1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kanker

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kanker kolon atau kanker kolorektal merupakan salah satu kasus kanker
yang sering terjadi dan menduduki peringkat ketiga penyebab kematian di dunia
akibat penyakit kanker (Li and Lai, 2009). Dari 100.000 populasi di Indonesia,
terjadi insidensi kanker kolon sebesar 19,1% pada pria dan 15,6% pada wanita
(Ferlay et al., 2010). Insidensi tersebut lebih besar dibandingkan dengan insidensi
kanker kolon di Australia, Selandia Baru, dan Eropa Barat (Abdullah et al., 2012).
Faktor risiko utama penyebab penyakit ini antara lain adanya peningkatan
intensitas kontak zat-zat toksik dengan kolon. Selain itu, gaya hidup yang tidak
sehat seperti kebiasaan merokok, konsumsi alkohol, dan obesitas juga dapat
meningkatkan insidensi penyakit ini (DeVita et al., 2011).
Meningkatnya insidensi penyakit kanker kolon diketahui terkait dengan
adanya mutasi pada sel kanker kolon. Sano et al. (1995) melaporkan bahwa lebih
dari 80% kasus kanker kolon menunjukkan adanya peningkatan ekspresi COX-2
dibandingkan pada sel normal. Aktivitas COX-2 diketahui berperan dalam
promosi tumor dan proses karsinogenesis. Ekspresi berlebih COX-2 pada sel
kanker diketahui berkaitan dengan aktivasi NF-κB. Aktivasi NF-κB sangat
berkontribusi dalam proses inflamasi pada gut mucosa (Wang et al., 2009).
Jalur utama aktivasi NF-κB yaitu melalui fosforilasi IκB, suatu inhibitor
protein yang terikat dengan NF-κB, oleh IKK (IκB kinase). Singh and Khar
1
2
(2006) melaporkan bahwa aktivasi NF-κB berkaitan erat dengan terjadinya
kemoresisten pada sel kanker. Penghambatan NF-κB terbukti dapat menekan
tumorigenesis dan metastasis serta menurunkan ekspresi VEGF pada beberapa sel
kanker (Huang, 2001; Fujioka, 2003). Oleh karena itu, penghambatan aktivasi
NF-κB pada karsinogenesis melalui pemhambatan aktivitas IKK atau COX-2
dapat menjadi salah satu target spesifik pada kemoprevensi kanker dan
pencegahan resistensi sel kanker terutama pada kanker kolon.
Pendekatan yang potensial dalam mengatasi adanya resistensi sel kanker
adalah penggunaan agen kokemoterapi pada terapi kanker. Kokemoterapi
merupakan metode yang diharapkan dapat memungkinkan penggunaan obat dosis
rendah dengan aktivitas meningkat, sehingga toksisitas terhadap jaringan normal
mengalami penurunan. Salah satu agen yang potensial digunakan dalam
kombinasi dengan agen kemoterapi adalah agen kemoprevensi berbasis bahan
alam (Tyagi et al., 2004).
Salah satu tanaman yang diketahui mempunyai aktivitas sebagai agen
kemoprevensi kanker adalah tanaman secang (Caesalpinia sappan). Kayu secang
diketahui mempunyai efek sitotoksik terhadap sel kanker hati HepG2 dan Hep3B
(Park et al., 2002). Selain itu, senyawa aktif pada kayu secang, brazilin dan
brazilein, juga telah terbukti mempunyai efek sitotoksik pada enam kultur sel
kanker yaitu HepG2, Hep3B, MDA-MB-231, MCF-7, A549, Ca9-22 (Yen et al.,
2010). Wang et al. (2011) melaporkan bahwa ekstrak etanolik kayu secang dapat
menurunkan ekspresi NF-κB/p65 dan COX-2 pada rheumatoid-arthritis yang
3
dimodelkan dengan tikus. Dengan demikian diperlukan penelitian lebih lanjut
mengenai potensi kayu secang tersebut.
