apoptosis - USU Repository

advertisement
APOPTOSIS
OLEH:
Dr.FITRIANI LUMONGGA
DEPARTEMEN PATOLOGI ANATOMI
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2008
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Pendahuluan
Setiap organisme yang hidup terdiri dari ratusan tipe sel , yang semuanya berasal dari
fertilisasi sel telur. Selama perkembangannya sejumlah sel bertambah secara dramatis
yang kemudian akan membentuk berbagai jenis jaringan dan organ. Seiring dengan
pembentukan sel yang baru tersebut, sel yang mati merupakan proses regulasi yang
normal pada sejumlah sel dari jaringan. Pengendalian terhadap eliminasi sel-sel yang
mati ini disebut dengan kematian sel yang terprogram atau apoptosis.
Apoptosis berasal dari bahasa Greek , yang artinya gugurnya putik bunga ataupun
daun dari batangnya.
Pada tahun 1972 , Kerr J.F , Wyllie A.H , Currie A.R
mempublikasikan artikel British Journal Of Cancer dengan judul : Apoptosis: a basic
bioligical phenomen with wide ranging implication in tissue kinetic. Artikel ini
menjelaskan tentang proses kematian normal pada sel yang disebut dengan apoptosis.
Kematian sel yang terprogram atau apoptosis merupakan suatu komponen yang normal
pada perkembangan dan pemeliharaan kesehatan pada organisme multiseluler. Sel
yang mati ini merupakan respon terhadap berbagai stimulus dan selama apoptosis sel
ini dikontrol dan diregulasi, sel yang mati kemudian difagosit oleh makrofag. Apoptosis
berbeda dengan nekrosis, pada nekrosis terjadi kematian sel tidak terkontrol .Sel yang
mati pada nekrosis akan membesar dan kemudian hancur dan lisis pada satu daerah
yang merupakan respon terhadap inflamasi.
Pada apoptosis sel-sel yang mati memberikan sinyal yang diperantarai oleh beberapa
gen yang mengkode protein untuk enzym pencernaan yang disebut dengan caspase.
Gen caspase ini merupakan bagian dari cystein protease yang akan aktif pada
perkembangan sel maupun merupakan sinyal untuk aktif pada destruksi sel tersebut.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Fungsi Apoptosis
Kematian sel melalui apoptosis merupakan fenomena yang normal, yaitu terjadi
eliminasi sel yang tidak diperlukan lagi. Proses apoptosis secara fisiologis diperlukan
untuk :
1. Terminasi sel
Apoptosis dapat terjadi pada sel yang mengalami kerusakan yang tidak bisa di
repair,infeksi virus, keadaan yang mengakibatkan stress pada sel . Kerusakan DNA
akibat ionisasi radiasi maupun bahan kimia toxic juga dapat mencetuskan apoptosis
melalui aktivasi tumor supresor gen p53. Keputusan untuk apoptosis dapat berasal
dari sel itu sendiri, dari jaringan disekitarnya ataupun dari sel yang termasuk dalam
immune system. Pada keadaan ini fungsi apoptosis adalah untuk mengangkat sel
yang rusak, mencegah sel menjadi lemah oleh karena kurangnya nutrisi dan
mencegah penyebaran infeksi virus.
2. Mempertahankan homeostasis
Pada organisme dewasa, jumlah sel dalam suatu organ atau jaringan harus berada
dalam keadaan yang relatif konstan. Proses keseimbangan ini termasuk dalam
homeostasis yang dibutuhkan oleh makhluk hidup untuk mempertahankan
lingkungan internalnya.
Keseimbangan (homeostasis) ini dapat tercapai bila kecepatan mitosis pada
jaringan seimbang dengan kematian sel. Bila keseimbangan ini terganggu, maka
akan dapat mengakibatkan :
•
Bila kecepatan pembelahan sel lebih tinggi daripada kecepatan kematian sel
→ terbentuk tumor
•
Bila kecepatan pembelahan sel lebih rendah dari kecepatan kematian sel →
jumlah sel menjadi berkurang.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
3. Perkembangan embryonal
Kematian sel yang terprogram merupakan bagian dari perkembangan jaringan.
Pada masa embryo , perkembangan suatu jaringan atau organ didahului oleh
pembelahan sel dan diferensiasi sel yang besar-besaran dan kemudian dikoreksi
melalui apoptosis.
Contoh: bila terjadi gangguan proses apoptosis , berupa diferensiasi inkomplit pada
pembelahan jari-jari akan mengakibatkan syndactyly.
