AKTIVITAS KANGKUNG AIR - E-Jurnal STIKes BTH Tasikmalaya

Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
DESAIN DAN PEMODELAN MOLEKUL TURUNAN 1,3-DIBENZOIL
TIOUREA SEBAGAI INHIBITOR CHK1 SECARA IN SILICO
Ruswanto, Taufik Hidayat1
1
Program Studi Farmasi STIKes BTH Tasikmalaya
*Coresponding author : [email protected]
ABSTRAK
Pencarian obat antikanker terus dilakukan salah satunya pencarian inhibitor Check
point kinase 1 yang mampu meningkatkan level apoptosis sel kanker. Telah dilakukan skrining
virtual inhibitor Check point kinase 1 dari derivat 1,3-dibenzoylthiourea dengan menggunakan
perangkat lunak PLANTS 1.1 (Protein-Ligand ANT System). Dari 23 senyawa yang di-docking
pada Check point kinase 1 didapat 5 senyawa dengan energi ikatan paling stabil yaitu, 1,3 – bis (
{ [ 3-dimethylamino ) phenyl ] carbonyl } ) thiourea, 1,3-bis ( { [ 4- (dimethylamino)-3methylphenyl] carbonyl}) thiourea, 1,3-bis ( { [ 3-(trifluoromethyl) phenyl] carbonyl } )
thiourea, 1,3-bis ( { [ 4-( dimethylamino ) -3- methylphenyl ]carbonyl})thiourea dan 1,3-bis (
{[4-chloro-3- (trifluoromethyl)phenyl] carbonyl})thiourea dengan energi ikatan berturut turut -95,6248, -92.9495, -92,5560, -92,5509 sedangkan untuk (UCM) native ligand adalah
-95.3636 . Terdapat kesamaan interaksi antara UCM ( native ligand ) yaitu dengan senyawa 1,3
– bis ( { [ 3-dimethylamino ) phenyl ] carbonyl } ) thiourea dimana keduanya berinteraksi
dengan 7 residu yaitu Lys 132, Ile 131, Ile 146, Asn 135, His 128, Leu136 dan Asp 130. Hal
tersebut menunjukan bahwa 1,3 – bis ( { [ 3-dimethylamino ) phenyl ] carbonyl } ) thiourea
diprediksi memiliki aktivitas inhibitor Check point kinase 1 yang memiliki energi ikatan paling
stabil menurut metode docking.
Key words: Check point kinase 1, Thiourea, Docking
penemuan-penemuan
terkait jalur
signaling Chk1 yang telah diketahui dan
aplikasi terapi yang potensial dengan
target Chk1 (Meuth, 2010).
Dari beberapa pustaka diketahui
bahwa tiourea memiliki aktifitas
antikanker melalui inhibisi Chk1. 1.3
dibenzoil tiourea adalah salah satu
derivat tiourea.
Aktivitas Thiourea
sebgai antikanker dan inhibitor Chk1
dengan
mempertahankan
thiourea
sebgagai gugus utama dan benzoyl
sebagai gugus sampingya banyak
dibuktikan oleh penelitian-penelitian.
Diantaranya ,thiourea yang tersubtitusi
1,4 pyrazine yang memiliki aktifitas
inhibitor Chk1 dan antikanker (keisicki,
2009)
Berdasarkan hal tersebut, maka
saya ingin membuktikan secara in silico
untuk menggambarkan interaksi antara
suatu molekul sebagai ligan dengan
suatu reseptor atau protein, sehingga
perilaku ligan sebagai inhibitor ataupun
PENDAHULUAN
Pencarian
khemoterapi
antikanker adalah sebuah tantangan
sulit. Beberapa terapi memiliki target
tumor sel yang spesifik. Tujuan dari
terapi antikanker sendiri adalah untuk
membunuh sel kanker tanpa merusak
sel sehat. Dalam hal ini, inhibitor
Checkpoint kinase 1
(Chk1) dapat
meginduksi kematian sel
kanker
(Prudhomme,2005).
