PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

UJI IN SILICO SENYAWA EMODIN SEBAGAI LIGAN PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Farmasi

Oleh: Liliana NIM : 128114026

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016


UJI IN SILICO SENYAWA EMODIN SEBAGAI LIGAN PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Farmasi

Oleh: Liliana NIM : 128114026

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 i


Persetujuan Pembimbing UJI IN SILICO SENYAWA EMODIN SEBAGAI LIGAN PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA

Skripsi yang diajukan oleh: Liliana NIM : 128114026

telah disetujui oleh:

Pembimbing Utama

Enade Perdana Istyastono, Ph.D., Apt.

tanggal 20 November 2015

ii


Pengesahan Skripsi Berjudul UJI IN SILICO SENYAWA EMODIN SEBAGAI LIGAN PADA RESEPTOR ESTROGEN ALFA

Oleh : Liliana NIM

: 128114026

Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma pada tanggal: ............................... Mengetahui Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Dekan

Aris Widayati, M. Si., Ph. D., Apt.

Panitia Penguji:

Tanda tangan

1. Enade Perdana Istyastono, Ph. D., Apt.

.......................

2. Jeffry Julianus, M. Si.

.......................

3. Florentinus Dika Octa Riswanto, M. Sc.

.......................

iii


“When one door closes, another door opens; but we so often look so long and regretfully upon the closed door, that we do not see the ones which open for us” – Alexander Graham Bell.

“You never know how strong you are... until being strong is the only choice you have” – Cayla Mills.

“Life will break you. Nobody can protect you from that, and living alone won’t either, for solitude will also break you with its yearning. You have to love. You have to feel, It is the reason you are here on earth. You are here to risk your heart. You are here to be swallowed up. And when its happens that you are broken, or betrayed, or left, or hrut, or death brushes near, let yourself sit by an apple tree and listen to the apples falling all aroung you in heaps, wasting their sweetness. Tell yourself you tasted as many as you could” – Louise Erdrich Kupersembahkan buat: Allah Tri Tunggal Mama dan adikku (Candra Budi Wijaya dan Candra Budi Kurniawan) Rivan Kurniawan Saputra Teman-teman seperjuangan dalam penyusunan skripsi (Feli, Feli, Khat dan Karla) Teman-temanku selama perjalanan kuliah penulis (terutama teman-teman Dodici) Diriku sendiri Perkembangan penelitian kimia komputasi dan kanker payudara

iv


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah. Apabila di kemudian hari ditemukan indikasi plagiarisme dalam naskah ini, maka saya bersedia menanggung segala sanksi sesuai peraturan perundangundangan yang berlaku.

Yogyakarta, 20 November 2015 Penulis

Liliana

v


PRAKATA

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan skripsi dengan judul “Uji In Silico Senyawa Emodin sebagai Ligan pada Reseptor Estrogen Alfa” dapat diselesaikan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.). Dalam penyusunan skripsi, penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih melalui prakata ini kepada: 1. Enade Perdana Istyastono, Ph.D., Apt. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan pengetahuan melalui bimbingan dan pendampingan terus menerus selama skripsi dengan sabar dan konsisten. 2. Mama tercinta atas usaha, doa dan dukungan selama perjalanan kuliah penulis hingga penyusunan skripsi. 3. Adikku (Candra Budi Wijaya dan Candra Budi Kurniawan) atas doa, dukungan dan dorongan yang telah diberikan. 4. Rivan Kurniawan Saputra atas kesabaran, pengertian, doa, dukungan, semangat, dan kehadirannya untuk penulis selama penyusunan skripsi. 5. Felicia, Felicia Fraulein Setiawan, Aprilini Khaterin Johan, dan Karla Violetta selaku teman seperjuangan dalam penyusunan skripsi atas seluruh canda, tawa, dorongan dan dukungan selama penyusunan skripsi.

vi


6. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah membantu dalam proses penyusunan skripsi. Akhir kata, penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam skripsi yang sudah disusun oleh penulis mengingat keterbatasan kemampuan penulis. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapakan saran dan kritik yang membangun. Semoga karya ini dapat bermanfaat bagi perkembangan penelitian kimia komputasi dan kanker payudara.

Yogyakarta, 20 November 2015 Penulis

vii


DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL...................................................................................

i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .........................................

ii

HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................

iii

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .....................................................

v

PRAKATA ..................................................................................................

vi

DAFTAR ISI ...............................................................................................

viii

DAFTAR TABEL .......................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................

xii

INTISARI....................................................................................................

xiii

ABSTRACT ..................................................................................................

xiv

BAB I PENGANTAR .................................................................................

1

A. Latar Belakang .......................................................................................

1

1.

Permasalahan ...................................................................................

2

2.

Keaslian penelitian ..........................................................................

3

3.

Manfaat penelitian ...........................................................................

3

B. Tujuan .....................................................................................................

3

1.

