mitokondria sebagai target terapi kanker - Journal UII
advertisement
JKKI, Vol.6 No.1, Jan-Apr2014 MITOKONDRIA SEBAGAI TARGET TERAPI KANKER Dwi Nur Ahsani* Departemen Histologi Fakultas Kedokteran Universitas Islam Indonesia. ABSTRAK Sel kanker merupakan sel yang memiliki karakteristik yang khas, yang mampu bertahan terhadap induksi apoptosis sel. Mitokondria merupakan organela yang berperan penting dalam induksi apoptosis sel pada jalur endogen.Pelepasan sitokrom C dan berbagai protein proapoptosis dari mitokondria ke sitoplasma dihambat oleh sel kanker melalui mekanisme stabilisasi permeabilitas mitokondria dan metabolic reprogramming.Dewasa ini telah dikembangkan berbagai terapi sel kanker berdasarkan target spesifik. Mitokondria merupakan salah satu target yang poten dalam terapi sel kanker. Dengan mengetahui karakteristik alamiah sel kanker terhadap mitokondria, diharapkan dapat dikembangkan terapi sel kanker berbasis organela spesifik (mitokondria) yang mampu meningkatkan apoptosis sel kanker tanpa mengakibatkan apoptosis pada sel normal.Naskah ini bertujuan untuk memahami lebih jauh bagaimana mekanisme sel kanker dalam memodulasi aktivitas mitokondria untuk dapat menghindari respon apoptosis sel, serta untuk mempelajari mekanisme terapi sel kanker berbasis mitokondria. Kata kunci : sel kanker, permeabilitas mitokondria, metabolic reprogramming, apoptosis sel, sitokrom C, protein proapoptosis. ABSTRACT Cancer cells have distinct characteristics from normal cells, which able to withstand to cell apoptosis induction. Mitochondria are organelles that play an important role in the endogenous pathway of cells apoptosis. Release of cytochrome C and other proapoptosis proteins from the mitochondria to the cytoplasm were inhibit by cancer cells through mitochondrial permeability stabilization mechanism and metabolic reprogramming. Today various cancer cell therapies were developed on a specific targets. Mitochondria is a potent target in the treatment of cancer cells. By knowing the natural characteristics of mitochondrial cancer cells, a development of cell based cancer therapies by specific organelles were expected to increase cancer cells apoptosis without causing normal cells apoptosis. Aims of this manuscripstare to further understand about cancer cells mechanism in modulating mitochondrial activity to avoid mitochondrial apoptotic cells response, as well as to study the mechanism of cell based cancer therapies by mitokondria. Keywords :cancer cells, mitochondrial permeability, metabolic reprogramming, cells apoptosis, cytocrome C, proapoptotic cells *Korespondensi : [email protected] Dwi Nur Ahsani, Mitokondria Sebagai Target Terapi Kanker mitokondria berperan penting dalam proses PENDAHULUAN Kanker merupakan penyakit yang pembentukan energi (ATP), menghasilkan sampai sekarang penanganannya masih sulit senyawa intermediet dan antioksidan, serta dilakukan dengan tuntas. Salah satu penyebab mampu merespon terhadap stimulus apoptosis dari keadaan tersebut adalah kemampuan sel melalui pelepasan sitokrom C ke sitosol. Pada kanker untuk meningkatkan respon survival sel sel dan menghindari respon apoptosis sel. dihambat antara lain melalui stabilisasi Melalui mekanisme tersebut sel kanker permeabilitas membran luar mitokondria mampu bertahan hidup, berproliferasi serta (Mitochondrial Outer Membran Permeability/ mampu meningkatkan angiogenesis yang MOMPS).1,2,3 kanker, respon apoptosis tersebut pada akhirnya akan memfasilitasi terjadinya proses metastasis.1,2 Mitokondria PTPC, MOMPS DAN APOPTOSIS SEL merupakan salah satu Permeabilitas membran luar organella terpenting yang dipergunakan oleh mitokondria yang rendah pada keadaan sel kanker untuk menghindar dari respon fisiologis apoptosis.Pada Permeability Pore Complex (PTPC). PTPC keadaan fisiologis, dipertahankan oleh inaktifnya Gambar 1. Induksi MPT terhadap MOMPS. Aktivasi PTPC, menurunnya transmembran potensial mitokondria serta MPT akan mengakibatkan terjadinya osmotic sweeling. Osmotic sweeling dan meningkatnya ROS akan menginduksi peningkatan MOMPS dan keluarnya protein proapoptosis ke sitosol (MPT : Mitochondrial Permeability Transition, MOMPS : Mitochondrial Outer Membran Permeability, PTPC : Permeability Pore Complex, ROS : Reactive Oxygen Species).2 JKKI, Vol.6 No.1, Jan-Apr2014 berada dalam keadaan low conductance potensial dalam keadaan fisiologis. Keadaan low akanmenginduksi conductanceini dipertahankan oleh tingginya sitoplasma ke dalam matriks mitokondria transmembran potensial mitokondria yang (osmotic + mitokondria. Keadaan influx sweeling). zat ini terlarutdari Kondisi ini akan disebabkan oleh kadar H yang tinggi pada memfasilitasi keluarnya protein proapoptosis rantai respirasi. Hal inilah yang menyebabkan (Sitokrom C, DIABLO, apoptosis inducing terbatasnya factor, mitokondria pertukaran dan metabolit sitoplasma antara melalui Mitochondrial Solute Carrier(SLCs).1,2,3 endonuclease intermembran G) dari mitokondria ruang kedalam sitoplasma (Gambar 1).1,2,3 Stimulus apoptosis sel yang dipicu oleh Sitokrom Cakan menginduksi apoptosis meningkatnya kadar radikal bebas (Reactive sel melalui aktivasi Caspase. Sitokrom C di Oxygen Spesies/ ROS) intramitokondrial serta sitoplasma akan bergabung dengan Caspase 9 aktivasi akan dan Apaf-1 untuk membentuk kompleks transduksi sinyal stress, menginduksi perubahan permeabilitas apoptosom. Kompleks ini akan mengaktivasi mitokondria (Mitochondrial Permeability efektor Caspase yaitu Caspase 3, yang akan Transition/ MPT) yang pada akhirnya akan mengaktivasi Caspase berakhir dengan peningkatan MOMPS. MPT menginduksi apoptosis sel (Gambar 2). terjadi oleh karena aktivasi PTPC (high Protein DIABLO pada sitoplasma berperan conductance) dan menurunnya transmembran untuk mempertahankan Gambar 2. Aktivasi sistem Caspase oleh sitokrom C. Fusi antara sitokrom C dan Apaf 1 di sitosol akan membentuk kompleks apoptosom yang akan mengaktivasi Caspase 3. Caspase ini akan mengaktivasi Caspase 6 dan 7 yang akan menginduksi terjadinya apoptosis sel.4 6 dan 7 aktivasi untuk sistem Dwi Nur Ahsani, Mitokondria Sebagai Target Terapi Kanker Caspase dengan cara menghambat inhibitor mungkin disebabkan oleh karena interaksi Caspase.4 antara ANT1 tidak hanya dengan protein proapoptosis Bcl2 saja, tetapi juga dengan INTERAKSI ANTARA STRUKTUR PTPC DENGAN AKTIVASI PTPC PTPC merupakan kompleks yang tersusun oleh Voltage Dependent Anion Channel (VDAC), Adenine Nucleotide Translocase (ANT) dan Cyclopidine (CYPD). Ketiganya struktur tersebut berada dalam kompartemen mitokondria yang berbeda. protein proapoptosis Bcl2-associated X Protein (Bax). Aktivasi PTPC terjadi jika terdapat interaksi antara ANT dengan protein pro-apoptosis Bax ataupun