MEKANISME DAN REGULASI APOPTOSIS Pengertian apoptosis

MEKANISME DAN REGULASI APOPTOSIS
Pengertian apoptosis
Apoptosis adalah mekanisme kematian sel yang terprogram yang penting
dalam berbagai proses biologi. Berbeda dengan nekrosis, yang merupakan bentuk
kematian sel sebagai akibat sel yang terluka akut, apoptosis terjadi dalam proses yang
diatur sedemikian rupa yang secara umum memberi keuntungan selama siklus
kehidupan suatu organisme (Gambar 1). Contohnya adalah pada diferensiasi jari
manusia selama perkembangan embrio membutuhkan sel-sel di antara jari-jari untuk
apoptosis sehingga jari-jari dapat terpisah.
Gambar 1. Perbedaan apoptosis dan nekrosis
Sejak awal tahun 1990, penelitian mengenai apoptosis berkembang dengan
pesat. Penelitian mengenai apoptosis dimulai dengan studi pada Caenorhabditis
elegans. Cacing dewasa memiliki 1000 sel, di mana selama perkembangannya ada
131 sel yang mati. Ada 2 bentuk mutasi ditemukan yaitu ced 3 dan ced 4. Sekuen ced
3 homolog dengan Interleukin Converting Enzyme (ICE) yang dibutuhkan untuk
aktivasi proteolitik dari prekursor interleukin 1, di mana selama aktivasi ada hormon
tertentu yang dilepaskan oleh sel imun tertentu yang dapat memacu terjadinya
inflamasi. Hal ini menunjukkan bahwa proteolisis dibutuhkan untuk apoptosis.
1
CCRC Farmasi UGM File
Peranan apoptosis
Apoptosis memiliki peranan penting dalam fenomena biologis, proses
apoptosis yang tidak sempurna dapat menyebabkan timbulnya penyakit yang sangat
bervariasi. Terlalu banyak apoptosis menyebabkan sel mengalami kekacauan,
sebagaimana terlalu sedikit apoptosis juga menyebabkan proliferasi sel yang tidak
terkontrol (kanker). Beberapa contoh penyakit yang ditimbulkan karena apoptosis yang
tidak sempurna antara lain:
a. Penyakit autoimun disebabkan karena sel T/B yang autoreaktif terus menerus.
b. Neurodegeneration, seperti pada penyakit Alzheimer dan Parkinson, akibat dari
apoptosis prematur yang berlebihan pada neuron di otak. Neuron yang tersisa
tidak mempunyai kemampuan untuk meregenerasi sel yang hilang.
c. Stroke iskemik, aliran darah ke bagian-bagian tertentu dari otak dibatasi
sehingga dapat menyebabkan kematian sel saraf melalui peningkatan
apoptosis.
d. Kanker, sel tumor kehilangan kemampuannya untuk melaksanakan apoptosis
sehingga proliferasi sel meningkat.
Fungsi apoptosis
a.
Sel yang rusak atau terinfeksi
Apoptosis dapat terjadi secara langsung ketika sel yang rusak tidak bisa diperbaiki lagi
atau terinfeksi oleh virus. Keputusan untuk melakukan apoptosis dapat berasal dari sel
itu sendiri, dari jaringan di sekitarnya, atau dari sel yang merupakan bagian sistem
imun. Jika kemampuan sel untuk ber-apoptosis rusak atau jika inisiasi apotosis
dihambat, sel yang rusak dapat terus membelah tanpa batas, berkembang menjadi
kanker.
b.
Respon terhadap stress atau kerusakan DNA
Kondisi stress sebagaimana kerusakan DNA sel yang disebabkan senyawa toksik atau
pemaparan sinar ultraviolet atau radiasi ionisasi (sinar gamma atau sinar X), dapat
menginduksi sel untuk memulai proses apoptosis. Contohnya pada kerusakan genom
dalam inti sel, adanya enzim PARP-1 memacu terjadinya apoptosis. Enzim ini memiliki
peranan penting dalam menjaga integritas genom, tetapi aktivasinya secara berlebihan
dapat menghabiskan ATP, sehingga dapat mengubah proses kematian sel menjadi
nekrosis (kematian sel yang tidak terprogram).