Tujuan umum ..................................................................................

3

2.

Tujuan khusus .................................................................................

4

BAB II PENELAAHAN PUSTAKA..........................................................

5

A. Kanker Payudara ....................................................................................

5

viii


B. Reseptor Estrogen Alfa ..........................................................................

5

C. Emodin ...................................................................................................

6

D. Protokol Penelitian .................................................................................

8

E. Landasan Teori .......................................................................................

8

F. Hipotesis .................................................................................................

9

BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................

10

A. Jenis dan Rancangan Penelitian .............................................................

10

B. Variabel Penelitian .................................................................................

10

1.

Variabel penelitian ..........................................................................

10

a. Variabel bebas ............................................................................

10

b. Variabel terikat ...........................................................................

10

Variabel pengacau ...........................................................................

10

a. Variabel terkontrol ......................................................................

10

b. Variabel tidak terkontrol .............................................................

10

C. Definisi Operasional ...............................................................................

11

2.

1.

PVBS ...............................................................................................

11

2.

Protokol penambatan .......................................................................

11

3.

Protokol post docking analysis ........................................................

11

4.

Pose emodin ....................................................................................

11

5.

Ligan ................................................................................................

11

6.

PLIF .................................................................................................

11

7.

PLIF bitstring ..................................................................................

11

8.

ChemPLP ........................................................................................

11

ix


9.

Decision tree ...................................................................................

12

10. Senyawa marginal ...........................................................................

12

11. Interaction fingerprinting ................................................................

12

12. Bitstring ...........................................................................................

12

D. Bahan dan Alat Penelitian ......................................................................

12

1.

Bahan yang digunakan dalam penelitian .........................................

12

2.

Alat atau instrumen penelitian.........................................................

13

E. Tata Cara Penelitian ...............................................................................

13

1.

Preparasi senyawa uji ......................................................................

13

2.

Penambatan molekul .......................................................................

13

3.

Post docking analysis ......................................................................

13

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................

16

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................

19

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................

20

BIOGRAFI PENULIS ................................................................................

22

x


DAFTAR TABEL

Tabel I.

Residu yang penting menurut decision tree....................

14

Tabel II.

Luaran penambatan emodin penting dalam decision tree ...

16

xi


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.

Struktur emodin ..............................................................

7

Gambar 2.

Decision tree dari protokol post docking analysis ..........

15

Gambar 3.

Alur yang dilalui emodin dalam decision tree ................

17

Gambar 4.

Pose emodin dalam kantung ikatan RE-α .......................

18

xii


INTISARI Kanker payudara merupakan penyakit dengan pembelahan sel abnormal pada jaringan payudara yang dapat menginvasi jaringan sekitarnya dan menyebar ke organ lainnya. Menurut WHO (2014) pada tahun 2012, terjadi 48.998 kasus kanker payudara pada wanita di Indonesia dengan kematian sebesar 19.730 kasus. Pada kanker payudara, overekspresi reseptor estrogen alfa (RE-α) sering terobservasi. Hal ini menyebabkan RE-α menjadi fokus dalam terapi pencegahan dan terapi kanker payudara. Uji in vitro emodin menunjukkan IC50 2,7 µM dan Ki 0.77 µM pada REα. Penelitian ini melihat emodin sebagai ligan pada RE-α dan pose emodin pada kantung ikatan RE-α. Penelitian dilakukan secara in silico dengan protokol penambatan dan protokol post docking analysis menunjukkan bahwa emodin bukan merupakan ligan aktif pada RE-α. Keluaran berupa ChemPLP dengan rata-rata -75,292 dan PLIF bitstring. Interaksi emodin dengan RE-α berikatan pada residu LEU346, LEU387, dan ARG394. Untuk saat ini, protokol yang digunakan belum dapat mengidentifikasi senyawa marginal seperti emodin sebagai ligan aktif pada RE-α. Kata kunci: Kanker payudara, reseptor estrogen alfa, emodin, in silico, penambatan molekul, ChemPLP, PLIF bitstring.

xiii


ABSTRACT Breast cancer is a disease with abnormal cell proliferation at breast tissue that can invade the surrounding tissue and spread to another organ. Based on WHO (2014) at 2012, there are 48,998 breast cancer cases on women in Indonesia with 19,730 death cases. In breast cancer, overexpression estrogen receptor alpha (ERα) usually observed. Hence ER-α became the focus of prevention and therapy for breast cancer. In vitro study of emodin shows IC50 2.7 µM and Ki 0.77 µM on ER-α. This research visualized emodin as ligand on ER-α and emodin pose in ER-α binding pocket. In silico research using docking protocol and post docking analysis protocol shown that emodin was not an active ligand on ER-α. The outcome shown as ChemPLP score with average -75.292 and PLIF bitstring. Emodin binds with LEU346, LEU387, and ARG394 residue. Currently, the protocol that used in this research has yet identified marginal compound like emodin as an active ligand on ER-α. Keywords: Breast cancer, estrogen receptor alpha, emodin, in silico, molecular docking, ChemPLP, PLIF bitstring.