Sejauh ini belum dilakukan penelitian mengenai aktivitas sitotoksik kayu
secang (Caesalpinia sappan) pada sel kanker kolon WiDr. Penelitian ini bertujuan
untuk mempelajari aktivitas sitotoksik ekstrak etanolik kayu secang pada sel
kanker kolon WiDr serta aplikasi kokemoterapi dalam bentuk kombinasi dengan
agen kemoterapi 5-fluorourasil yang merupakan agen kemoterapi utama pada
kanker kolon. Selain itu, dipelajari pula mekanisme yang memerantarai aktivitas
sitotoksik ekstak etanolik kayu secang terhadap sel kanker kolon WiDr yang
dimodelkan in silico terhadap protein target IKK dan COX-2.
B. Rumusan Masalah
1. Apakah ekstrak etanolik kayu secang (Caesalpinia sappan) mempunyai
aktivitas sitotoksik terhadap sel kanker kolon WiDr?
2. Apakah
ekstrak
etanolik
kayu
secang
(Caesalpinia
sappan)
dapat
meningkatkan sensitivitas sel kanker kolon WiDr terhadap 5-FU?
3. Apakah brazilein senyawa aktif Caesalpinia sappan, mempunyai afinitas
penghambatan terhadap IKK dan COX-2 yang dipelajari melalui kajian in
silico?
C. Pentingnya Penelitian Dilakukan
Penelitian ini dilaksanakan untuk mengeksplorasi bahan alam yang
berpotensi dalam usaha penanganan kanker dengan target yang selektif, terkait
4
dengan permasalahan resistensi dan efek samping agen kemoterapi yang selama
ini lazim digunakan yaitu 5-FU. Hasil penelitian ini akan sangat bermanfaat untuk
menambah data ilmiah yang valid mengenai aktivitas sitotoksik ekstrak etanolik
kayu secang (Caesalpinia sappan) pada aplikasinya dalam bentuk kombinasi
dengan 5-FU pada sel kanker kolon WiDr, dan mekanisme yang memerantarai
aktivitas sitotoksik kayu secang (Caesalpinia sappan) baik in silico maupun in
vitro, sehingga dapat dipublikasikan menjadi sebuah artikel dalam jurnal ilmiah
serta menjadi sumber data yang bermanfaat bagi pengembangan penelitian
selanjutnya.
D. Tujuan Penelitian
1. Tujuan Umum
Mengembangkan agen kemopreventif dengan target yang selektif sehingga
dapat mengurangi efek samping kemoterapi.
2. Tujuan Khusus
1. Mengetahui efek sitotoksik ekstrak etanolik kayu secang (Caesalpinia sappan)
terhadap sel kanker kolon WiDr serta nilai IC50-nya.
2. Mengetahui kemampuan ekstrak etanolik kayu secang (Caesalpinia sappan)
dalam meningkatkan efektivitas 5-FU pada sel kanker kolon WiDr dan kadar
kombinasinya yang efektif.
3. Mengetahui kemampuan penghambatan brazilein terhadap IKK dan COX-2 in
silico.
5
E. Tinjauan Pustaka
1. Penyakit Kanker Kolon dan COX-2
Kanker kolorektal atau kolon adalah kanker yang terbentuk di rektal,
kolon, dan appendix. Sebagaimana kanker pada umumnya, kanker kolon juga
menjalani tahapan karsinogenesis pada proses pembentukannya (Gambar 1).
Gen yang terlibat dalam karsinogenesis kanker kolon dapat digolongkan ke
dalam dua tipe. Gen-gen yang termasuk ke dalam tipe pertama adalah yang
berperan dalam transduksi sinyal yang diperlukan dalam replikasi sel, di
antaranya APC, DCC, dan K-ras. Gen tipe kedua adalah tumor suppressor
gene yang berperan dalam proses perbaikan DNA ketika terjadi kesalahan
dalam replikasi yaitu gen p53, hMSH2, hMLH1, hPMS1, dan hPMS2 (Calvert
and Frucht, 2002).
Gambar 1. Karsinogenesis pada kanker kolon. Kolon normal dapat terdiri dari sel-sel epitel
yang membawa mutasi bawaan pada gen APC, hMSH2, dan hMLH1. Terjadinya hiperproliferasi
epitel dipacu oleh abnormalitas metilasi DNA, inaktivasi APC, hMSH2, dan hMLH1 serta ekspresi
COX-2 berlebihan. Semakin sel berplroliferasi, tingkat mutasi semakin tinggi sehingga mutasi
juga terjadi pada K-ras, p53, dan DCC yang menyebabkan munculnya adenoma. Akumulasi
abnormalitas genetik selanjutnya akan menimbulkan terjadinya karsinoma yang bersifat invasif
(Aspinall and Taylor-Robinson, 2002).