Pencarian obat antikanker terus
dilakukan salah satunya pencarian
inhibitor Chk1. Peran dari Chk1 pada
respon seluler terhadap stress replikasi
DNA (Deoxyribonucleic Acid) sudah
diketahui secara baik. Bagaimanapun,
penelitian terakhir mengindikasikan
peran baru Chk1 dalam penekanan
apoptosis diikuti dengan gangguan pada
replikasi DNA atau kerusakan DNA.
Hal ini akan mempertimbangkan
14
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
agonis dapat diketahui sehingga obat
terhadap suatu penyakit akan jauh lebih
cepat ditemukan untuk mengungkapkan
kandidat bagi pengobatan efektif. Oleh
karena itu saya membuat usulan
proposal penelitian yang berjudul
“Desain dan pemodelan molekul
turunan 1,3-dibenzoil tiourea sebagai
inhibitor Chk1 secara in silico”
dan atau suppressor gen (anti onkogen).
Sedangkan paparan karsinogen antara
lain berbagai jenis virus, bahan kimia
dan radiasi, ultraviolet. Sebagian besar
karsinogen tersebut memiliki sifat
biologis yang sama yaitu dapat
mengakibatkan kerusakan pada DNA.
Kesamaan sifat ini menimbulkan dugaan
bahwa DNA sel merupakan sasaran
utama semua bahan karsinogenik dan
bahwa kanker disebabkan perubahan
DNA sel (Kresno, 2003).
Apabila perbaikan DNA karena
adanya perubahan DNA tersebut gagal,
maka terjadi mutasi genom. Adanya
mutasi mengakibatkan pengaktifan
onkogen
pendorong
pertumbuhan,
perubahan gen yang mengendalikan
pertumbuhan, serta penonaktifan gen
supresor kanker. Ketiga hal tersebut
mengakibatkan timbulnya neoplasma
ganas atau lebih dikenal dengan kanker
(Kumar et al., 2003).
TINJAUAN PUSTAKA
Kanker
Kanker adalah pertumbuhan sel
yang tidak normal yang menyerang
organ dengan cepat sehingga fungsinya
hancur dan menyebabkan kematian.
Kanker bisa disebabkan faktor genetik
dan lingkungan. Di Indonesia dan dunia
tiap tahun kasus kanker terus meningkat.
Mulai dari yang tertinggi kanker
payudara, kanker leher rahim (serviks),
kanker paru, Kanker usus besar
(kolorektal), kanker prostat, kanker
darah, kanker tulang, kanker hati, kanker
kulit. Setidaknya di dunia ada lebih dari
100 jenis kanker.
Menurut Franks L. M. dan
Teich N. M. (1998), sel kanker itu
timbul dari sel normal tubuh kita sendiri
yang mengalami transformasi menjadi
ganas, karena adanya mutasi spontan
atau induksi karsinogen (bahan/agen
pencetus
terjadinya
kanker).
Transformasi sel itu terjadi karena
mutasi gen yang mengatur pertumbuhan
dan diferensiasi sel, yaitu proto-onkogen
Reseptor Chk-11
Peran dari Chk1 pada respon
seluler terhadap stress replikasi DNA
sudah
diketahui
secara
baik.
Bagaimanapun,
penelitian
terakhir
mengindikasikan peran baru Chk1
dalam penekanan apoptosis diikuti
dengan gangguan pada replikasi DNA
atau kerusakan DNA. Hal ini akan
mempertimbangkan
penemuan
–
penemuan terkait jalur signaling Chk1
yang telah diketahui dan aplikasi terapi
yang potensial dengan target Chk1.
15
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
Pada gambar di atas, respon
Chk1 terhadap stres replikasi DNA
dalam cara ATR-dependent untuk
memicu cekpoin S-phase, menekan
firing yang tidak tepat terhadap origin
replikasi DNA yang terlambat atau
samar,
dan
menjaga
integritas
replication fork. Ketika signaling
pathway dari ATR-Chk1 ini ditekan,
menunjukkan
meningkatnya
level
apoptosis sel yang diakibatkan lepasnya
kontrol dari firing origin replikasi.