terdapatnya ANT ligan yang bersifat proapoptosis. Selain dari pada itu, terjadinya inhibisi kompetitif antara Bax dengan Bcl2 akan mencegah interaksi antara Bcl2 dengan ANT.1 VDAC berada padamembran luar, ANT berada pada membran dalam, sedangkan CYPD berada pada matriks mitokondria.1 INAKTIVASI KANKER PTPC OLEH SEL VDAC memiliki peranan yang penting Sel kanker mempertahankan inaktivasi dalam aktivasi PTPC. VDAC pada bagian PTPC melalui berbagai mekanisme. Secara membran dengan luar mitokondria berinteraksi umum mekanisme tersebut terjadi melalui enzim Heksokinase (HK) aktivasi gen onkogenik serta supresi gen dan Peripheral Benzodiazepine Reseptor (PBR). supresor. HK berperan dalam pemecahan glukosa mengalami aktivasi tersebut antara lain gen menjadi Glukosa 6 phosfat. Pada sel normal, yang terlibat dalam produksi HK,Bcl2, dan ikatan antara HK dengan VDAC akan Heat Stroke Protein (HSP 90), sedangkan gen terlepas pemecahan yang mengalami supresi adalah gen yang glukosa. Keadaan ini akan mengakibatkan memproduksi protein pro-apoptosis seperti aktivasi PTPC.1 Bcl2.1 setelah terjadinya PTPC memiliki bermacam isoform Gen-gen Perlekatan HK onkogenik padaVDAC yang akan ANT dengan fungsi yang berbeda-beda. mempertahankan inaktivasi PTPC. Salah satu ANT3 mekanisme bersifat proapoptosis, sedangkan tersebut terjadi melalui ANT2 bersifat antiapoptosis. Berbeda dengan pembentukan isoform HK dengan affinitas kedua isoform tersebut ANT1 bersifat sebagai yang allosterik aktivator dan inhibitor. Hal ini dibandingkan dengan sel normal. Hal ini lebih kuat terhadap VDAC JKKI, Vol.6 No.1, Jan-Apr2014 mengakibatkan stabilitas interaksi antara HK interaksi antara HSP 90 dengan CYPD dan dengan VDAC, yang pada akhirnya akan Tumour Necrosis Factor Reseptor-Associatd mempertahankan inaktivasi PTPC.1,3 Protein-1(TRAP-1). Protein pro-apoptosis Mekanisme Bcl2 antiapoptosis HSP 90 terjadi melalui inhibisi menstabilisasi PTPC melalui interaksi dengan protein proapoptosis AIF dan endonuclease ANT.P ada sel kanker terjadi peningkatan G, serta menghambat fusi antara sitokrom C produksi dan Apaf1 di sitosol (Gambar 3).1 protein Bcl2 dan penekanan produksi protein Bax. Hal ini mengakibatkan Bax tidak mampu menginhibisi secara METABOLIC REPROGRAMMING DAN ANTI-APOPTOSIS SEL KANKER Metabolic reprogramming merupakan kompetitif interaksi antara ANT dengan Bcl2. Pada akhirnya ikatan antara Bcl2 dengan salah satu mekanisme survival yang Gambar 3. Inhibisi apoptosis sel oleh protein HSP 90. Inhibisi apoptosis sel oleh protein HSP 90 terjadi melalui inaktivasi PTPC melalui ikatan antara HSP90 dengan TRAP1 dan CYPD intramitokondrial serta inhibisi protein proapoptosis intrasitoplasmik (HSP : Heat Stroke Protein, TRAP : Tumour Necrosis Factor Reseptor-Associated Protein-1, CYPD : Cyclopidine).1 ANT akan mengakibatkan inaktivasi PTPC.1 Protein kanker dalam anti- respon apoptosis sel. Pada keadaan ini, sel apoptosis. Inaktivasi PTPC terjadi melalui kanker mengarahkan metabolisme produksi dan berperan sel memproduksi energi dan menghindar dari PTPC 90 oleh dalam inaktivasi HSP digunakan mekanisme Dwi Nur Ahsani, Mitokondria Sebagai Target Terapi Kanker energidari oksidatif menjadi dalam metabolic reproggramming sel tumor Fosforilasi oksidatif adalah protein Hipoxia Induced Factor1 mampu menghasilkan banyak ATP dengan (HIF1). Pada sel tumor HIF1 teraktivasi