Inisiasi kanker kolon ditandai dengan terjadinya kerusakan DNA oleh
agen-agen karsinogenik yang akan mengarahkan pada terjadinya mutasi gen.
6
Inisiasi pada kolon juga dapat terjadi sejak lahir di mana terdapat mutasi
bawaan di antaranya mutasi gen APC (Adenomatous Polyposis Coli) pada
familial adenomatous polyposis (FAP), serta mutasi hMSH2 dan hMLH1
pada kasus hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC) (Kim et al.,
2004; Lynch and de la Chapelle, 2003). Tahap promosi ditandai oleh sel
epitel pada kolon yang mengalami hiperproliferasi sehingga terjadi penebalan
dinding kolon. Hiperproliferasi sel didukung dengan adanya abnormalitas
pada metilasi DNA, inaktivasi APC, hMSH2, dan hMLH1 serta ekspresi
enzim siklooksigenase-2 (COX-2) berlebih. Tingkat metilasi DNA yang
tinggi serta tidak adanya enzim hMSH2 dan hMLH1 menyebabkan sel tidak
mampu mengatasi berbagai kerusakan DNA yang terjadi padahal tingkat
mutasi bertambah seiring dengan laju proliferasi sel (DeVita et al., 2011).
Meskipun demikian, pada tahap promosi ini belum terdapat perubahan
morfologi sel yang menandai keberadaan kanker. Kemudian terjadi
akumulasi kerusakan DNA yang semakin meningkat pada tahap progresi. Sel
epitel yang terpromosi telah mengalami mutasi pada K-ras dan p53 serta
delesi DCC. Secara anatomis, telah dapat diamati adanya adenoma pada
kolon. Pada tahap lebih lanjut, terjadi invasi sel kanker menembus basal
lamina dan memasuki pembuluh darah sehingga membentuk kanker sekunder
pada jaringan lain (metastasis). Selain itu, pembentukan pembuluh darah baru
(angiogenesis) juga dapat terjadi (Hanahan and Weinberg, 2011).
Karakteristik pada kanker kolon adalah terjadinya peningkatan
ekspresi siklooksigenase-2 (COX-2), yaitu enzim yang berperan dalam
7
metabolisme arakhidonat. Enzim COX-2 dapat terinduksi dengan cepat
apabila terjadi reaksi inflamasi pada sel dan pada tumor oleh sitokin dan
tumor
promoter.
Ekspresi
COX-2
akan
menginduksi
pembentukan
prostaglandin (PGE2) dari asam arakhidonat. Ekspresi COX-2 dan
prostaglandin berhubungan dengan regulasi proliferasi sel, diferensiasi, dan
tumorigenesis (Turini and Dubois, 2002). Muller-Decker et al. (2002)
menyebutkan bahwa COX-2 lebih berperan dalam proses promosi tumor
dibandingkan pada inisiasi tumor. Peran COX-2 pada karsinogenesis dapat
dilihat pada gambar 2.
COX-2
Invasi
Asam arakhidonat
PGH2
Ras
PGE2
P-Akt
Adhesi
Angiogenesis
Migrasi
Penghambatan
apoptosis
MMP
ProTGFα
TGFα
EGFR
Signaling
Gambar 2. Peran COX-2 pada karsinogenesis. COX-2 berperan dalam mengubah asam
arakhidonat menjadi PGE2. yang berperan dalam menghambat apoptosis, menstimulasi adhesi,
pergerakan, invasi, dan menginduksi angiogenesis (Ghosh et al., 2010).
Prostaglandin
akan
mengaktivasi
phosphatidyl-inositol-3-kinase
(PI3K) melalui jalur RAS/MAPK (Markowitz, 2007) dan pengaktifan NF-кB
(Hanahan and Weinberg, 2011). Aktivasi RAS/MAPK meningkatkan
proliferasi sel, sedangkan aktivasi NF-кB akan menghambat apoptosis
(Hanahan and Weinberg, 2011). Prostaglandin juga menginduksi ekspresi
8
matriks metalloproteinase (MMP) yang berperan dalam proses metastasis.