xiv


BAB I PENGANTAR

A. Latar Belakang Kanker payudara merupakan penyakit dengan pembelahan sel abnormal pada jaringan payudara yang dapat menginvasi bagian tubuh sekitarnya dan menyebar ke organ lainnya (World Health Organization, 2013). Pada tahun 2014, terdapat 48.998 kasus kanker payudara pada wanita di Indonesia dengan kematian sebesar 19.730 kasus (21,4%) dari seluruh kasus kematian yang disebabkan oleh kanker (World Health Organization, 2014). Salah satu faktor yang berpengaruh pada kanker payudara adalah estrogen dan reseptor estrogen. Estrogen dan reseptornya berfungsi untuk memediasi efek biologi seperti genesis, perkembangan malignan dan apoptosis sel. Tingkat estrogen yang tinggi dan ekspresi reseptor estrogen alfa (RE-α) secara berlebih sering terobservasi pada sebagian besar kanker payudara (Hayashi et al., 2003). Obat terapi hormon lini utama untuk kanker payudara saat ini adalah tamoxifen. Tamoxifen bekerja sebagai antagonis reseptor estrogen dengan efek samping seperti penggumpalan darah, stroke, kanker rahim, dan katarak (Senkus et al., 2015; Suganya, Radha, Naorem, and Nishandhini, 2014). Efek samping dari obat inilah yang menyebabkan kebutuhan obat lain yang memiliki efek samping yang lebih aman (Huang et al., 2013; Suganya et al., 2014). Fitoestrogen alami memiliki potensi yang lebih rendah dibanding estrogen sintetis namun memiliki efek samping yang lebih sedikit dan lebih aman (Huang et al., 2013).

1


2

Emodin (1,3,8-trihydroxy-6-methyl-anthraquinone), senyawa golongan anthraquinone, merupakan salah satu contoh fitoestrogen yang terdapat dalam Aloe vera, Rheum officinale, Polygonum cuspidatum, dan Rheum palmatum (Huang et al., 2013; Izhaki, 2002; Yaoxian et al., 2013). Berdasarkan penelitian Matsuda, Shimoda, Morikawa, and Yoshikawa (2001), secara in vitro emodin memiliki aktivitas estrogenik terhadap RE-α dengan IC50 2,7 µM dan Ki 0,77 µM. Penelitian Mysinger, Charcia, Irwin, and Shoichet (2012) secara in silico mendefinisikan ligan aktif adalah ligan dengan afinitas (IC50 atau Ki) di bawah 1 µM. Ligan dengan afinitas diantara 1 µM hingga 30 µM merupakan ligan marginal. Ligan dengan afinitas ≥ 30 µM dianggap sebagai decoys. Bila dilihat berdasarkan Ki maka emodin dianggap sebagai ligan aktif, namun emodin dianggap sebagai ligan marginal berdasarkan IC50. Penelitian ini ingin melihat emodin termasuk sebagai ligan aktif atau tidak berdasarkan protokol yang digunakan secaar in silico. Sejauh penelusuran peneliti, penelitian emodin secara in silico sebagai ligan terhadap REα belum pernah dilakukan. Pengujian in silico memerlukan protokol yang telah tervalidasi untuk dapat mengidentifikasi senyawa sebagai ligan bagi reseptor (Setiawati dkk., 2014). Penelitian in silico ini mengacu pada protokol Setiawati, Riswanto, Yuliani, and Istyastono (2014) untuk penambatan molekuler. Penelitian Istyastono (2015) diacu untuk post docking analysis dalam penelitian ini. 1. Permasalahan a. Apakah emodin bertindak sebagai ligan pada RE-α secara in silico? b. Bagaimana pose emodin dalam kantung ikatan RE-α?


3

2. Keaslian penelitian Uji in vitro aktivitas estrogenik emodin telah dilakukan pada jurnal Matsuda et al. (2001). Beberapa senyawa anthraquinone telah diuji secara in vitro dan in silico pada penelitian Li et al. (2010). Senyawa-senyawa yang terkait emodin telah diuji secara in silico oleh Fullbeck et al. (2005). Sejauh pengetahuan peneliti, penelitian “Uji In Silico Senyawa Emodin sebagai Ligan pada Reseptor Estrogen Alfa” belum pernah dilakukan dengan menggunakan protokol Setiawati et al. (2014) dan protokol post docking analysis Istyastono (2015). 3. Manfaat penelitian a. Manfaat teoretis. Penelitian akan memberikan informasi mengenai emodin sebagai ligan pada RE-α. b. Manfaat praktis. Penelitian membantu pengembangan protokol penambatan pada RE- α secara in silico. c. Manfaat metodologis. Penelitian bertindak sebagai validasi eksternal terhadap protokol penambatan Setiawati et al. (2014) dan protokol post docking analysis Istyastono (2015). B. Tujuan 1. Tujuan umum Mengetahui ikatan senyawa emodin sebagai ligan pada RE-α secara in silico.