Penelitian lain menunjukan
bahwa kombinasi inhibitor Chk1 dengan
Obat Khemoterapi lainya, adalah sebuah
strategi untuk meningkatkan efikasi dari
Obat –obat Antikanker, dan mungkin
menghindari resistensi dari Obat-Obat
Antikanker.
konformasi dengan tipe file .mol2.
Prosedur di atas dilakukan untuk setiap
ligand turunan 1,3 dibenzoil tiourea
(Purnomo, 2011).
Preparasi Reseptor (Protein)
Protein didapatkan dari Protein
Data Bank (PDB) dipreparasi kembali
dengan program YASARA. Untuk
kemudian dibuat tiga file yaitu file
protein yang akan di-docking, file ligand
yang akan diuji dan file ligand
pembanding hasil kristalografi sinar-x.
Semua file disimpan dengan tipe file
.mol2 (Purnomo, 2011).
Docking ligand pembanding
Tiga file yang diperoleh dari
preparasi protein kemudian
didocking dengan menggunakan program
PLANTS.1.1 yang dihubungkan oleh
program
co-pendrivelinux.
Akan
diperoleh besarnya nilai best score dari
ligand pembanding
(asli)
yang
nantinya akan dibandingkan dengan
nilai best score dari ligand 1,3dibenzoil tiourea dan turunannya.
Langkah selanjutnya adalah menghitung
besarnya nilai RMSD pose hasil docking
dengan
referensi
hasil
eksperimen/struktur
kristal
dengan
program YASARA (Purnomo, 2011).
BAHAN DAN METODE
Alat
AMD A6 Vision dengan spesifikasi
CPU @ 1.4 GHz , 4 GB of RAM,
dan
perangkat
lunak
seperti
Pendrivelinux, MarvinSketch versi 5.2,
YASARA versi 9.10, Molegro
Molecular View dan PLANTS 1.1.
Bahan
Pada
penelitian docking
ini
digunakan kompleks protein – ligand
dari www.rcsb.org dengan kode1NVS
dan 23 turunan 1,3-dibenzoylthiourea
yang dimodifikasi dengan metode
topliss.
Docking ligand uji terhadap reseptor
dan visualisasi hasil docking
Docking dilakukan oleh native
ligand dan ligand
1,3-dibenzoil
tiourea
serta
turunannya dengan
menggunakan program PLANTS.1.1
yang dihubungkan oleh program copendrivelinux. Dari hasil docking
diperoleh nilai best score ligand uji,
nilai inilah yang akan dibandingkan
dengan nilai best score ligand asli.
Kemudian membuat file hasil docking
dari masing-masing ligand uji dengan
program
YASARA
(disimpan
dengan
tipe
file .pdb). Langkah
METODE
Preparasi
Ligand
1,3dibenzoylthiourea dan turunannya.
Pemodelan
2D
ligand
1,3-dibenzoil tiourea dan turunannya
dilakuakan dengan cara menggambar
ligand pada MarvinSketch klik tools
dan lakukan
protonasi pada pH 7,4.
Ligand disimpan dengan tipe file .mrv .
Kemudian lakukan Conformational
search lalu simpan hasil pencarian
16
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
selanjutnya file hasil docking inilah
yang
akan
divisualisasi
dan
diinterpretasi
untuk
diketahui
interaksi-interaksi
molekul
yang
terjadi (Purnomo, 2011).
UCM ada Check point kinase1 dari
hasil validasi ini kita dapat mengetahui
apakah File PDB yang di download bisa
digunakan untuk docking senyawa
turunan yang menjadi bahan peneltian.
Data yang diperhatikan adalah Root
Mean Square Deviation (RMSD) dari
koordinat ligand yang di re-docking
dibandingkan dengan koordinat ligan
dari hasil kristalografinya.