Enzim COX-2 diketahui menstimulasi faktor angiogenik seperti vascular
endothelial growth factor (VEGF) dan basic Fibroblast Growth Factor
(bFGF) yang berperan dalam angiogenesis (Tsuji et al., 1998). Peningkatan
ekspresi COX-2 dilaporkan meningkatkan ekspresi dan aktivasi protein
antiapoptosis serta inaktivasi tumor suppressor factors dan protein
proapoptosis (Markowitz, 2007). Dengan demikian, penghambatan pada
ekspresi dan aktivitas COX-2 dapat menjadi target kemoprevensi pada kanker
kolon.
Sel WiDr (Gambar 3) merupakan sel kanker kolon manusia yang
diisolasi dari kolon seorang wanita berusia 78 tahun. Sel ini merupakan salah
satu jenis kultur kanker kolon yang sering digunakan dalam penelitian. Sel
WiDr merupakan turunan sel kanker kolon yang lain yakni sel HT-29 (Chen
et al., 1987).
Gambar 3. Sel WiDr setelah mencapai konfluen (koleksi CCRC)
Salah
satu
karakteristik
dari
sel
WiDr
adalah
ekspresi
sikolooksigenase-2 (COX-2) yang tinggi yang memacu proliferasi sel WiDr
(Palozza et al., 2005). Pada sel WiDr, terjadi mutasi p53 pada posisi 273
sehingga terjadi perubahan residu arginin menjadi histidin (Noguchi et al.,
9
1979). Namun, p21 pada sel WiDr yang masih normal memungkinkan untuk
terjadinya penghentian daur sel (Liu et al., 2006). Apoptosis pada sel WiDr
dapat terjadi melalui jalur independent p53, di antaranya melalui aktivasi p73
(Levrero et al., 2000).
2. Aktivasi NF-κB dan Perannya dalam Karsinogenesis
Faktor transkripsi NF-κB merupakan famili faktor transkripsi yang
terdapat pada eukariotik (Vallabhapurapu and Karin, 2009). Anggota NF-κB
pada mamalia membentuk homo- dan heterodimer, yang terdiri dari
p65/RelA, c-Rel, RelB, p105/p50 dan p100/p52 (Ghosh and Hayden, 2008).
Semua anggota famili tersebut mempunyai Rel Homology Domain (RHD)
pada N-terminal yang mengatur dimerisasi, lokalisasi inti, dan pengikatan
DNA. Rel Homology Domain tersebut juga berikatan dengan suatu inhibitor
protein κB famili (IκBs) yang mempertahankan NF-κB untuk terus berada di
sitoplasma pada sel yang tidak terstimulasi (Scheidereit, 2006).
Secara umum jalur aktivasi NF-κB adalah melalui degradasi IκB
(Inhibitor κB) yang melibatkan ubiquitinasi dan fosforilasi (Vallabhapurapu
and Karin, 2009). Aktivasi NF-κB pada jalur tersebut melibatkan stimulasi
IKK (IκB kinase) kompleks, yang terdiri dari subunit IKKα, IKKβ, dan IKKγ
(NEMO), oleh beberapa ligan seperti TNF-α dan IL-1β. Subunit β pada IKK
bertanggung jawab dalam fosforilasi IκB sedangkan NEMO bertanggung
jawab sebagai regulator, sehingga terjadi pemecahan kompleks IκB-NF-κB.
Dengan demikian NF-κB teraktivasi dan masuk ke nukleus sebagai faktor
10
transkripsi (Thu and Richmond, 2010). Jalur aktivasi NF-κB dapat dilihat
pada gambar 4.
Sitokin
proinflamasi
ekstraseluler
membran
P
P
intraseluler
P
IKKα
IKKβ
NEMO
Ubiquitin
P
IκB
proteasom
p65
p65
p50
p50
p65
p50
mRNA COX-2
Gambar 4. Jalur utama aktivasi NF-κB. Aktivasi NF-κB melibatkan proses fosforilasi dan
ubiqutinasi. Setelah pemecahan kompleks IκB-NF-κB dan IκB terdegradasi, NF-κB akan
bermigrasi ke nukleus dan menjalankan fungsinya sebagai faktor transkripsi (Liu and Chen, 2011).