4. Interaksi limfosit
Perkembangan limfosit B dan Limfosit T pada tubuh manusia merupakan suatu
proses yang kompleks , yang akan membuang sel-sel yang berpotensi menjadi
rusak. Cytotoksik T sel dapat secara langsung menginduksi apoptosis pada sel
melalui terbukanya suatu celah pada target membran dan pelepasan zat-zat kimia
untuk mengawali proses apoptosis. Celah ini dapat terjadi melalui adanya sekresi
perforin, granul yang berisi granzyme B, serine protease yang dapat mengaktivasi
caspase melalui pemecahan residu aspartat.
5. Involusi hormonal pada usia dewasa.
Apoptosis dapat terjadi misalnya pada pelepasan sel endometrium selama siklus
menstruasi, regresi pada payudara setelah masa menyusui dan atresia folikel
ovarium pada menopause.
Perbedaan Apoptosis Dengan Nekrosis
Proses apoptosis berbeda dengan nekrosis. Nekrosis merupakan kematian sel yang
terjadi pada organisme hidup yang dapat disebabkan oleh injury maupun infeksi. Pada
nekrosis terjadi perubahan pada inti yang pada akhirnya dapat menyebabkan inti
menjadi lisis dan membrane plasma menjadi rupture.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Pada apoptosis terjadi kematian sel yang terprogram dan membran inti tidak ruptur ,
dan inti mengalami fragmentasi yang kemudian mengirimkan siinyal kepada sel yang
berada didekatnya untuk difagosit.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
http://images1.clinicaltools.com/images/gene/apoptosis_process.jpg
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Proses Apoptosis
Proses apoptosis dikendalikan oleh berbagai tingkat sinyal sel, yang dapat berasal dari
pencetus ekstrinsik maupun intrinsik . Yang termasuk pada sinyal ekstrinsik antara lain
hormon, faktor pertumbuhan, nitric oxide dan cytokine. Semua sinyal tersebut harus
dapat menembus membran plasma ataupun transduksi untuk dapat menimbulkan
respon.
Sinyal intrinsik apoptosis merupakan suatu respon yang diinisiasi oleh sel sebagai
respon terhadap stress dan akhirnya dapat mengakibatkan kematian sel. Pengikatan
reseptor nuklear oleh glukokortikoid, panas, radiasi, kekurangan nutrisi, infeksi virus
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
dan hipoksia merupakan keadaan yang dapat menimbulkan pelepasan sinyal apoptosis
intrinsik melalui kerusakan sel.
Sebelum terjadi proses kematian sel melalui enzym, sinyal apoptosis harus
dihubungkan dengan pathway kematian sel melalui regulasi protein. Pada
regulasi ini
terdapat dua metode yang telah dikenali untuk mekanisme apoptosis , yaitu : melalui
mitokondria dan penghantaran sinyal secara langsung melalui adapter protein.
1.
Ektrinsik Pathway (di inisiasi oleh kematian receptor)
Pathway ini diinisiasi oleh pengikatan receptor kematian pada permukaan sel pada
berbagai sel. Reseptor kematian merupakan bagian dari reseptor tumor nekrosis
faktor yang terdiri dari cytoplasmic domain , berfungsi untuk mengirim sinyal
apoptotic. Reseptor kematian yang diketahui antara lain TNF reseptor tipe 1 yang
dihubungkan dengan protein Fas (CD95). Pada saat Fas berikatan dengan
ligandnya, membran menuju ligand (FasL). Tiga atau lebih molekul Fas bergabung
dan cytoplasmic death domain membentuk binding site untuk adapter protein,
FADD (Fas –associated death domain). FADD ini melekat pada reseptor kematian
dan mulai berikatan dengan bentuk inaktif dari caspase 8. Molekul procaspase 8
ini kemudian dibawa keatas dan kemudian pecah menjadi caspase 8 aktif.
Enzym ini kemudian mencetuskan cascade aktifasi caspase dan kemudian
mengaktifkan procaspase lainnya dan mengaktifkan enzym untuk mediator pada
fase eksekusi.
Pathway ini dapat dihambat oleh protein FLIP, tidak menyebabkan pecahnya
enzym procaspase 8 dan tidak menjadi aktif.
2.
Intrinsik (Mitokondrial) Pathway
Pathway ini terjadi oleh karena adanya permeabilitas mitokondria dan pelepasan
molekul pro-apoptosis ke dalam sitoplasma,tanpa memerlukan reseptor kematian.