2
CCRC Farmasi UGM File
c.
Homeostasis
Homeostasis adalah suatu keadaan keseimbangan dalam tubuh organisme yang
dibutuhkan organisme hidup untuk menjaga keadaan internalnya dalam batas tertentu.
Homeostasis tercapai saat tingkat mitosis (proliferasi) dalam jaringan seimbang
dengan kematian sel. Jika keseimbangan ini terganggu dapat terjadi :
1. sel membelah lebih cepat dari sel mati.
2. sel membelah lebih lambat dari sel mati.
Mekanisme apoptosis
Mekanisme apoptosis sangat kompleks dan rumit. Secara garis besarnya apoptosis
dibagi menjadi 4 tahap, yaitu :
1. Adanya signal kematian (penginduksi apoptosis).
2. Tahap integrasi atau pengaturan (transduksi signal, induksi gen apoptosis yang
berhubungan, dll)
3. Tahap pelaksanaan apoptosis (degradasi DNA, pembongkaran sel, dll)
4. Fagositosis.
Signal Penginduksi Apoptosis
Apoptosis tidak memerlukan suatu proses transkripsi atau translasi. Molecular
machine yang dibutuhkan untuk kematian sel dianggap mengalami dormansi dan
hanya memerlukan aktivasi yang cepat. Signal yang menginduksi apoptosis bisa
berasal dari ekstraseluler dan intraseluler.
Signal ekstraseluler contohnya hormon hormon. Hormon tiroksin menginduksi
apoptosis pada ekor tadpole. Apoptosis juga bisa dipicu oleh kurangnya signal yang
dibutuhkan sel untuk bertahan hidup seperti growth factor. Sel lain, sel berhubungan
dengan sel yang berdekatan juga bisa memberikan signal untuk apoptosis.
Signal intraseluler misalnya radiasi ionisasi, kerusakan karena oksidasi radikal bebas,
dan gangguan pada siklus sel.
Kedua jalur penginduksi tersebut bertemu di dalam sel, berubah menjadi famili
protein pengeksekusi utama yang dikenal sebagai caspase. Sel yang berbeda
memberikan respon yang berbeda terhadap penginduksi apoptosis. Misalnya sel
splenic limfosit akan mengalami apoptosis saat terpapar radiasi ionisasi, sedangkan
sel myocyte tidak mengalami apoptosis untuk pemaparan yang sama.
3
CCRC Farmasi UGM File
Regulator Molekuler dari Apoptosis
Signal kematian dihubungkan dengan pelaksanaan apoptosis oleh tahap
integrasi atau pengaturan. Pada tahap ini terdapat molekul regulator positif atau
negatif
yang
dapat
menghambat,
memacu,
mencegah
apoptosis
sehingga
menentukan apakah sel tetap hidup atau mengalami apoptosis (mati).
Apoptosis diperantarai oleh famili protease yang disebut caspase, yang
diaktifkan melalui proteolisis dari bentuk prekursor inaktifnya (zymogen). Caspase
merupakan endoprotease yang memiliki sisi aktif Cys (C) dan membelah pada terminal
C pada residu Asp, oleh karena itu dikenal sebagai Caspases (Cys containing Asp
specific protease).
Saat ini telah ditemukan 13 anggota famili caspases pada manusia. Beberapa
anggota famili caspase yang terlibat dalam apoptosis dibedakan menjadi 2 golongan.