Dari hasil perhitungan RMSD
menggunakan Yasara maka dapat
diperoleh RMSD sebesar 0,1929 Å,
Dengan RMSD sebesar itu maka
parameter yang digunakan dalam redocking menghasilkan konformasi yang
mirip
dengan
konformasi
yang
diperoleh dari kristalografi sinar- x.
Seperti diketahui bahwa minimal RMSD
yang diterima adalah 2 Å, Sehingga
metode docking ini dapat digunakan
untuk screening virtual dari senyawa
yang diteliti.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengobatan Kanker dengan
target aktif Check point kinase 1
telah
banyak
diteliti, meskipun
demikian pencarian inhibitor Check
point kinase 1 sebagai terapi baru anti
kanker masih perlu dilakukan untuk
mendapatkan obat yang lebih aktif dan
selektif. Dibawah ini adalah target aktif
yaitu Check point kinase 1 dan
inhibitornya
yang menjadi target
pengobatan
kanker dalam penelitian
ini.
Validasi reseptor dan
Docking
Validasi
reseptor
dilakukan
dengan cara me- re-docking kembali
Gambar 1. Perbandingan konformasi struktur kristal UCM (merah) dan hasil simulasi
docking dengan PLANTS (hijau).
reseptor Chk1 dapat dilihat pada tabel
.1 yaitu sebsesar -95,3636. Nilai energi
ikatan ini dibandingkan dengan Energi
ikatan senyawa turunan tiourea yang
diteliti. Dari Gambar 2 dan 3 dapat
dijelaskan bahwa native ligand
dengan
reseptor
Chk1
terjadi
ikatan hidrogen, untuk asam amino
yang berinteraksi pada ikatan ligand
Visualisasi dan Analisa Hasil Docking
Docking senyawa 1,3-dibenzoil
tiourea dan turunannya pada reseptor
Check point kinase 1 dengan
menggunakan program PLANTS,
maka dapat diperoleh data sebagai
berikut :
Energi Ikatan UCM dengan
17
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
reseptor adalah Lys 132, Leu 136,
Ile131, Asn 135, His 128, Ile 145
dan
Asp
130
(
7
residu).
Gambar 2. Interaksi docking antara UCM dengan Chk1 ; ikatan hidrogen garis utus putus (biru) Molegro Molecular Viewer.
Gambar 3. Interaksi docking antara UCM dengan Reseptor Chk1 dengan program
Molecular Operating Environment (MOE).
18
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
Tabel 3. Interaksi Ligand - Protein dengan program MOE
No.
Subtitusi
Interaksi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Native ligand
Induk
4-Cl
3,4-Cl2
4-Cl, 3-CF3
4-CF3
4-Br
4-I
2,4-Cl2
4-CH3
3-Cl
Lys 132, Leu 136, Ile 131, Asn 135, His 128
Lys 132, Ile 146, Asn 135, Ile 131
Asp 130, Leu 136, His 128, Asn 135, Ser 147, Ile 131, Lys 132
His 128, Ile 131, Ile 146, Leu 136, Asp 130, Lys 132
Asp 130, His 128, Ile 131, Asn 135, Lys 132, Leu 136, Ile 146
Leu 136, Asn 135, His 128, Lys 132, Asp 130, Pro 133, Ile 131
Asp 130, Leu 130, Ile 131, Asn 135, Lys 132
Ile 131, Leu 136, Asp 130, Lys 132, Asn 135
Leu 136, Ile 131, Asn 136, His 128, Lys 132, Ile 146
His 128, Val 118, Leu 121, Asp 190, Ile 131, Ile 146
Asn 135, His 128, Leu 136, Leu 114, Ile 146, Ile 131, Lys 132
12
3-N(CH3)2
Lys 132, Ile 146, Ile 131, Asn 135, His 128, Leu 136, Asp 130