Faktor pertumbuhan dan siinyal lainnya dapat merangsang pembentukan protein
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
antiapoptosis Bcl2, yang berfungsi sebagai regulasi apoptosis. Protein anti
apoptosis yang utama adalah : Bcl-2 dan Bcl-x, yang pada keadaan normal
terdapat pada membran mitokondria dan sitoplasma.
Pada saat sel mengalami stress, Bcl-2 dan Bcl-x menghilang dari membran
mitokondria dan digantikan oleh pro-apoptosis protein, seperti Bak, Bax, Bim.
Sewaktu kadar Bcl-2, Bcl-x menurun, permeabilitas membran mitokondria
meningkat , beberapa protein dapat mengaktifkan cascade caspase. Salah
satu
protein tersebut adalan cytochrom-c yang diperlukan untuk proses respirasi pada
mitokondria. Di dalam cytosol, cytochrom c berikatan dengan protein Apaf-1
(apoptosis activating factor-1) dan mengaktivasi caspase-9. Protein mitokondria
lainnya, seperti Apoptosis Inducing Factor (AIF)memasuki sitoplasma dengan
berbagai inhibitor apoptosis yang pada keadaan normal untuk menghambat
aktivasi caspase.
1. Eksekusi
Setelah sel menerima sinyal yang sesuai untuk apoptosis, selanjutnya organelaorganela sel akan mengalami degradasi yang diaktifasi oleh caspase proteolitik.
Sel yang mulai apoptosis , secara mikroskopis akan mengalami perubahan :
a. Sel mengerut dan lebih bulat , karena pemecahan proteinaseous sitoskeleton
oleh caspase
b. Sitoplasma tampak lebih padat
c. Kromatin menjadi kondensasi dan fragmentasi yang padat pada membran inti
(pyknotik). Kromatin berkelompok dibagian perifer , dibawah membran inti
menjadi massa padat dalam berbagai bentuk dan ukuran.
d. Membran inti menjadi diskontinue dan DNA yang ada didalamnya pecah menjadi
fragmen-fragmen (karyorheksis).
Degradasi DNA ini mengakibatkan inti
terpecah menjadi beberapa nukleosomal unit
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
e. Membran sel memperlihatkan tonjolan-tonjolan yang iregular / blebs pada
sitoplasma
f. Sel terpecah menjadi beberapa fragmen , yang disebut dengan apoptotic bodies.
g. Apoptotic bodies ini akan difagosit oleh sel yang ada disekitarnya.
2. Pengangkatan sel yang mati
Sel yang mati pada tahap akhir apoptosis mempuyai suatu fagositotik molekul pada
permukaannya ( cth : phosphatidylserine). Phosphatidylserine ini pada keadaan
normal berada pada permukaan cytosolic dari plasma membran, tetapi pada proses
apoptosis tersebar
pada permukaan ekstraseluler melalui protein scramblase.
Molekul ini merupakan suatu penanda sel untuk fagositosis oleh sel yang
mempunyai reseptor yang sesuai, seperti makrofag. Selanjutnya sitoskeleton
memfagosit melalui engulfment pada molekul tersebut. Pengangkatan sel yang mati
melalui fagosit terjadi tanpa disertai dengan respon inflamasi.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Defek Pada Proses Apoptotic
1. Terjadi kanker
Pada proses apoptosis dapat terjadi kegagalan pada pathway , yang akan
menyebabkan terjadinya kanker. Kegagalan ini lebih sering terjadi pada intrinsik
patway dibanding pada ekstrinsik pathway , karena intrinsic pathway ini lebih sensitif
dan paling sering disebabkan oleh mutasi dari gen p53 . Gen p53 ini merupakan
tumor supresor gen yang terakumulasi bila DNA mengalami kerusakan. Fungsi dari
p53 ini yaitu mencegah replikasi sel pada sel yang rusak secara genetik melalui
penghentian siklus sel pada fase G1 atau interfase, sehingga sel mempunyai waktu
untuk repair. Selain itu gen ini juga berfungsi untuk mencetuskan apoptosis bila
kerusakan sel cukup luas dan terjadi kegagalan pada repair.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Bila terjadi mutasi pada gen p53 dapat mengakibatkan disregulasi gen ini sehingga
terjadi kegagaalan apoptosis dan sel yang rusak terus mengalami replikasi dan
akhirnya terjadi kanker.