Golongan yang pertama terdiri dari caspase 8, 9,10 yang mengandung prodomain
yang panjang pada terminal N, fungsinya sebagai inisiator dalam proses kematian
sel. Golongan yang kedua terdiri dari caspase 3, 6, 7 yang mengandung prodomain
yang pendek dan berfungsi sebagai efektor, membelah berbagai substrat yang mati
yang pada akhirnya menyebabkan perubahan morfologi dan biokimia yang tampak
pada sel yang mengalami apoptosis. Molekul efektor lain dalam apoptosis adalah
Apaf-1 (apoptotic protease activating factor) bersama sitokrom c mengambil procaspase 9 di ATP-dependent manner, dan menstimulasi proses perubahan procaspase 9 menjadi caspase 9.
Regulator apoptosis yang lain adalah anggota famili Bcl-2. Saat ini ada 18
anggota famili Bcl-2 yang telah diidentifikasi, dan dibagi ke dalam 3 grup berdasarkan
strukturnya. Anggota grup pertama diwakili oleh Bcl-2 dan Bcl-xL yang berfungsi
sebagai anti-apoptosis. Anggota grup kedua diwakili oleh Bax dan Bak (Bcl-2
associated killer), sebagaimana anggota grup yang ketiga yaitu Bid (a novel BH3
domain-only death agonist) dan Bad (the Bcl-2 associated death molecule),
merupakan molekul pro-apoptosis (Gambar 2).
4
CCRC Farmasi UGM File
Gambar 2. Anggota famili bcl-2
ICE (Interleukin Converting Enzim) secara normal tidak terlibat dalam
apoptosis, tetapi aktivasi tiruannya dalam sel mamalia, dapat mendorong ke arah
tersebut. Masing-masing caspase mempunyai urutan yang sama, dirancang untuk
membelah, maka menjadi jelas caspase membelah satu sama lain dalam suatu jalur
mekanisme pengaktifan.
Dua rangkaian caspase saling melibatkan. Yang satunya menginisiasi proses
aktivasi caspase lainnya. Pertanyaannya siapa yang mengaktifkan caspase yang
pertama? Tampak meragukan, sampai peneliti menemukan bahwa caspase dapat
diaktifkan jika mereka mengumpul pada konsentrasi kritik. Ini bisa terjadi oleh ikatan
molekul signal bunuh diri di permukaan sel. Perubahan konformasi reseptor dapat
mendorong ke arah agregasi dari molekul reseptor permukaan dengan serentak
dengan agregasi caspases intraseluler reseptor agregasi.
Target Caspase
Apoptosis melibatkan:
1. memadatkan inti sel
2. memadatkan dan membagi-bagi sitoplasma ke dalam selaput ikat badan
apoptotis
3. rusaknya kromosom ke dalam fragmen yang berisi berbagai nukleosom
Target protein pada umumnya harus protein lain, suatu DNA endonuklease.
Ketika protein target pecah, DNase bebas untuk berpindah tempat ke inti dan mulai
pelaksanaan. Perubahan dalam apoptosis terjadi ketika caspase 3 membelah gelsolin,
suatu protein dilibatkan dalam pemeliharaan morfologi sel. Gelsolin yang dibelah
5
CCRC Farmasi UGM File
membelah actin filamen di dalam sel. Protein yang lain diperlukan untuk membentuk
badan apopotic: suatu kinase yang disebut p21-activated kinase 2 (PAK-2). Kinase ini
diaktifkan oleh caspase-3 dengan proteolisis terbatas.
Tahap Pelaksanaan Apoptosis
Sinyal apoptosis bisa terjadi secara intraseluler dan ekstraseluler. Jalur
ekstrinsik (ekstraseluler) diinisiasi melalui stimulasi dari reseptor kematian (death
receptor) sedangkan jalur intrinsik diinisiasi melalui pelepasan faktor signal dari
mitokondria dalam sel.