2. Tujuan khusus Mengetahui pose emodin dalam kantung ikatan RE-α.

4


BAB II PENELAAHAN PUSTAKA

A. Kanker Payudara Kanker payudara merupakan tumor malignan yang dimulai dari sel payudara (American Cancer Society, 2015). Kanker sendiri merupakan istilah umum yang digunakan untuk penyakit luas yang dapat mempengaruhi bagian mana pun pada tubuh. Istilah lain yang digunakan adalah tumor malignan dan neoplasma. Hal yang merupakan karakteristik dari kanker adalah pembelahan sel abnormal yang dapat menginvasi bagian tubuh sekitarnya dan menyebar ke organ lainnya. Pada tahun 2014, terdapat 48.998 kasus kanker payudara pada wanita di Indonesia dengan kematian sebesar 19.730 kasus (21,4%) dari seluruh kasus kematian yang disebabkan oleh kanker (WHO, 2014). B. Reseptor Estrogen Alfa Reseptor merupakan protein di dalam atau pada permukaan sel yang dapat berikatan dengan substrat seperti hormon yang tersirkulasi dalam darah. Pada sel normal payudara dan sel kanker payudara terdapat reseptor yang dapat berikatan dengan estrogen (17-β estradiol) (American Cancer Society, 2015). Reseptor estrogen memainkan peran yang sangat penting dalam mengontrol dan meregulasi transkripsi DNA dengan bertindak sebagai dimer pada nukleus untuk perkembangan kelenjar susu, merupakan faktor esensial untuk signaling network kanker payudara, dan meregulasi proliferasi sel dan diferensiasi melalui mekanisme paracrine (Dahlman-Wright et al., 2006; Suganya et al., 2014). Pada kanker

5


payudara,

estrogen

berfungsi

memediasi

efek

biologi

seperti

6

genesis,

perkembangan malignan, dan apoptosis sel. Dalam tubuh manusia, terdapat RE-α dan reseptor estrogen β (RE- β). REα diekspresikan terutama pada uterus, vagina, kelenjar susu, hati, kelenjar pituitari (Suganya et al., 2014). Tingkat estrogen yang tinggi dan ekspresi RE-α secara berlebih sering terobservasi pada sebagian besar kanker payudara (Hayashi et al., 2003; Suganya et al., 2014). Hal ini menyebabkan inhibisi reseptor estrogen menjadi pendekatan utama dalam pencegahan dan terapi kanker payudara (Suganya et al., 2014). Obat-obat yang saat ini digunakan sebagai terapi hormon untuk kanker payudara adalah tamoxifen, raloxifene, dan toremifene. Lini utama digunakan yaitu tamoxifen. Obat ini menginterferensi produksi estrogen atau aksi estrogen sehingga menyebabkan banyak efek samping seperti penggumpalan darah, stroke, kanker rahim, dan katarak (Senkus et al., 2015; Suganya et al., 2014). Efek samping obat ini menyebabkan kebutuhan obat baru yang lebih baik seperti fitoestrogen (Huang et al., 2013; Suganya et al., 2014). Fitoestrogen alami memiliki potensi yang lebih rendah dibanding estrogen sintetis namun fitoestrogen alami lebih aman dengan efek samping yang lebih sedikit (Huang et al., 2013). C. Emodin Emodin atau 1,3,8-trihydroxy-6-methyl-anthraquinone (Gambar 1.) merupakan senyawa fitoestrogen golongan anthraquinone alami yang bertindak sebagai senyawa aktif dalam berbagai tanaman obat termasuk pada genus actinidia, achyranthes, artemisia, lactuca, petasites, catalpa, hypericum, ploiarium,


7

psoroapermum, juniperus, cassia, phaseolus, pisum, aloe, myrsine, plantago, agropyron, polygonum, rheum, rumex, rhamnus, ventilago, fragaria, prunus, bergenia, bruceae, picramnia, dan vitis. Contoh tanaman yang mengandung emodin, yaitu Aloe vera, Rheum officinale, Polygonam cuspidatum, Rheum palmatum (Huang et al., 2013; Izhaki, 2002; Yaoxian et al., 2013). Emodin memiliki afinitas pada reseptor estrogen manusia dengan menghambat 17-betaestradiol. 17-beta-estradiol yang berikatan dengan reseptor estrogen dan dapat menghambat poliferasi kanker payudara dengan downregulating protein RE-α, sehingga menekan aktivasi transkripsi RE-α (Huang et al., 2013; Matsuda et al., 2001). Berdasarkan penelitian Matsuda (2001), emodin memiliki aktivitas estrogenik dengan IC50 2,7 µM dan Ki 0,77 µM pada RE-α. Penelitian Mysinger et al. (2012) mendefinisikan ligan aktif adalah ligan dengan afinitas dibawah 1 µM. Bila dilihat berdasarkan Ki maka emodin dianggap sebagai ligan aktif, namun emodin dianggap sebagai ligan marginal berdasarkan IC50.

