1
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Stem cell merupakan sel yang belum terdiferensiasi dan mempunyai potensi yang tinggi untuk berkembang menjadi jenis sel berbeda di dalam tubuh misalnya sel otot, sel darah, sel otak atau sel jantung. Stem cell berfungsi sebagai sistem perbaikan untuk mengganti sel tubuh yang telah rusak demi kelangsungan hidup organisme (Djauhari, 2013). Pada dekade terakhir, penelitian stem cell mengalami kemajuan pesat. Aplikasi stem cell bermanfaat untuk mengetahui, mempelajari proses pertumbuhan dan perkembangan jaringan tubuh manusia, patogenesis penyakit dan regenerative medicine seperti diabetes, stroke dan penyakit kardiovaskular (Jusup, 2008). Penyakit kardiovaskular adalah penyakit yang berhubungan dengan terganggunya fungsi jantung terutama gangguan aliran darah sistemik pada pembuluh darah arteri maupun vena (Ahmed, 2003). Sekitar 17,3 juta kematian setiap tahun didunia terjadi akibat penyakit kardiovaskular dan pada tahun 2030 kematian yang disebabkan oleh penyakit kardiovaskuler diperkirakan akan terus meningkat mencapai 23,3 juta pertahun. Infark miokard akut (IMA) tercatat sebagai salah satu penyakit kardiovaskuler yang sering terjadi dan sebagai penyebab utama gagal jantung kongestif dan kematian. Prevalensi IMA mencapai 1,2 juta jiwa per tahun di AS dengan mortalitas sebesar 525.600 jiwa pertahun (Boyle dan Jaffe, 2009). Berdasarkan Riset Kesehatan Dasar 2007, ditemukan bahwa kematian akibat infark miokard sebesar 5,1% (Atsari, 2012). Infark
1
2
miokard terjadi karena berkurangnya aliran darah ke area jantung (iskemia miokardium)
akibat
penyumbatan
pembuluh
darah
dan
menyebabkan
ketidakseimbangan antara kebutuhan dan suplai oksigen (Shaw et al., 2009). Berkurangnya suplai darah ke jantung mengakibatkan terjadinya nekrosis cardiomyocyte secara masif dan progresif yang berdampak pada turunnya kondisi klinis secara cepat dan mendadak, menyebabkan gagal jantung hingga menimbulkan kematian (Roger, 2007). Studi terbaru menyatakan bahwa terdapat sistem perbaikan alamiah dari cardiomyocyte yang mengalami kerusakan, akan tetapi mekanisme itu tidak bekerja pada kerusakan sel yang lebih lanjut (Perin, 2006). Pengobatan dan terapi konvensional belum mampu mengatasi kerusakan sel secara sempurna. Selama ini terapi hanya berperan dalam memperlambat maupun mencegah kerusakan jaringan atau organ yang lebih luas (Halim dkk, 2010). Stem cell yang dapat dikembangkan secara in vitro menjadi suatu harapan terapi mutakhir berbagai penyakit degeneratif yang merupakan penyebab kematian sekaligus menurunkan kualitas hidup manusia khususnya penyakit kardiovaskular. Stem cell merupakan sel yang memiliki ciri mampu melakukan self renewal, clonogenecity dan dapat berdiferensiasi menjadi sel dengan struktur dan fungsi tertentu (Leri et al., 2011). Stem cell dapat diperoleh dari beberapa sumber seperti inner cell mast pada embrio dan jaringan dewasa. Berdasarkan penelitian, stem cell jantung yang diisolasi dari jaringan jantung memiliki kemampuan membentuk sel jantung fungsional yang lebih efektif dibandingkan dari sumber stem cell lainnya (William dan Harre, 2011). Cardiac resident stem cell (CRSC)
3
merupakan populasi stem cell yang diisolasi dari jaringan jantung yang mampu berdiferensiasi menjadi cardiomyocyte, endothelium, otot polos (Anversa et al., 2006; Leri et al., 2011) dan juga fibroblast (Beltrami et al., 2003; Linke et al., 2005; Bearzi et al., 2007; Husoda et al., 2009). Populasi CRSC yang ditemukan pada jaringan tunggal spesifik stem cell dewasa adalah sel C-kit positif, sel Sca-1, sel Islet-1 positif, side population progenitor dan cardiosphere (Leri et al., 2011). Cardiac resident stem cell spesifik dapat diidentifikasi berdasarkan ekspresi molekul penanda menggunakan C-kit, islet-1 dan stem cell antigen-1 (Sca-1) (Matsuura et al., 2014). Menurut Pfister et al., (2008) sel C-kit positif dan Sca-1 progenitor merupakan sel yang memiliki potensi cardiomyogenic tinggi pada populasi CRSC. Sel C-kit positif