Peristiwa apoptosis jalur ekstrinsik dimulai dari adanya pelepasan molekul
signal yang disebut ligan oleh sel lain tetapi bukan berasal dari sel yang akan
mengalami apoptosis. Ligan tersebut berikatan dengan death receptor yang terletak
pada transmembran sel target yang menginduksi apoptosis. Death receptor yang
terletak di permukaan sel adalah famili reseptor TNF (Tumor Necrosis Factor), yang
meliputi TNF-R1, CD 95 (Fas), dan TNF-Related Apoptosis Inducing Ligan (TRAIL)-R1
dan R2.
Ligan yang berikatan dengan reseptor tersebut akan mengakibatkan caspase
inisiator 8 setelah membentuk trimer dengan adaptor FADD (Fas Associeted Death
Domain). Kompleks yang terbentuk antara ligan-reseptor dan FADD disebut DISC
(Death Inducing Signaling Complex). CD 95, TRAIL-R1 dan R2 terikat dengan FADD,
sedangkan TNF-R1 terikat secara tidak langsung melalui molekul adaptor lain, yaitu :
TNF-Reseptor Associeted Death Domain protein (TRADD).
Stress mitokondria yang menginduksi apoptosis jalur intrinsik disebabkan
oleh senyawa kimia atau kehilangan faktor pertumbuhan, sehingga menyebabkan
gangguan pada mitokondria dan terjadi pelepasan sitokrom c dari intermembran
mitokondria. Protein capcase-8 akan memotong anggota famili Bcl-2 yaitu Bid.
Kemudian Bid yang terpotong pada bagian ujungnya akan menginduksi insersi Bax
dalam membran mitokondria dan melepaskan molekul proapoptotik seperti sitokrom c,
Samc/Diablo, Apoptosis Inducing Factor (AIF), dan omi/Htr2. dengan adanya dATP
akan terbentuk kompleks antara sitokrom c, APAF1 dan caspase 9 yang disebut
apoptosom. Selanjutnya, capcase 9 akan mengaktifkan downstream procaspase-3.
Protein caspase 3 yang aktif memecah berbagai macam substrat, diantaranya
enzim DNA repair seperti poly-ADP Ribose Polymerase (PARP) dan DNA protein
kinase yaitu protein struktural seluler dan nukleus, termasuk aparatus mitotik inti,
lamina
nukleus,
dan
aktin
serta
endonuklease,
seperti
Caspase-Aktivated
Deoxyribonuklease Inhibitor (ICAD) dan konstituen seluler lainnya. Selain itu, caspase
6
CCRC Farmasi UGM File
3 juga mempunyai kemampuan untuk mengaktifkan caspese lainnya, seperti
procaspase-6 dan procaspase-7 yang memberikan amplifikasi terhadap kerusakan
seluler.
Adanya
seluler
stres
meningkatkan
ekspresi
dari
protein
p53
yang
mengakibatkan terjadinya GI arrest atau apoptosis. Anggota dari apoptosis Stimulating
Protein p53 (ASPP) yaitu ASPP 1 dan ASPP 2 secara spesifik menstimulasi fungsi
transsktivasi p53 pada promotor gen proapoptotik seperti Bax dan p53 Inducible Gene
3 (PIG 3), tapi tidak pada promotor gen yang menyebabkan cell cycle arrest, yaitu p21
dan MDM2.
Tahapan apoptosis jalur ekstrinsik/deatch receptor pathway
Jalur ini khas pada sistem imun dan digunakan untuk menghilangkan sel T
yang aktif pada akhir dari respon imun. Jalur ini terutama diperantarai oleh perforin /
granzyme. Tahap-tahap apoptosis dalam death receptor pathway :
i. Ikatan antara FasL, suatu TNF (Tumor Necrosis Factor) dengan reseptornya.