tidak jumlah senyawa ROS yang rendah. Salah satu hanya pada kondisi hipoksia (supresi pada alasan sel kanker untuk menghindar dari proses fosforilasi oksidatif dan akumulasi fosforilasi adalah substrat siklus krebs), tetapi juga dalam terdapatnya ROS. Akumulasi ROS yang kondisi oksigen yang adekuat. HIF-1 akan tinggi terjadinya meningkatkan aktivasi LactateDehidrogenase apotosis sel. Selain dari pada itu, terdapatnya (LDH) dan Piruvat Dehidrogenase Kinase kadar asam (H+) yang tinggi pada glikolisis (PDK). LDH akan merubah piruvat menjadi aerobik mempertahankan laktat, sedangkan PDK akan menghambat transmembran potensial mitokondria agar Piruvate Dehidrogenase (PDH) sehingga tetap tinggi sehingga akan terjadi supresi siklus krebs dan fosforilasi glikolisis fosforilasi anaerob. oksidatif mampu tersebut menginduksi mampu mempertahankan inaktivasi PTPC.1,2,3 oksidatif (Gambar 4).3 TERAPI KANKER DENGAN TARGET Salah satu faktor yang berperan penting MITOKONDRIA Gambar 4. Metabolic reprogramming pada sel kanker. Aktivasi HIF1 akan meningkatkan glikolisis anaerobik (pembentukan laktat) serta menghambat proses pembentukan energi melalui jalur fosforilasi oksidatif.3 JKKI, Vol.6 No.1, Jan-Apr2014 Dewasa ini, penelitian terapi kanker target spesifik yang banyak diteliti. Beberapa dikembangkan tidak hanya agar bersifat sel terapi tersebut tidak hanya dalam tahap uji spesifik saja, tetapi juga bersifat target preklinis saja, namun beberapa terapi telah spesifik. Mitokondria merupakan salah satu masuk dalam uji klinis tahap 3 (Tabel 1).5 Tabel 1. Terapi MOMPS inducers pada uji preklinis dan klinis.5 Dwi Nur Ahsani, Mitokondria Sebagai Target Terapi Kanker Tabel 2. Mekanisme aksi terapi kanker dengan target mitokondria1 Mekanisme aksi apoptosis sel kanker JKKI, Vol.6 No.1, Jan-Apr2014 pada terapi kanker dengan target mitokondria cepat terakumulasi pada mitokondria sel adalah melalui aktivasi MOMPS. Aktivasi ini kanker.1 dapat diinduksi oleh aktivasi PTPC melalui Salah satu jenis DLCs yang poten pada modulasi aktivitas protein proapoptosis Bcl2, terapi kanker adalah Triphenylphosphonium modulasi VDAC dan ANT, serta inhibisi (TPP) kation. Konjugasi antara TPP kation protein HSP 90. Selain itu aktivasi MOMPS dengan probe kimiawiataupun dengan drug juga dapat diinduksi melalui inhibisi glikolisis delivery anaerob serta meregulasi produksi ROS liposoms telah banyak digunakan untuk dengan mengarahkan proses pembentukan meningkatkan energi melalui jalur fosforilasi oksidatif mitokondria. Penelitian menunjukkan bahwa 1 (Tabel 2). carier seperti spesifitas dendimers terapi dan pada TPP yang dilabel dengan analog vitamin E (Mito VES) mampu menginduksi apoptosis sel kanker serta menghambat terjadinya TERAPI KANKER DENGAN DLCs Mekanisme lain yang dipergunakan dalam terapi mitokondria kanker adalah dengan dengan angiogenesis.6 target Shabaik et al. (2013) mengatakan Delocalized bahwa TP421 yang merupakan salah satu Lipofilic Cations (DLCs). Prinsip yang model novel TPP salt memiliki efek digunakan pada metode ini adalah dengan sitotoksisitas sel kanker yang poten. Efek menggunakan karakteristik alamiah tingginya sitotoksisitas TP421 bersifat selektif dengan muatan negatif pada matriks mitokondria sel onset yang singkat dan IC50 yang rendah. kanker dibandingkan dengan sel normal. Oleh Senyawa ini juga mengakibatkan terjadinya