merupakan sel resident dengan kelengkapan struktur dan fungsi biologi pada jaringan spesifik stem cell dewasa (Leri et al., 2011). C-kit secara umum terekspresi pada stem sel jantung dan digunakan sebagai marker untuk mengidentifikasi CRSC pada jaringan jantung (Messina et al., 2004). Pada populasi CRSC menunjukkan bahwa sel C-kit positif merupakan populasi sel primitif pada jantung. Ketika ada luka endogenous C-kit-positif pada CRSC bermigrasi ke daerah iskemik dan berdiferensiasi menjadi cardiomyocyte (Dye et al., 2013). Stem cell antigen 1 (Sca-1) CRSC membentuk 70% sel pada jantung mencit setelah depletion pada cardiomyocyte (Matsuura et al., 2014). Isolasi sel Sca-1 CRSC dari jantung dewasa menggunakan anti-mouse Sca-1 antibody mengekspresikan cardiac transcription factors (GATA-4, Mef2c, Isl1, and
4
Nkx2.5) dan berdiferensiasi menjadi contractile cardiomyocytes (Smith et al., 2009). Untuk mendapatkan hasil terapi yang baik diperlukan stem cell yang berkualitas tinggi, salah satu cara untuk mengidentifikasi kualitas CRSC adalah dengan mengetahui ekspresi mikroRNA (Serradifalco et al., 2012). MikroRNA (miRNA) merupakan molekul kecil non-coding RNA yang memiliki fungsi sebagai regulator ekspresi gen transkripsional dan post-transkripsional, meregulasi berbagai proses seperti cell fate specification, apoptosis dan metabolisme. Berdasarkan penelitian Wang et al., (2008) menunjukkan bahwa miRNA mempengaruhi cell renewal dan diferensiasi. Hal tersebut didukung oleh Boettger et al., (2014) yang mengatakan bahwa miRNA merupakan kelompok terbesar regulator pasca-transkripsi mempunyai peran penting pada berbagai proses biologik, dan berperan penting pada self-renewal serta diferensiasi stem cell. Kelainan pada miRNA, baik ekspresi berlebihan maupun delesi, dapat berpengaruh pada berbagai proses seluler. mikroRNA berfungsi menghambat atau mengaktivasi ekspresi protein yang mengakibatkan diferensiasi dan proliferasi stem cell. miR-1 dan miR-133a merupakan miRNA yang berperan penting dalam perkembangan cardiac stem cell secara in vitro (Izarra et al., 2014). Berdasarkan beberapa penelitian diketahui bahwa miRNA berperan penting dalam regulasi diferensiasi myocardial melalui penghambatan ekspresi gen pada cardiac. Menurut Liu et al., (2008) miR-1 dan miR-133a merupakan spesifik mikroRNA yang berperan penting dalam perkembangan jantung. Menurut Abdellatif (2010) penghilangan miR-133a
5
mengakibatkan hipertopi dan gangguan fungsi normal pada jantung. Berdasarkan penelitian Mishima et al., (2009) down-regulation miR-1 pada hewan coba merubah ekspresi gen pada otot jantung dan merubah bentuk atau pola jaringan otot jantung. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan perkembangan populasi CRSC dan tipe stem cell spesifik C-kit dan Sca-1 berdasarkan profil ekspresi miR-1 dan miR-133a.
B. Rumusan Masalah 1. Bagaimana profil ekspresi miR-1 dan miR-133a pada populasi CRSC? 2. Bagaimana profil ekspresi miR-1 dan miR-133a pada tipe stem cell spesifik C-kit ? 3. Bagaimana profil ekspresi miR-1 dan miR-133a pada tipe stem cell spesifik Sca-1 ?
C. Tujuan 1. Mempelajari profil ekspresi miR-1 dan miR-133a pada populasi CRSC. 2. Mempelajari profil ekspresi miR-1 dan miR-133a pada tipe stem cell spesifik C-kit. 3. Mempelajari profil ekspresi miR-1 dan miR-133a pada tipe stem cell spesifik Sca-1.
6
D. Manfaat Penelitian 1. Memberikan informasi ilmiah pengembangan stem cell bersumber dari CRSC berdasarkan profil ekspresi miR-1 dan miR-133a. 2. Sebagai informasi dalam pengembangan stem cell untuk pengobatan penyakit degeneratif khususnya penyakit kardiovaskular.
E. Ruang Lingkup Penelitian Sampel penelitian adalah kultur populasi CRSC yang diisolasi dari auricle jantung. Stem cell spesifik C-kit dan Sca-1 dipisahkan dari populasi CRSC menggunakan Flowcytometer. Untuk mengetahui kemampuan perkembangan cardiac stem cell yang berasal dari populasi CRSC, tipe stem cell spesifik C-kit dan Sca-1 dilakukan uji ekspresi miR-1 dan miR-133a menggunakan Real TimePCR.