TNF adalah molekul penginduksi interseluler yang berupa asam amino-157, dihasilkan
terutama oleh makrofag yang teraktivasi, merupakan mediator apoptosis ekstrinsik
utama. Ada 2 macam reseptor untuk TNF yaitu TNFR-1 dan TNFR-2. TNF yang
berikatan dengan TNFR-1 yang dapat menginisiasi jalur aktivasi caspase. Fas (Apo-1
atau CD 95) adalah reseptor untuk signal apoptosis ekstrinsik lain pada membran sel,
dan termasuk famili reseptor TNF. FasL (Fas ligan) adalah protein yang berikatan
dengan Fas untuk mengaktifkan jalur Fas. Fas merupakan protein transmembran yang
juga termasuk famili TNF.
7
CCRC Farmasi UGM File
ii. Ikatan FasL dengan Fas menginduksi reseptor untuk mengelompok (trimerisasi)
Gambar Ikatan FasL dengan Fas menyebabkan trimerisasi reseptor
iii. Pengikatan FADD (Fas associated death
domain protein) pada domain kematian (death
domain).
iv. DED (death effector domain) dari FADD
mengikat pro-caspase 8. Kompleks yang
terbentuk disebut DISC (death-inducing
signaling complex), kompleks ini mengaktivasi
pro-caspase 8.
v.
Caspase
8
yang
teraktivasi
(heterotetramer) dilepaskan dari DISC ke
sitoplasma. Caspase 8 termasuk caspase
inisiator yang akan mengaktivasi caspase
eksekutor terutama melalui pro-caspase 3
Mitocondrial Pathway
Riset mengindikasi keterlibatan mitokondria dalam jalur apoptotis. Sitokrom c,
suatu heme protein yang bertindak sebagai suatu pembawa elektron dalam fosforilasi
oksidasi mitokondria, pemberhenti elektron cytochrome C oxidase atau kompleks IV,
keluar intermembran dan mengikat protein sitoplasmik yang disebut Apaf-1. Yang
kemudian mengaktikan suatu inisiator caspase-9 di sitoplasma.
Protein ini keluar mitokondria setelah perubahan potensiasi eletrokimia di
membran. Perubahan potensial menyebabkan terbukanya suatu kanal yang nonspesifik dalam membran yang permeabel, terdiri atas dua protein selaput bagian
dalam (adenine nucleotide translocator-ANT) dan suatu protein bagian luar (porin,
8
CCRC Farmasi UGM File
yang voltage-gated-kanal anion VDAC). Protein ini bertindak bersama-sama,
kemungkinan pada sisi luar dan sisi dalam terjadi kontak. Saluran ini dapat dilewati zat
yang memiliki bobot molekular kurang dari 1500. Perubahan gradien proton
menyebabkan oksidasi dan foforilasi di mitokondria perubahan kekuatan ion
menyebabkan pembekakan matriks. Karena sisi bagian dalam sangat kusut dan
memilki luas permukaan jauh lebih besar dibanding selaput yang luar, bengkak pada
matriks mengarah rusaknya sisi luar, sehingga sitokrom c dan Apaf-1 keluar masuk
sitoplasma.
Jalur ini biasa diaktifkan dalam respon stimulus letal yang lain seperti
pengrusakan DNA, stress oksidatif, dan hipoksia. Mitokondria mengandung faktor proapoptosis seperti sitokrom c dan AIF (apoptosis inducing factors).
Keduanya
merupakan substrat yang berbahaya, akan tetapi tersimpan aman dalam mitokondria.
Saat keduanya dilepaskan ke sitoplasma dapat mengaktifkan jalur aktivasi caspase.
Pelepasannya diatur oleh famili Bcl-2 yang terikat dengan mitokondria, yaitu Bax dan
Bad.
Sitokrom c dalah protein heme yang berperan sebagai pembawa elektron yang
larut dalam air dalam fosforilasi oksidatif mitokondria. Bila terjadi kumparan elektron
melalui sitokrom c oxidase atau kompleks IV, adanya perubahan kekuatan ion
menyebabkan gelombang matriks. Saat membran dalam mitokondria memiliki
permukaan yang lebih luas dibanding membran luar maka gelombang matriks
menyebabkan nonspecific inner membrane permeability transition pore terbuka
sehingga sitokrom c keluar ke sitoplasma. Sitokrom c yang keluar ke sitoplasma
kemudian berikatan dengan Apaf-1 membentuk CARD (Caspase Recruitment
domain). Beberapa CARD bergabung membentuk kompleks apoptosome kemudian
mengikat pro-caspase 9 dan mengaktivasinya menjadi caspase 9 (caspase inisiator).
