepsidin Grid Box Kedua (Standar 2)
...................... 73
Hasil Docking Potongan Molekul Standar Anticalin dan Fitokimia dengan Tabel 4.4. Hepsidin beserta Karakteristiknya ....................................................... 75
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Patogenesis AI .............................................................................. 13Gambar 2.2. Hipoferremia ................................................................................. 14Gambar 2.3. Struktur molekular hepsidin-25 manusia........................................ 17
Gambar 2.4. Susunan asam amino hepsidin-25 .................................................... 18Struktur Anticalin dengan 6 buah rantai isomer Gambar 2.5.
............................... 32
Gambar 2.6. Hepsidin dan Anticalin ................................................................. 35Gambar 4.1. Kompleks Hepsidin dan Anticalin ................................................ 60Gambar 4.2. Molekul hepsidin setelah dipisahkan dari molekul Anticalin ........ 61Gambar 4.3. Molekul Anticalin dengan 6 buah rantai isomer ............................ 61Gambar 4.4. Hepsidin Rantai R ......................................................................... 63Gambar 4.5. Molekul Anticalin Rantai A ............................................................. 63Molekul Anticalin Rantai A
Gambar 4.6. ............................................................. 64Molekul Anticalin Rantai C
Gambar 4.7. ............................................................. 64Gambar 4.8. Molekul Anticalin Rantai C ............................................................. 65Molekul Anticalin Rantai C
Gambar 4.9. ............................................................. 65 Gambar 4.10. Molekul Anticalin Rantai D .............................................................66 Molekul Anticalin Rantai A dengan Hepsidin .................................
Gambar 4.11.
68 Molekul Anticalin Rantai A dengan Hepsidin .................................
Gambar 4.12.
68 Gambar 4.13. Molekul Anticalin Rantai C dengan Hepsidin .................................
69 Molekul Anticalin Rantai C dengan Hepsidin .................................
Gambar 4.14.
69 Gambar 4.15. Molekul Anticalin Rantai C dengan Hepsidin .................................
70 Molekul Anticalin Rantai C dengan Hepsidin .................................
Gambar 4.16.
70
Molekul Anticalin Rantai D dengan Hepsidin .................................
Gambar 4.17.
71 Gambar 4.18. Visualisasi posisi Miraxanthin-V dan Anticalin pada Hepsidin ..
78 Fitokimia Miraxanthin-V dengan Hepsidin .....................................
Gambar 4.19.
80 Fitokimia Miraxanthin-V dengan Hepsidin Gambar 4.20. .................................... 80
Gambar 4.21. Fitokimia Miraxanthin-V dengan Hepsidin .................................... 81Fitokimia Miraxanthin-V dengan Hepsidin Gambar 4.22.
.................................... 81 Liriodenine .........
Gambar 4.23. Visualisasi posisi dan Anticalin pada Hepsidin82 Gambar 4.24. Fitokimia Liriodenine dengan Hepsidin ...........................................
83 Fitokimia Liriodenine dengan Hepsidin
Gambar 4.25. ......................................... 83 Gambar 4.26. Visualisasi posisi Chitranone dan Anticalin pada Hepsidin .........84 Fitokimia Chitranone dengan Hepsidin
Gambar 4.27. ......................................... 85Fitokimia Chitranone dengan Hepsidin
Gambar 4.28. ......................................... 86Gambar 4.29. Fitokimia Chitranone dengan Hepsidin ......................................... 86 Artocarpesin ......Gambar 4.30. Visualisasi posisi dan Anticalin pada Hepsidin87 Gambar 4.31. Fitokimia Artocarpesin dengan Hepsidin ........................................
87 Fitokimia Artocarpesin dengan Hepsidin
Gambar 4.32. ....................................... 88 Cleomiscosin D ..Gambar 4.33. Visualisasi posisi dan Anticalin pada Hepsidin88 Gambar 4.34. Fitokimia Cleomiscosin D dengan Hepsidin ....................................
89 Fitokimia Cleomiscosin D dengan Hepsidin Gambar 4.35. .................................. 89 Gambar 4.36. Visualisasi posisi Pulmatin dan Anticalin pada Hepsidin .............
90 Fitokimia Pulmatin dengan Hepsidin ...............................................
Gambar 4.37.
91 Fitokimia Pulmatin dengan Hepsidin ...............................................
Gambar 4.38.
91
ADB : Anemia Defisiensi Besi AI : Anemia Inflamasi ALK : aktivin-like kinase BFU : burst-forming units BMP : Bone Morphogenetic CFU : colony-forming units CREB : cyclic AMP response element-binding protein DMT-1 : divalent metal transporter-1 DNA : Activation Function EPO : eritropoietin ERFE : erythroferrone ESA : erythropoiesis stimulating agents GDF15 : growth differentiation factor 15 HAMP : hepcidin anti microbial peptide Hb : Hemoglobin HFE : hemochromatosis protein HIF : hipoxia inducibe factor HJV : hemojuvelin HTS : high-throughput screening
IAA : indole-3-acetic acid
IL-1 : Interleukin-1
IL-10 : Interleukin-10
IL-6 : Interleukin-6
IV : intravena Jak-2 : Janus kinase 2 MD : Molecular Dynamics PDGF : platelet-derived growth factor SBDD : structure-base drug design SBVS : Molecular docking, structure-based virtual screening SMAD : sma and mother against decapentaplegic
STAT-3 : signal transducer and activator of transcription-3 TBC : Tuberculosis TfR : Transferin receptor TIBC : total iron binding capacity TNF-
α : tumor necrosis factor-
α TWSG1 : gastrulation BMP signalling modulator 1