Gambar 1. Struktur emodin (PubChem, 2015)


8

D. Protokol Penelitian Uji in silico sering digunakan untuk penemuan obat dan optimasi afinitas molekul pada suatu target dengan bantuan komputer. Metode ini digunakan untuk penambatan ligan secara virtual dan penapisan berdasarkan target dan melihat profil untuk memprediksi aktivitas biologis (Ekins et al., 2007). Studi in silico memerlukan protokol yang telah tervalidasi untuk dapat mengidentifikasi senyawa sebagai ligan bagi reseptor (Setiawati dkk., 2014). Protokol penambatan yang dikembangkan dan divalidasi oleh Setiawati et al. (2014) menggunakan Penambatan Virtual Berbasis Struktur (PVBS). Protokol post docking analysis Istyastono (2015) menunjukkan dengan memasukkan hasil penambatan (ChemPLP dan PLIF bitstring) pada decision tree, dapat membantu untuk mengidentifikasi penentu molekular dalam ikatan protein dengan ligan. Penelitian tersebut juga menunjukkan peningkatan kualitas PVBS secara signifikan untuk mengidentifikasi ligan pada RE-α. E. Landasan Teori Kanker payudara merupakan penyakit yang dikarakterisasi dengan pembelahan sel payudara abnormal yang dapat menginvasi bagian tubuh sekitarnya dan menyebar ke organ lainnya. RE-α menjadi penanda awal pada kanker payudara. Pengobatan kanker payudara memerlukan obat yang memiliki efek samping yang lebih aman dibanding obat yang saat ini digunakan (tamoxifen). Emodin merupakan senyawa fitoestrogen yang banyak terdapat pada tanaman. Berdasarkan penelitian Matsuda et al. (2001), emodin memiliki aktivitas estrogenik dengan IC50 2,7 µM dan Ki 0,77 µM pada RE-α. Berdasarkan definisi Mysinger et


9

al. (2014), emodin dianggap sebagai ligan aktif dengan pertimbangan Ki dan sebagai ligan marginal dengan pertimbangan IC50. Pengujian emodin sebagai ligan RE-α dilakukan dengan menggunakan protokol Setiawati et al. (2014) dan protokol post docking analysis Istyastono (2015). F. Hipotesis 1.

Senyawa emodin merupakan ligan pada RE-α secara in silico.

2.

Pose emodin dalam kantung ikatan RE-α dapat diidentifikasi.


BAB III METODE PENELITIAN

A. Jenis dan Rancangan Penelitian Penelitian yang berjudul “Uji In Silico Senyawa Emodin sebagai Ligan pada RE-α” termasuk dalam penelitian eksperimental. Uji dilakukan secara in silico dimana intervensi dilakukan dengan bantuan komputer sesuai dengan protokol penambatan Setiawati et al. (2014) dan protokol post docking analysis Istyastono (2015). B. Variabel Penelitian 1. Variabel penelitian a. Variabel bebas: Pose emodin yang disampling oleh protokol penambatan sebanyak 1000 pose. b. Variabel terikat: Skor Chem-PLP pada tiap pose dan PLIF bitstring. 2. Variabel pengacau a. Variabel terkontrol: Spesifikasi perangkat keras komputasi dan perangkat lunak b. Variabel tidak terkontrol: Lyapunov instability (Posch and Hoover, 2006).

10


11

C. Definisi Operasional 1. PVBS: Penapisan virtual berbasis struktur. 2. Protokol penambatan: Protokol yang dikembangkan dan divalidasi oleh Setiawati et al. (2012) berdasarkan PBVS. 3. Protokol post docking analysis: Protokol analisis dengan bantuan perangkat lunak R yang mengacu pada Istyastono (2015). 4. Pose emodin: Pose emodin dalam kantung ikatan RE-α yang dipilih secara obyektif kuantitatif berdasarkan nilai ChemPLP. 5. Ligan: Ligan aktif. 6. PLIF: Protein-ligand interaction fingerprint. 7. PLIF bitstring: PLIF bitstring merupakan keluaran dari protokol penambatan. 8. ChemPLP: Skor chemical piecewise linear potential yang digunakan sebagai keluaran pada protokol penambatan.


12

9. Decision tree: Hasil dari metode Recursive partition and regression tree (RPART) yang digunakan protokol post docking analysis. 10. Senyawa marginal: Senyawa yang merupakan ligan marginal dimana memiliki afinitas di antara 1– 30 µM. 11. Interaction fingerprinting: Metode untuk mengubah interaksi protein dengan ligan dalam bentuk tiga dimensi menjadi satu dimensi bitstring. 12. Bitstring: Istilah dalam programming yang berarti serangkaian bit. Bit merupakan unit informasi yang dinyatakan dalam 0 (tidak) atau 1 (ya). D. Bahan dan Alat Penelitian 1. Bahan yang digunakan dalam penelitian a.