Caspase 9 ini akan mengaktivasi procaspase-3 menjadi caspase 3 yang merupakan
caspase efektor yang melaksanakan apoptosis.
9
CCRC Farmasi UGM File
Caspase memecah protein menyebabkan inti sel pecah. Protein yang
merupakan target caspase biasanya terikat dengan protein lain, yaitu sebuah DNA
endonuklease. Saat protein pecah, DNase bebas bermigrasi ke nukleus dan
memecahnya. Perubahan membran terjadi saat caspase 3 memecah gelsolin, suatu
protein yang terlibat dalam pemeliharaan morfologi sel. Gelsolin yang terpecah akan
membelah filamen aktin di dalam sel. Caspase 3 juga mengaktivasi kinase yang
disebut p21-activated kinase 2 (PAK 2) melalui proteolisis. PAK2 termasuk protein
yang dibutuhkan dalam membentuk apoptotic body.
Selama apoptosis mitokondria mengalami perubahan yang disebabkan oleh :
a. Gangguan oksidasi-fosforilasi dan transport elektron karena radiasi dan
adanya second messenger tertentu seperti ceramide.
b. Perubahan dalam potensial redoks sel dan turunan Reactive Oxygen
Species (ROS).
c. Kerusakan DNA.
d. Kerusakan DNA memacu ekspresi protein yang dikenal sebagai p53.
protein
ini
menyebabkan
penghambatan
pembelahan
sel
atau
apoptosis, dimana keduanya akan mnjaga sel dari menjadi sel tumor.
Oleh karena itu gen p53 adalah gen tumor suppressor.
e. Peningkatan ion Ca2+ intraseluler melalui tranduksi signal.
10
CCRC Farmasi UGM File
Death Receptor Pathway dan Mitocondrial Pathway bertemu saat caspase inisiator
(caspase 8, 9, 10) menghasilkan aktivasi caspase efektor (caspase 3, 6, 7).
Gambar Pertemuan Death ReceptorPathway dan Mitocondrial Pathway
Tahap Fagositosis
Sel yang terfragmentasi menjadi apoptotic body mengeluarkan signal “eat me”
yang dikenali oleh fagosit. Ada 2 macam fagosit, yaitu :
•
Fagosit professional, contohnya sel makrofag.
•
Fagosit semiprofesional, sel tetangga dari sel yang mengalani apoptosis.
Adanya sel-sel fagosit ini dapat menjamin tidak timbulnya respon inflamasi setelah
terjadinya apoptosis.
Sel fagosit juga harus dihilangkan setelah aktif bekerja. Sel imun aktif mulai
mengekspresikan Fas beberapa hari setelah aktivasi, mentargetkannya untuk
eliminasi. Beberapa sel yang stress dapat mengekspresikan Fas dan FasL lalu
digunakan
untuk
bunuh
diri.
Akan
tetapi
sebagian
besar
hanya
dapat
mengekspresikan Fas, sedangkan FasL diekspresikan terutama oleh sel T aktif.
11
CCRC Farmasi UGM File
Gambar 3. Transduksi signal apoptosis secara garis besar
Penginduksi apoptosis dikategorikan dalam 3 grup, yaitu faktor kematian, obat
anti-kanker yang genotoksik, factor deprivation. Fas ligan, salah satu contoh faktor
kematian, berikatan dengan reseptor Fas, menyebabkan trimerisasi. Domain kematian
yang mengalami trimerisasi dalam sitoplasma mengikat pro-caspase 8 melalui
FADD/MORT1 membentuk DISC. Pro-caspase 8 mengalami autoaktivasi pada DISC
menjadi bentuk enzim yang aktif. Ada 2 jalur aktivasi caspase 3 melalui caspase 8 :
1) Caspase 8 secara langsung mengubah pro-caspase 3 menjadi caspase 3.