Faktor transkripsi NF-κB merupakan regulator berbagai gen yang
terkait dengan imunitas, inflamasi dan cell survival (Ghosh and Hayden,
2008). Pada sel normal, NF-κB berperan penting dalam menjaga kepadatan
tulang,
pencegahan
stres
oksidatif
melalui
agen
inflamasi
serta
penanggulangan gangguan sistem imun oleh bakteri dan virus (Trouvin and
11
Goëb, 2011; Ghosh and Hayden, 2008; Thu and Richmond, 2010),
sedangkan pada sel kanker, terjadi mutasi pada jalur aktivasi NF-κB.
Penelitian terdahulu membuktikan bahwa induksi NF-κB dapat menghambat
terjadinya apoptosis dan meningkatkan proliferasi serta menginduksi
terjadinya resistensi pada sel kanker (Voorhees et al., 2003; Verma, 2004;
Kim et al., 2006).
Aktivasi NF-κB dapat memicu ekspresi sitokin inflamasi atau stres
oksidatif pada sel inflamatori yang menyebabkan peningkatan ekspresi COX2 pada sel epitel (Plummer et al., 1999). Enzim COX-2 diketahui sebagai
salah satu protein yang ekpresinya diregulasi oleh NF-κB. Faktor transkripsi
NF-κB memiliki dua binding site pada promoter region gen COX-2 yaitu
pada posisi NF-κB-5’ (-447 sampai -438) dan posisi NF-κB-3’ (-222 sampai 213) (Appleby et al., 1994). Kedua posisi tersebut memfasilitasi adanya
induksi ekspresi COX-2 akibat aktivasi NF-κB oleh beberapa sitokin
proinflamasi (Yamamoto et al., 1995; Inoue et al., 1995). Aktivasi NF-κB
dilaporkan menginduksi inflamasi yang berkaitan erat dengan stimulasi
perkembangan sel malignan (Luo et al., 2004).
Aktivasi jalur IKK/NF-κB merupakan salah satu kunci mekanisme
pertahanan hidup dari beberapa tipe kanker. Beberapa gen yang diregulasi
NF-κB
diketahui
terekspresi
dan
berperan
dalam
proliferasi
sel,
tumorigenesis, dan metastasis kanker. Peningkatan ekspresi sitokin seperti
TNF-α dan IL-6 serta kemokin akibat aktivasi NF-κB berkontribusi pada
kerusakan jaringan yang terkait inflamasi. Sitokin IL-6 diketahui meregulasi
12
pertumbuhan preneoplastis pada tumorigenesis kanker kolon (Grivennikov et
al., 2009). Penelitian terdahulu menyebutkan bahwa NF-κB dapat
menghambat apoptosis dengan meregulasi ekspresi protein antiapoptosis
seperti inhibitor of apoptotic proteins (IAPs) (Kucharczak et al., 2003) serta
menghambat aktivasi JNK dan menghambat akumulasi ROS (Luo et al.,
2005). Protein NF-κB diketahui meregulasi ekspresi Cyclin D1 dan cMyc
yang berperan pada pertumbuhan dan proliferasi sel (Guttridge et al.,1999;
Chen et al., 2000), serta meningkatkan ekspresi faktor angiogenik VEGF dan
IL-8 (Richmond, 2002), yang secara langsung maupun tidak langsung
meningkatkan ekspresi NF-κB.
Penekanan ekspresi protein inflamasi pada tumor yang terkait
inflamasi dapat dilakukan melalui inaktivasi jalur IKK/NF-κB (Gretten et al.,
2004). Penelitian Huang et al. (2001) dan Fujioka et al. (2003) membuktikan
bahwa penghambatan NF-κB dapat menekan tumorigenesis dan metastasis
serta menurunkan ekspresi VEGF pada beberapa sel kanker. Penelitian lain
oleh Choo et al. (2008) menyebutkan bahwa penggunakan inhibitor IKKβ
terbukti menyebabkan adanya penurunan ekspresi MMP-9, menghambat
migrasi dan invasi sel adenokarsinoma pada murin.
3. 5-Fluorourasil sebagai Agen Kemoterapi
Senyawa 5-fluorourasil (5-FU) merupakan agen kemoterapi utama
yang digunakan untuk terapi kanker kolon (Meyerhard and Mayer, 2005).