Protokol PVBS Setiawati et al. (2012) untuk penambatan senyawa terhadap RE-α.

b.

Protokol Istyastono (2015) untuk post docking analysis.

c.

Struktur tiga dimensi emodin dalam bentuk .mol2 (didapatkan dari zinc.docking.org dengan kode: ZINC03824868).

d.

Perangkat lunak penambatan: SPORES (Brink and Exner, 2009) digunakan untuk mempreparasi senyawa uji, PLANTS1.2 (Korb, Stutzle, and Exner, 2009) untuk simulasi penambatan molekuler, PyPLIF (Radifar, Yuniarti, and Istyastono, 2013) digunakan untuk menganalisis interaction


13

fingerprinting, PyMol (Lill and Danielson, 2011) untuk visualisasi ikatan senyawa dengan reseptor, R 3.2.1 (R foundation, 2015) digunakan untuk analisis statistik. 2. Alat atau instrumen penelitian Server dengan alamat internet protocol (IP) 103.247.10.66. Visualisasi ikatan dilakukan pada laptop dengan spesifikasi CPU Intel(R) Core(TM) i3-3217U @1.80 GHz, RAM 4 GB dengan sistem operasi Ubuntu 14.04 LTS. E. Tata Cara Penelitian 1. Preparasi senyawa uji Emodin (senyawa uji) diunduh dalam format .mol2 dan dipreparasi (modul settypes) dengan aplikasi SPORES. 2. Penambatan molekul Luaran dari SPORES ditambatkan menggunakan PLANTS1.2. Setiap penambatan molekuler dilakukan tiga kali. Luaran penambatan yang diperoleh yaitu 3 x 50 pose berupa skor ChemPLP lalu diambil satu pose dengan skor terbaik (terendah). Replikasi penambatan molekul dilakukan 1000 kali, sehingga diperoleh 1000 pose terbaik masing-masing replikasi. 3. Post docking analysis Data penambatan yang diperoleh berupa skor ChemPLP dan PLIF bitstring. Data skor ChemPLP diambil yang terbaik dari 1000 kali replikasi. Data PLIF bitstring menunjukkan senyawa emodin aktif sebagai ligan (ditunjukkan dengan angka 1) atau tidak aktif sebagai ligan (ditunjukkan dengan angka 0) terhadap residu (Tabel I).


14

Tabel I. Residu yang penting menurut decision tree (diadaptasi dari Istyastono, 2015) Nomor Residu Terkait Jenis interaksi Bitstring Ikatan hidrogen (protein 320 GLY420 sebagai akseptor) Ikatan hidrogen (protein 242 ARG394 sebagai donor) Ikatan hidrogen (protein 117 GLU353 sebagai akseptor) Ikatan hidrogen (protein 411 GLY521 sebagai akseptor) Ikatan hidrogen (protein 473 CYS530 sebagai donor) Interaksi elektrostatik 105 ASP351 (protein sebagai anion) Ikatan hidrogen (protein 201 LEU387 sebagai akseptor) 470

CYS530

Interaksi non polar

170

TRP383

Aromatik face-to-face

171

TRP383

Aromatik edge-to-face

323

MET421

Interaksi non polar

Data penambatan dimasukkan ke dalam decision tree (Gambar 2.) untuk melihat bahwa protokol post docking analysis menganggap senyawa uji bertindak sebagai ligan atau decoy. Hal ini dilakukan melalui penyesuaian antara pernyataan pada decision tree dengan data penambatan. Bila data penambatan sesuai dengan pernyataan pada decision tree, maka melalui alur yang ke kiri. Bila tidak sesuai, maka melalui alur yang ke kanan. Demikian dilakukan seterusnya hingga mencapai akhir alur yang berupa pernyataan ligan atau decoy. Senyawa uji yang telah


15

dianggap sebagai ligan atau decoy, dilihat posenya dalam kantung ikatan RE-α dengan pengamatan visual PyMol.

Gambar 2. Decision tree dari protokol post docking analysis (Istyastono, 2015)


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Metode in silico merupakan salah satu pendekatan untuk menemukan obat baru. Metode ini memerlukan protokol yang telah tervalidasi. Penelitian in silico senyawa emodin sebagai ligan pada RE-α menggunakan pendekatan kimia medisinal komputasi dan menggunakan dua protokol, yaitu protokol penambatan Setiawati et al. (2014) dan protokol post docking analysis Istyastono (2015). Dalam penelitian, senyawa emodin diharapkan dapat menjadi ligan aktif terhadap RE-α. Penelitian in vitro senyawa emodin menunjukkan aktivitas emodin terhadap RE-α (Matsuda et al., 2001). Penelitian in silico yang dilakukan bertujuan melihat emodin bertindak sebagai ligan aktif atau ligan tidak aktif terhadap RE-α dan pose emodin dalam kantung ikatan RE-α.