Caspase 3 membelah berbagai protein sel termasuk ICAD sehingga CAD
dilepaskan dari ICAD, lalu mendegradasi kromosom DNA.
2) Caspase 8 membelah Bid, molekul pro-apoptosis yang termasuk famili Bcl-2,
yang kemudian ditranslokasikan ke mitokondria untuk melepaskan sitokrom c
ke sitosol. Bcl-2 atau Bcl-xl, molekul anti-apoptosis, dapat menghambat
pelepasan sitokrom c dengan mekanisme yang belum diketahui dengan pasti.
Sitokrom c bersama Apaf-1 mengaktifkan Caspase 9, dimana caspase 9
kemudian mengaktifkan caspase 3. Caspase 3 membelah berbagai protein sel
termasuk ICAD sehingga CAD dilepaskan dari ICAD lalu mendegradasi
kromosom DNA.
12
CCRC Farmasi UGM File
Obat
anti-kanker
yang
genotoksik
seperti
etoposida
dan
radiasi
γ
menyebabkan kerusakan kromosom DNA. Signal tersebut ditransfer ke mitokondria
oleh p53 melalui mekanisme yang belum diketahui. Hal ini dapat menyebabkan
pelepasan sitokrom c dari mitokondria dan mengaktifkan caspase 9 seperti dijelaskan
di atas.
Apoptosis yang diinduksi oleh factor deprivation dapat dipelajari dengan baik
menggunakan IL-3 dependent myeloid cell lines. Dengan keberadaan IL-3, signal dari
reseptor IL-3 menyebabkan fosforilasi Bad, molekul pro-apoptosis famili Bcl-2. Bad
yang terfosforilasi tertangkap oleh adaptor 14-3-3. Bila IL-3 sudah tidak ada lagi maka
Bad yang tak terfosforilasi dilepaskan dari 14-3-3, lalu ditranslokasikan ke mitokondria
untuk melepaskan sitokrom c untuk mengaktifkan caspase 9.
Pengendalian Apoptosis
Haruslah jelas sel menjaga kontrol caspases. Dua spesies untuk menginhibisi
apoptosis adalah protein mitochondrial Bcl-2 dan Bcl-xL, yang dapat menghalangi
pelepasan sitokrom c dari mitokondria. Protein keluarga Bcl mempunyai suatu gugus
hidrofob dan terikat di sisi luar permukaan mitokondria dan organel lain seperti inti dan
retikulum endoplasma. Protein ini mampu membentuk kanal ion di liposom.
13
CCRC Farmasi UGM File
Sejauh ini 15 anggota keluarga ini (ced-9 yang dihubungkan dengan C.
elegans) telah ditemukan di manusia. Bcl-2 dapat juga mengikat Apaf-1 dan
menghalangi pengaktifan inisiasi caspase 9. Bcl-2 diatur oleh perubahan ekspresi gen
Bcl-2, dengan post-translational fosforilasi oleh kinase, atau oleh pecahnya caspase.
Kelebihan ekpresi Bcl-2 dapat menyebabkan suatu sel menjadi suatu sel tumor.
Anggota lain keluarga, BAX dan BAD yang mengikat mitokondria dan memfasilitasi
apoptosis dengan menstimulasi pelepasan sitokrom C. Sebagai tambahan, protein lain
yang disebut IAPS (inhibitor of apoptosis) dapat menghalangi caspase atau protein
apoptotis lainnya.
Tabel 1. Beberapa molekul regulator yang berperan dalam apoptosis :
worker
synonym
apoptosis
chromosome
job
pro
Apaf-1
CED4
API3
Xiap
anti
+
?