karena tingginya muatan negatif tersebut, cell cyle arrest pada fase G0 dan G1, maka pemberian substransi yang bersifat sehingga menekan pertumbuhan koloni sel lipofilik yang bermuatan positif (kation) akan kanker.6 Dwi Nur Ahsani, Mitokondria Sebagai Target Terapi Kanker Mekanisme sitotoksisitas TP421 Akumulasi ROS pada sitoplasmaakan terutama disebabkan oleh tingginya lokalisasi mengakibatkan aktivasi jalur stress oksidatif pada mitokondria. Pada mitokondria TP421 dan inhibisi autofagi. Aktivasi jalur stress mengakibatkan gangguan pada fosforilasi oksidatif terjadi melalui aktivasi jalur JNK, p- oksidatif serta meningkatkan produksi ROS 38 dan ERK. Aktivasi jalur tersebut akan intramitokondrial mengakibatkan maupun intrasitosol. Tingginya kadar ROS intramitokondrial akan inhibisi autofagi melalui down regulasi upstream pathway autofagi. Gambar 5. Inhibisi autophagy oleh aktivasi jalur stress oksidatif. Kadar ROS yang tinggi akan menginduksi JNK, ERK yang akan menginhibisi upstream pathway autophagy.7 meningkatkan apoptosis dan pelepasan intrasitosolik.6 MOMPS, kerusakan protein menginduksi DNA melalui pro-apoptosis Selain itu TP421 juga mengakibatkan inhibisi protein Beclin yang merupakan protein efektor autofagi (Gambar 5).6,7 TP421 mampu menghambat terjadinya migrasi sel tumor. Mekanisme tersebut terjadi JKKI, Vol.6 No.1, Jan-Apr2014 melalui inhibisi jalur Src-FAK dan juga berdasarkan target spesifik (mitokondria). Smad. Selain memfasilitasi migrasi, jalur Src- Melihat potensi unik tersebut, terapi sel FAK juga berperan penting dalam adhesi dan kanker berdasarkan target spesifik merupakan metastasis. Oleh potensi TP 421 yang poten upaya yang menjanjikan dengan efek yang pada sel kanker, penelitian lebih lanjut minimal pada sel yang normal. diperlukan untuk mengembangkan senyawa ini baik dalam riset dasar maupun lanjut.6 DAFTAR PUSTAKA KESIMPULAN Sel kanker memiliki merupakan kemampuan sel yang survival yang tinggi.Salah satu mekanisme survival yang dilakukan oleh sel kanker adalah melalui modulasi mitokondria. Mekanisme modulasi mitokondria oleh sel kanker untuk menghindari respon apoptosis sel, terjadi melalui stabilisasi permeabilitas mitokondria serta melalui reprogramming. proses metabolic Konsekuensi lain dari kondisi ini adalah tingginya muatan negatif pada matriks dibandingkan mitokondria dengan sel sel kanker normal. Karakteristik unik ini dikembangkan sebagai salah satu prinsip terapi terapi kanker 1. Fulda S, Galuzzi L, Kroemer G. Targeting mitochondria for cancer therapy. Nature Review. 2010.9 : 447-461. 2. Gogvadze V. Targeting mitochondria in fighting cancer. Current Pharmaceutical Design. 2011.17 : 1-10. 3. Gogvadze V, Orrenius S, Zhivotovsky B. Mitochondria in cancer cells : what is so special about them?. Elsevier. 2008.18(4) : 165-175. 4. Haupt S, Berger M, Goldberg Z, Haupt Y. Apoptosis–the p53 network.Cell Science. 2003.116: 4077-4085. 5. Galuzzi L, MorselliE, KeppO, Tajeddine, N, Kroemer G. Targeting p53 to mitochondria for cancer therapy. Cell Cycle. 2008.7(13) : 19491955. 6. Shabaik YH, Millard M, Neamati N. Mechanistic evaluation of a novel small molecule targeting mitochondria in pancreatic cancer cells. Plos One.2013.8(1) : e54346. 7. Kongara S, karantzaV. The interplay between autophagy and ROS in tumorigenesis. Frontier in Molecular and Selluler Oncology. 2012.2 : 1-13.