Faktor lain yang berperan pada tumor genesis adalah keseimbangan antara
proapoptosis dan antiapoptosis dari kelompok Bcl2. Pada sel tumor, mutasi dari gen
Bcl2 dapat menyebabkan peningkatan ekspresi yang dapat menekan fungsi normal
dari protein proapoptosis, BAX dan BAK. Jika terjadi mutasi pada gen BAX dan BAK
dapat menyebabkan penurunan regulasi, sehingga sel kehilangan kemampuan
untuk regulasi apoptosis yang dapat menimbulkan kanker.
Pada leukimia B sel dan lymphoma, terdapat peningkatan kadar Bcl2 sehinga dapat
meghambat sinyal apoptosis .
3.4
2. Progresifitas HIV
Progresifitas HIV terutama disebabkan oleh deplesi dari CD4+ T-helper limfosit
yang dapat menurunkan sistem immun. Salah satu mekanisme yang dapat
menyebabkan deplesi ini adalah apoptosis, yaitu melalui pathway :
a. HIV enzym menyebabkan inaktif anti apoptosis Bcl-2 dan secara bersamaan
mengaktifkan pro-apoptotic procaspase 8.
b. Produk dari HIV dapat meningkatkan kadar protein seluler yang mempunyai efek
pada Fas- mediated apoptosis.
c. Protein HIV menurunkan sejumlah CD4 pada membran sel
d. Pelepasan partikel virus dan protein yanng terdapat pada ekstraselular fluid
dapat mencetuskan apoptosis pada sel T helper yang berada didekatnya.
e. HIV menurunkan pembentukan molekul yang merupakan penanda sel untuk
apoptosis, sehingga memberikan waktu pada virus untuk terus bereplikasi
f. Sel CD4+ yang terinfeksi juga menerima sinyal kematian dari sel T cytotoksik
yang dapat menyebabkan apoptosis
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
3. Infeksi Virus
Virus dapat mencetuskan peristiwa apoptosis melalui beberapa mekanisme :
a. pengikatan receptor
b. aktifasi protein kinase R
c. interaksi dengan p53
d. Ekpresi dari protein virus yang bergabung dengan MHC protein pada permukaan
sel yang terinfeksi, menyebabkan pengenalan oleh sel pada sistem immun
(misal : Natural Killer dan sel T cytotoksik) sehingga mencetuskan terjadinya
apoptosis pada sel yang terinfeksi.
Pada kebanyakan virus dihubungkan dengan terjadinya kanker oleh karena virus ini
mencegah sel untuk apoptosis, antara lain :
•
Beberapa Human Papilloma Virus (HPV) , dihubungkan dengan carcinoma
cerviks uteri, karena virus ini menghasilkan protein E6 yang dapat berikatan dan
menyebabkan inaktifasi promoter p53 untuk apoptosis
•
Eipstein-Barr Virus (EBV), dapat menyebabkan mononukleosis dan lymphoma.
Hal ini disebabkan oleh karena EBV menghasilkan protein yang mirip dengan
Bcl2 dan menghasilkan protein lainnya yang dapat menyebabkan sel
meningkatkan produksi Bcl2. Semua protein yang dihasilkan ini dapat
mengakibatkan sel menjadi lebih resisten untuk apoptosis dan sel menjadi
berproliferasi terus menerus.
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
DAFTAR PUSTAKA
1.
Kumar V, Abbas AK, Fausto N, Neoplasia. In: Robbins and Cotran Pathology
Basis of Disease. 7th Ed, Philadelphia. Elsevier Saunders. 2005:1041- 1042
2.
DeVita V, Rosenberg S, Cancer Principal & Practice of Oncology , Book 1 , 7th Ed.
Lippincott Williams and Wilkins , 2005 : 95 - 102
3.
Chandrasoma P,Taylor CR. Cell Degeneration & Necrosis. In: Concise Pathology.
3rd .McGraw-Hill.1995:4-5
4.
Apoptosis , available at : http://en.wikipedia.org/wiki/apoptosis
5.
Apoptosis, available at : http://www.scq.ubc.ca/apoptosis
6.
Apoptosis, available at :
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/special/apoptosis.htm
7.
Apoptosis, available at :
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet.BiologyPages/A/Apoptosis.html
8.
Apoptosis, available at :
http://www.sgul.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis
9.
Apoptosis, available at:
http://id.wikipedia.org/wiki/Apoptosis
10. Apoptosis in cancer, available at
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10688869
11. Harnessing Apoptosis to Destroy Cancer Cells
http://plan2004.cancer.gov/discovery/apoptosis.htm
Dr. Fitriani Lumongga : Apoptosis, 2008
USU Repository © 2008
Download