+
Xq25
HILP
Bak1
Bcl-2L7
Bax
+
6p21
+
19q13
Bcl-2
Bid
+
+
18q21
+
22q11
Bik
NBK
+
?
Casp 2
ICH1
+
7q35
+
4q33
+
11q22
NEDD2
Casp 3
CPP32B
Yama
CPP32
apopain
Casp 4
TX
ICH-2
ICE-rel-II
Casp 6
MCH2
+
4q25
Casp 7
MCH3
+
10q25
ICE-LAP3
CMH-1
14
CCRC Farmasi UGM File
Casp 8
MACH
+
2q33
+
?
+
2q33
DAP-3
+
1q21
DFFB
+
?
MCH5
FLICE
Casp 9
APAF3
MCH6
ICE-LAP6
Casp 10
MCH4
FADD
MORT-1
+
11q13
Fas
APT1
+
10q24
+
14q11
CD95
Apo-1
Fas1
TNFRSF6
granzyme B
GZMB
CTLA1
CSPB
CCPB1
CGL-1
CSP-B
NOL3
+
Parp
UBL1
+
PIC1
?
1q42
+
2q32
GMP1
SMT3C
SUMO-1
SMT3H3
sentrin
15
CCRC Farmasi UGM File
Mengenali sel yang apoptosis
Sel yang mengalami apoptosis dapat diamati dengan menggunakan mikroskop
cahaya maupun mikroskop elektron melalui ciri-ciri morfologis yang ditampakkan. Ciriciri tersebut antara lain :
a. Sel menjadi bulat (sirkuler). Ini terjadi karena struktur protein yang menyusun
sitoskeleton dicerna oleh enzim peptidase spesifik yang disebut caspaspse
yang telah diaktifkan di dalam sel.
b. Kromatin (DNA dan protein-protein yang terbungkus di dalam inti sel) mulai
mengalami degradasi dan kondensasi.
c. Kromatin mengalami kondensasi lebih lanjut, menjadi semakin memadat. Pada
tahap ini, membran yang mengelilingi inti sel masih tampak utuh, walaupun
caspase tertentu telah melakukan degradasi protein pori inti sel dan mulai
mendegradasi lamin yang terletak dalam lingkungan inti sel.
d. Lingkungan
dalam
inti
sel
tampak terputus
dan
DNA
di
dalamnya
terfragmentasi (proses ini dikenal dengan karyorrhexis). Inti sel pecah
melepaskan berbagai bentuk kromatin atau unit nukleosom karena disebabkan
degradasi DNA.
e. Plasma membran mengalami blebbing.
f.
Sel tersebut kemudian di’makan’ atau pecah menjadi gelembung-gelembung
yang disebut apoptotic bodies dan kemudian di’makan’.
Sel yang mengalami apoptosis juga dapat dikenali dengan :
a. Penandaan inti yang mengalami kondensasi dengan pewarna fluorescence
Hoechst atau DAPI.
b. Sel yang mengalami apoptosis mengeluarkan PS (Phosphatidil Serin) pada
permukaan ekstraselulernya, sehingga dapat ditandai dengan annexin V yang
dilabeli fluorescence. PS secara normal terdapat pada cytosolic surface dari
membran plasma (di bagian dalam membran plasma), tetapi diredistribusikan
ke permukaan ekstraseluler selama apoptosis oleh protein hipotetik yang
dikenal sebagai scramblase.
c. DNA
yang
terfagmentasi
dapat
dideteksi
dengan
TUNEL
(Terminal
deoxynuclotidyltransferase-mediated UTP end labelling) atau elektroforesis
DNA yang diisolasi dalam gel agarosa. TUNEL juga dapat digunakan untuk
mendeteksi enzim yang terlibat dalam pengrusakan inti sel.
16
CCRC Farmasi UGM File
17
CCRC Farmasi UGM File