Senyawa 5-FU adalah analog pirimidin yang bekerja secara antagonis dengan
dUMP terhadap aktivitas enzim timidilat sintetase (TS). Di dalam tubuh 5-FU
13
dimetabolisme menjadi tiga metabolit aktif, yaitu fluorodeoksiuridin
monofosfat (FdUMP), fluorodeoksiuridin trifosfat (FdUTP), dan fluorouridin
trifosfat (FUTP) (Diasio and Johnson, 1999) (Gambar 5). Metabolit FdUMP
berperan sebagai substrat palsu TS yang menyebabkan terhambatnya sintesis
DNA. Metabolit aktif lain, FdUTP menyebabkan kesalahan inkorporasi
DNA, sedangkan FUTP menyebabkan kesalahan inkorporasi RNA. Hal ini
dapat
menyebabkan
terjadinya
kesalahan
dan
terhambatnya
proses
transkripsi, translasi, dan replikasi.
Gambar 5. Jalur metabolisme 5-FU yang menghambat pembentukan DNA dan
mengakibatkan misinkorporasi. Metabolit 5-FU dapat menghambat DNA maupun RNA
sintesis. 5-FU dikatalisis oleh timidin fosforilase menghasilkan FdUMP yang menghambat TS
dalam pembentukan DNA dan membuat misinkorporasi DNA. Sedangkan uridin fosforilase
mengkatalisis pembentukan metabolit 5-FU yang dapat membuat kesalahan inkorporasi RNA
(Pratt et al., 2005).
Agen kemoterapi 5-FU bekerja dalam menginduksi apoptosis melalui
penghambatan sintesis DNA yang disebabkan sel kekurangan deoksitimidin
trifosfat (dTTP). Peningkatan ekspresi TS pada sel kanker merupakan respon
sel yang dapat mengakibatkan resistensi terhadap 5-FU (Giovanetti et al.,
2007). Insidensi resistensi inilah yang diduga menyebabkan efektivitas 5-FU
14
rata-rata hanya memberikan respon kurang dari 15% pada pasien kanker
kolorektal (Yoshikawa et al., 2001).
Mekanisme resistensi sel kanker terhadap 5-FU melibatkan modulasi
pada ekspresi gen regulator yang terlibat dalam jalur transduksi sinyal NFκB, maupun terhadap metabolisme pirimidin (Wang et al., 2004). Aktivasi
NF-κB pada sel kanker inilah yang dapat menghambat kemampuan agen
kemoterapi kanker untuk menginduksi apoptosis. Efek samping lain yang
sering ditemukan pada pasien antara lain neutropenia, stomatitis, diare, dan
hand-foot syndrome. Masing-masing efek ini terkait dengan metode
pemberian yang diterapkan pada pasien (Meyerhardt and Mayer, 2005).
Dengan demikian, diperlukan pengembangan agen kokemoterapi untuk
meningkatkan efektivitas terapi dengan 5-FU.
4. Kokemoterapi
Sebagian besar agen kemoterapi yang digunakan secara klinis
mempunyai indeks terapi yang sempit. Hal ini menyebabkan berkembangnya
fenomena multidrug resistance (MDR) dan biodistribusi yang tidak spesifik
yang berakibat pada sel normal dan menimbulkan efek samping (Ismael et
al., 2008). Terapi kombinasi atau kokemoterapi telah menjadi standar,
terutama pada terapi penyakit kanker. Metode tersebut merupakan strategi
utama dalam meningkatkan respon dan toleransi namun menekan terjadinya
resistensi.
Parameter yang lazim digunakan dalam mengevaluasi karakteristik
efikasi kombinasi secara kuantitatif adalah nilai Combination Index (CI)
15
(Zhao, et al., 2004). Pendekatan utama dalam menekan efek samping agen
kemoterapi dalam pengatasan kanker adalah penggunaan agen pendamping
yang kombinasinya bersifat sinergis. Kombinasi tersebut memungkinkan
penggunaan obat dosis rendah dengan aktivitas meningkat, sehingga
toksisitas terhadap jaringan normal menurun (Alison, 2004). Salah satu
alternatif senyawa yang berpotensi sebagai agen kokemoterapi adalah
senyawa fitokimia (Sharma et al., 2004; Tyagi et al., 2004).
5. Molecular Docking dengan PLANTS
Molecular docking merupakan metode utama dalam proses desain
molekul obat berbasis struktur (structure-based drug design, SBDD). Metode
ini dilakukan melalui simulasi secara komputasi yang memodelkan interaksi
antara ligan dan reseptor pada sisi aktifnya (Huang and Zhou, 2007).