Tabel II. Luaran penambatan emodin penting dalam decision tree

Jenis keluaran

Residu

Skor ChemPLP PLIF bitstring 105 PLIF bitstring 117 PLIF bitstring 170 PLIF bitstring 171 PLIF bitstring 201 PLIF bitstring 242 PLIF bitstring 323 PLIF bitstring 411 PLIF bitstring 470 PLIF bitstring 473

ASP351 GLU353 TRP383 TRP383 LEU387 ARG394 MET421 GLY521 CYS530 CYS530

Rata-rata replikasi emodin -75,292 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 100,0% 4,4% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%

Keterangan Tidak ada ikatan Tidak ada ikatan Tidak ada ikatan Tidak ada ikatan Berikatan Berikatan Tidak ada ikatan Tidak ada ikatan Tidak ada ikatan Tidak ada ikatan

Hasil penambatan didapatkan dalam bentuk ChemPLP dan PLIF bitstring (Tabel II.). PLIF bitstring yang didapatkan menunjukkan ikatan senyawa uji dengan

16


17

residu pada kantung ikatan RE-α (Tabel II.). Dari 1000 kali replikasi, emodin memiliki skor ChemPLP -75,292 dan hanya berinteraksi dengan LEU387 sebesar 100,000% dan ARG394 sebesar 4,400%. Dari hasil penelitian dengan taraf kepercayaan 95%, dapat dikatakan emodin berikatan dengan residu LEU387 dan ARG394 di dalam kantung ikatan RE-α.

Gambar 3. Alur yang dilalui emodin dalam decision tree

Penelitian Mysinger et al. (2012) mendefinisikan ligan aktif adalah ligan dengan afinitas dibawah 1 µM, ligan dengan afinitas diantara 1 µM hingga 30 µM merupakan ligan marginal dan ligan dengan afinitas ≥ 30 µM merupakan decoys. Penelitian in vitro aktivitas senyawa emodin menunjukkan IC50 2,7 µM dan Ki 0,77 µM pada RE-α (Matsuda, 2001). Dilihat dari IC50, emodin termasuk senyawa yang merupakan ligan marginal sedangkan Ki menunjukkan emodin termasuk senyawa yang merupakan ligan aktif. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa protokol


18

yang digunakan menganggap emodin sebagai decoy (Gambar 3.). Untuk saat ini, protokol Setiawati et al. (2014) dan post docking analysis Istyastono (2015) belum dapat mengidentifikasi senyawa marginal sebagai ligan aktif pada RE-α.

Gambar 4. Pose emodin pada kantung ikatan RE-α

Penelitian in silico senyawa emodin pada menghasilkan visualisasi ikatan emodin dengan reseptor dalam kantung ikatan RE-α (Gambar 4.). Pose emodin dalam kantung ikatan RE-α menunjukkan adanya ikatan antara emodin dengan backbone, yaitu dengan LEU346 dan LEU387. Ikatan emodin dengan residu juga tampak, yaitu dengan ARG394. Ikatan yang berpengaruh penting terhadap ligan merupakan ligan aktif atau ligan tidak aktif adalah ikatan dengan LEU387 dan ARG394. Ikatan emodin dengan LEU387 berupa ikatan hidrogen dengan protein sebagai akseptor hidrogen. Dengan residu ARG394, emodin mengalami interaksi hidrogen dengan protein sebagai donor hidrogen.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 1.

Menurut protokol Setiawati et al. (2014) dan protokol post docking analysis Istyastono (2015), emodin bukan merupakan ligan aktif pada REα.

2.

Pose emodin teridentifikasi berikatan dengan LEU346, LEU387, dan ARG394. B. Saran Protokol post docking analysis Istyastono (2015) perlu dikembangkan agar

mampu mengenali senyawa marginal sebagai ligan aktif RE-α.