13
14
15
16
17
18
19
3-CH3
2-Cl
2-CH3
2-OCH3
4-F
4-C(CH3)3
3-CF3
Leu 136, Lys 132, Pro 133, Asn 135, Ile 131, Ile 146, Asp 130, His 128
Lys 132, Asp 130, Asn 135 Ile 131, Leu 136
Leu 114, Ile 131, Leu 136, Ile 146, His 128
Leu 121, Ile 131, Asp 190, Val 118, His 128
Lys 132, Asp 130, Asn 135, Ile 131, Leu 136, His 128
Asp 130, His 128, Ile 131, Asn 135, Lys 132, Leu 136, Ile 146
20
3,5-Cl2
Asp 130, Ile 146, Asn 135, His 128, Ile 131, Leu 136, Lys 132
21
22
23
24
25
4-OCH3
4-N(CH3)2
4-OH
4-OCH(CH3)2
3-CH3, 4N(CH3)2
Asp 190, Leu 121, Thr 127, Ile 131, Arg 129, His 122, His 128
Leu 136, Ile 131, Asn 135, His 128, Asp 130, Lys 132, Ile 146
Lys 132, Ser 147, Asn 135, Ile 146, Asp 130, His 128, Ile 131, Leu 136
Ile 146, His 128, Ile 131
Asp 130, Leu 136, Ile 146, Ile 131, His 128, Asn 135, Lys 132
Tabel 1 menunjukan bahwa senyawa hipotetik memenuhi aturan Lipinksi sehingga
dapat diprediksi bahwa senyawa mampu menembus membran sel kecuali untuk subtitusi 4-Cl, 3CF3 yang memiliki 12 akseptor donor yang tidak memenuhi aturan Lipinski.
menggunakan PLANTS 1.1 didapat
data energi ikatan antara UCM (native
ligand) dan reseptor Chk1 sebesar -
Pembahasan
Dari
hasil
docking
tabel
1.
19
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
95,3636, energi ikatan ini dibandingkan
dengan senyawa turunan tiourea yang
sedang diteliti. Data energi ikatan
menunjukan satu senyawa memiliki
energi ikatan yang lebih rendah yaitu 1,
3 - bis ( { [3 - dimethylamino) phenyl ]
carbonyl } ) thioureayaitu subtituen (3N(CH3)2
dengan energi ikatan 95,6248 hal ini menunjukan ikatan
yang lebih stabil dibandingkan dengan
senyawa native ligand UCM sehingga
dapat diprediksi bahwa 1,3-bis({ [3dimethylamino) phenyl] carbonyl} )
thiourea dapat
menginhibisi enzim
Chk1 lebih kuat dibanding UCM.
Selain itu aktivitas sebagai inhibitor
Chk1 didukung oleh ikatan hidrogen
yang terjadi antara 1,3-bis ( { [3dimethylamino)
phenyl]
carbonyl}
)thiourea dan senyawa turunan tiourea
yang
lainnya.
Gambar 4. Interakrasi docking antara 1,3-bis({[3-dimethylamino) phenyl] carbonyl} ) thiourea
subtituen 3-N(CH3)2 dengan reseptor Chk1 dengan program MOE.
Pada gambar 3.
interaksi
ligand-protein yaitu UCM dapat dilihat
bahwa residu yang berinteraksi adalah
Lys 132, Ile 131, Ile 146, Asn 135, His
128, Leu 136 dan Asp 130 sebanyak 7
residu memiliki kesamaan dengan
interaksi ligand-protein pada Gambar 4.
yaitu 1,3 – bis ({[ 3-dimethylamino)
phenyl] carbonyl} ) thiourea yang
berinteraksi dengan residu Lys 132, Ile
131, Ile 146, Asn 135, His 128,
Leu
136 dan Asp 130 yang memiliki
energi ikatan paling stabil diantara 23
turunan thiourea.
Pada tabel 2. terlihat dari 5
senyawa turunan 1,3-dibenzoylthiourea
senyawa dengan subtituen 4-Cl, 3-CF3
tidak memenuhi aturan lipinski artinya
senyawa ini memiliki absorbsi buruk
karena memiliki 12 akseptor ikatan
hidrogen yang pada aturan lipinski
dibatasi
hanya
10 akseptor ikatan
hidrogen.