Terdapat dua hal yang harus diperhatikan dalam docking yaitu penempatan
ligan pada binding site-nya, termasuk orientasi dan konformasinya (pose),
dan kekuatan (energi) interaksi antara ligan dan reseptor.
Software PLANTS merupakan program aplikasi molekuler gratis yang
diketahui memiliki kualitas seperti GOLD (aplikasi molecular docking
berbayar). PLANTS memiliki banyak kelebihan yaitu selain gratis, software
ini sederhana dan mudah diaplikasikan (cukup single line command untuk
simulasi). Namun, PLANTS tidak menyediakan fungsi preparasi protein,
ligan, maupun visualisasi. PLANTS tidak memiliki aplikasi untuk Windows,
dan hanya bisa dijalankan dengan LINUX. Jika pengguna Windows ingin
memakai
PLANTS,
pengguna
dapat
menggunakan
bantuan
Co-
16
Pendrivelinux-KDE (suatu sofware untuk hibridisasi LINUX dalam
Windows), YASARA (untuk visualisasi dan preparasi protein), serta
ChemSketch (untuk preparasi senyawa yang akan di-docking-kan dengan
protein target).
6. Secang (Caesalpinia sappan)
Tanaman secang (Gambar 6) berbentuk perdu atau pohon kecil dengan
tinggi 5-10 m. Batang secang berbentuk bulat dan berwarna hijau kecoklatan.
Pemanenan kayu dapat dilakukan mulai umur 1-2 tahun. Perbanyakan
dilakukan dengan menggunakan biji atau stek batang (Verheij and Coronel,
1992). Adapun morfologi dan klasifikasi tanaman secang adalah sebagai
berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Magnoliopsida
Ordo
: Fabales
Famili
: Caesalpiniaceae
Genus
: Caesalpinia
Spesies
: Caesalpinia sappan L.
(Backer and Van Den Brink, 1965)
Nama lokal
: Sappanwood, Indian redwood (En), Sappan, bresillet des
Indes (Fr). Indonesia: secang (Sunda), kayu secang, soga jawa (Jawa).
Malaysia: Sapang (Murut, Sabah).
(Verheij and Coronel, 1992)
17
(a)
(b)
(c)
Gambar 6. Tanaman secang. (a) tanaman secang; (b) buah dan daun secang; (c) serutan kayu
secang (Gunawan et al., 2001).
Secara kimia tumbuhan C. sappan dicirikan oleh beberapa golongan
senyawa fenol, antara lain flavonoid, turunan 2’-metoksicalkon, turunan
homoisoflavonoid, brazilin, brazilein, dan turunan dibenzoksocin. Kim et al.
(1997) melaporkan bahwa komponen utama yang terkandung pada kayu
secang adalah senyawa brazilin dan brazilein. Struktur senyawa brazilin dan
brazilein dapat dilihat pada gambar 7.
(a)
(b)
Gambar 7. Struktur kimia senyawa aktif kayu secang; (a) brazilin dan (b) brazilein yang
termasuk dalam golongan senyawa homoisoflavonoid (Kim et al., 1997).
Kayu secang memiliki aktivitas antiinflamasi dan analgesik. Ekstrak
etanolik kayu secang terbukti sebagai antioksidan dan mencegah terjadinya
kerusakan DNA yang diinduksi hidroksil radikal (Saenjum et al., 2010).
Penelitian yang dilakukan oleh Park et al. (2002) menyebutkan bahwa ekstrak
metanol kayu secang memberikan nilai IC50 sebesar 15 ± 1 µg/mL pada sel
kanker hepar Hep3B dan 11 ± 1 µg/mL pada sel HepG2, sedangkan ekstrak
18
airnya memberikan nilai IC50 sebesar 11 ± 4 µg/mL pada sel kanker hepar
Hep3B dan 13 ± 2 µg/mL pada sel HepG2 (Wicaksono et al., 2008). Ekstrak
metanolik kayu secang juga terbukti mempunyai aktivitas sitotoksik yang
poten pada sel kanker paru-paru A-549 (Hemalatha et al., 2011).
Brazilin dan brazilein merupakan komponen utama yang terkandung
dalam kayu secang yang diketahui memiliki aktivitas sebagai antikanker dan
antiinflamasi. Brazilin dan brazilein dilaporkan mempunyai aktivitas terhadap
beberapa kultur sel kanker hati dan payudara dengan efek sitotoksik moderate
dengan nilai IC50 antara 5-18 μM (Yen et al., 2010). Brazilein dilaporkan
berpotensi sebagai agen antikanker untuk mengatasi resistensi yang dimediasi
ABCB1 (ATP binding cassete sub family B member 1) (Taoa et al., 2011).
Melalui penelitian oleh Zhong et al. (2009) diketahui bahwa brazilein mampu
menginduksi apoptosis dan menghambat protein survivin pada sel HepG2.
Kayu secang telah lama dimanfaatkan oleh masyarakat untuk
mengobati penyakit yang berkenaan dengan imunitas dan inflamasi. Ekstrak
etanolik kayu secang dilaporkan dapat menghambat matriks metalloproteinase
pada osteoarthritis (Toegel et al., 2011). Selain itu, penelitian oleh Wang et al.
(2011) membuktikan bahwa ekstrak kayu secang dapat menurunkan ekspresi
COX-2 dan NF-κB serta sitokin inflamasi pada tikus yang diinduksi arthritis.
Dengan demikian, dapat diketahui bahwa kayu secang berpotensi sebagai agen
kemoprevensi kanker yang terkait dengan inflamasi.
19
F. Landasan Teori
Tanaman Secang (Caesalpinia sappan) telah terbukti sebagai agen
kemoprevensi kanker melalui penelitian terdahulu. Ekstrak kayu secang terbukti
memiliki aktivitas sitotoksik pada beberapa sel kanker dan mampu menghambat
inflamasi. Selain itu, senyawa brazilin dan brazilein yang merupakan senyawa
aktif yang terkandung dalam kayu secang, dilaporkan memiliki aktivitas sitotoksik
terhadap beberapa sel kanker dalam uji in vitro. Oleh karena itu, ekstrak etanolik
kayu secang diduga mempunyai aktivitas sitotoksik terhadap sel kanker kolon
WiDr.
Agen kemoterapi utama yang digunakan dalam pengobatan kanker kolon,
5-Fluorourasil (5-FU) diketahui mengakibatkan resistensi sel kanker dan berbagai
efek samping lain. Strategi utama untuk mencegah terjadinya kemoresistensi dan
timbulnya efek samping adalah dengan penggunaan agen kokemoterapi yang
berasal dari bahan alam. Agen kokemoterapi dapat meningkatkan sensitivitas sel
terhadap agen kemoterapi sehingga dosis yang digunakan lebih rendah dan
menurunkan efek samping yang ditimbulkan. Kombinasi ekstrak etanolik kayu
secang diharapkan dapat meningkatkan sensitivitas sel kanker kolon WiDr
terhadap 5-FU.
Salah satu mekanisme sensitisasi suatu sel kanker adalah melalui modulasi
NF-κB. NF-κB merupakan faktor transkripsi yang diketahui bertanggung jawab
terhadap terjadinya resistensi dan peningkatan ekspresi COX-2 terutama pada sel
kanker kolon. Peningkatan ekspresi COX-2 dapat memicu terjadinya proliferasi
sel dan angiogenesis. Mekanisme yang memerantarai aktivitas sitotoksik ekstrak
20
etanolik kayu secang diprediksi melalui kajian in silico dengan metode molecular
docking. Senyawa aktif kayu secang, brazilein, diharapkan mempunyai aktivitas
penghambatan terhadap protein IKKβ yang merupakan jalur upstream NF-κB dan
penghambatan terhadap aktivitas enzim COX-2.
G. Hipotesis
Dari uraian di atas dapat ditarik suatu hipotesis sebagai berikut :
1. Ekstrak etanolik kayu secang (Caesalpinia sappan) mempunyai aktivitas
sitotoksik pada sel kanker kolon WiDr.
2. Ekstrak etanolik kayu secang (Caesalpinia sappan) dapat meningkatkan
sensitivitas sel kanker kolon WiDr terhadap 5-FU.
3. Brazilein, senyawa aktif pada tanaman secang (Caesalpinia sappan),
mempunyai afinitas penghambatan terhadap IKKβ dan COX-2 melalui kajian
in silico.