Dari data interaksi protein
dengan ligand dapat diperoleh bahwa
residu
yang
berinteraksi hampir
dengan semua derivat thiourea adalah
Lys 132, His 132, Leu 136 dan Asn 135.
Dapat dinyatakan,
derivat
1,3dibenzoylthiourea
yang yang diteliti,
dapat diprediksi memiliki aktivitas
sebagai
inhibitor
Chk1
yang
meningkatkan level apoptosis sel
kanker.
SIMPULAN
Dari hasil data dan pembahasan
pada bab- bab sebelumnya, maka dapat
diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut :
20
Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada
Volume 9 Nomor 1 Februari 2013
Senyawa
turunan
1,3
dibenzoil
tiourea secara in silico
mampu berinteraksi dengan Check
point kinase 1 dan beberapa senyawa
memiliki energi ikatan yang lebih
rendah dari senyawa UCM (native
ligand) yang berarti memiliki aktivitas
lebih kuat. Residue yang sering terlibat
dalam ikatan adalah Lys 132, His 128,
Asn 135 dan Leu 136.
Terdapat senyawa turunan yang
memiliki Energi ikatan paling stabil
diantara
turunan
1,3Dibenzoylthiourea
senyawa tersebut
adalah: 1,3 – bis ({ [ 3-dimethylamino
)phenyl ] carbonyl } thiourea, atau 1,3Dibenzoylthiourea yaitu subtituen (3N(CH3)2 dengan energi ikatan
95,6248.
Kunnumakara, dkk. 2008. Cancer is A
Preventable
Disease
That
Requires
Major
Lifestyle
Changes. Pharm. Res. 25(9):
2097-116.
Lipinski, C.A, F. Lombardo; B.W.
Dominy dan P.J. Feeney .1997.
Experimental and computational
approaches to estimate solubility
and
permeability
in
drug
discovery
and
development
settings. Adv Drug Del Rev23:3–
25.
Meuth, M..2010. Chk1 suppressed cell
death. Cell Division 5:21.
Morris, G.M., Lim-Wilby, M., 2001.
Molecular Docking : In Methods
In
Molecular
Biology.
MolecularModeling of Proteins.
Humana Press: New Jersey.
Prudhomme
M..
2006.
Novel
Checkpoint 1 Inhibitors. Recent
Patents on Anti-Cancer Drug
Discovery. 1, 55-68.
Purnomo, Hari. 2011. Kimia Komputasi
Molecular Docking PLANT.
Yogyakarta; Pustaka Pelajar.
Siswandono, Soekarjo Bambang, editor.
2008. Kimia Medisinal, Surabaya:
Airlangga University Press. p. 337343.
Prajanata, I Gde Mahendra. 2011. Uji
Aktivitas
Sitotoksik
3,4Diklorobenzoiltiourea
Dengan
Metode Brine Shrimp Lethality
Test
(BSTLT)
[Skripsi].
Surabaya:
Fakultas
Farmasi
UNAIR
DAFTAR PUSTAKA
Gustia, Irna. 2010. Penyebab Kanker
Orang
Indonesia
http://health.detik.com [Diakses
tanggal, 15 Januari 2012]
Kesicki et al. 2009. Urea Or Thiourea
Subtituted
1,4-Pyrazine
Coumpounds Useful as AntiCancer Agents and For Inhibiting
Chk1. US patent: 7608618
Kitchen, Douglas B. 2004. Docking and
Scoring In Virtual Screening For
Drug Discovery: Methods And
Applications Drug Discovery; 3 :
935-949
Kresno, Siti B. 2003. Ilmu Dasar
Onkologi. Jakarta ; PT Quparada
Makuda Perkasa.
Kroemer, R. T. 2007. Structure-Based
Drug Design: Docking and
Scoring Current Protein and
Peptide Science. 8, 312-328.
Kumar, dkk. 2003. Robbins Basic
Pathology 7th ed. Elsevier Inc. :
New York.
21
22