19


DAFTAR PUSTAKA American Cancer Society, 2015, Breast Cancer, American Cancer Society, Amerika. Brink, T. T., and Exner, T. E., 2009, Influence of Protonation, Tautomeric, and Stereoisomeric States on Protein-Ligand Docking Results, 49, pp. 15351546. Dahlman-Wright, K., Cavailles, V., Fuqua, S.A., Jordan, C., Katzenellenbogen, J. A., Korach, K.S., et al., 2006, Pharmacological Reviews: Estrogen Receptors, LXIV, International Union of Pharmacology, USA. Ekins, S., Mestres, J., and Testa, B., 2007, In silico Pharmacology for Drug Discovery: Applications to Targets and Beyond, British Journal of Pharmacology, 152, 21. Fullbeck, M., Huang, X., Dumdey, R., Frommel, C., Dubiel, W., and Preissner, R., 2005, Novel Curcumin- and Emodin-related Compounds Identified by in silico 2D/3D Conformer Screening Induce Apoptosis in Tumor Cells, BMC Cancer, 5, 97. Hayashi, S. I., Eguchi, H., Tanimoto, K., Yoshida, T., Omoto, Y., Inoue, A., et al., 2003, The Expression and Function of Estrogen Receptor α and β in Human Breast Cancer and Its Clinical Application, International Congress on Hormonal Steroids and Hormones and Cancer, 10, 193. Huang, P.H., Huang, C.Y., Chen, M.C., Lee, Y.T., Yue, C.H., and Lin, H., 2013, Emodin and Aloe-Emodin Supress Breast Cancer Cell Proliferation through ERα Inhibition, Evidence Based Complementary and Alternative Medicine, 1-2. Izhaki, I., 2002, Emodin-A Secondary Metabolite with Multiple Ecological Functions in Higher Plants, New Phytologist, 155, p. 207. Istyastono, E.P., 2015, Employing Recursive Partition and Regression Tree Method to Increase the Quality of Structure-Based Virtual Screening in the Estrogen Receptor Alpha Ligands Identification, Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research, 8 (6), pp.207-209. Korb, O., Stutzle, T., and Exner, T. E., 2009, Empirical Scoring Function for Advanced Protein-Ligand Docking with PLANTS, Journal of Chemical Information and Modeling, 49 (1), pp. 84-96. Li, F., Li, X., Shao, J., Chi, P., Chen, J., and Wang, Z., 2010, Estrogenic Activity of Anthraquinone Derivative In Vitro and In Silico Studies, Chem. Res. Toxicol., 23 (8), 1349-1351. Lill, M. A., and Danielson, M. L., 2011, Computer-aided drug design platform using PyMOL, J Comput Aided Mol, 25, pp. 13-19. Matsuda, H., Shimoda, H., Morikawa, T., and Yoshikawa, M., 2001, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 11, 1839. Mysinger, M. M., Carchia, M., Irwin, J. J., and Shoichet, B. K., 2012, Directory of Useful Decoys, Enhanced (DUD-E): Better Ligands and Decoys for Better Benchmarking, Journal of Medicinal Chemistry, 55, p. 6591.

20


21

PubChem, 2015, Emodin, NIH, http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/emodin, diakses tanggal 10 Mei 2015. R foundation, 2015, R 3.2.1 is released, R foundation, www.r-statistics.com, diakses tanggal 24 November 2015. Radifar, M., Yuniarti, N., and Istyastono, E. P., 2013, PyPLIF: Python-based Protein-Ligand Interaction Fingerprinting, Bioinformation, 9 (6), pp. 325328. Senkus, E., Kyriakides, S., Ohno, S., Penault-Llorca, F., Poortmans, P., Rutgers, E., et al, 2015, Primary Breast Cancer: ESMO Clinical Practice Guidelines, ESMO, http://www.esmo.org/Guidelines/Breast-Cancer/Primary-BreastCancer, diakses tanggal 7 November 2015. Setiawati, A., Riswanto, F.D.O., Yuliani, S.H., and Istyastono, E.P., 2014, Retrospective Validation of Structure-Based Virtual Screening Protocol to Identify Ligands for Estrogen Receptor Alpha and Its Application to Identify the Alpha-Mangostin Binding Pose, Indo. J. Chem, 14 (2), 103108. Setiawati, A., Soesanto, A.M., Nata, C.D., Chandra, R.K., dan Riswanto, F.D.O., Yuliani, S.H., dkk., 2014, Simulasi Penambatan Molekuler Coumestrol, Daidzein, dan Genistein pada Reseptor Estrogen Alfa, Jurnal Penelitian, 17 (2), 91-94. Suganya, J., Radha, M., Naorem, D.L., and Nishandhini, M., 2014, In Silico Docking Studies of Selected Flavonoids-Natural Healing Agents Against Breast Cancer, Asian Pac J Cancer Prev, 15 (19), 8155-8159. World Health Organisation, 2013, Breast Cancer: Prevention and Control, World Health Organisation, http://www.who.int/cancer/detection/breastcancer/en/index1.html, diakses tanggal 14 April 2015. World Health Organisation, 2014, Indonesia, World Health Organisation, http://www.who.int/cancer/country-profiles/idn_en.pdf?ua=1, diakses tanggal 14 April 2015. World Health Organisation, 2015, Cancer, World Health Organisation, http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/en/, diakses tanggal 10 Mei 2015. Yaoxian, W., Hui, Y., Yunyan, Z., Yanqin, L., Xin, G., and Xiaoke, W., 2013, Emodin Induces Apoptosis of Human Cervical Cancer Hela Cells via Intrinsic Mitochondrial and Extrinsic Death Receptor Pathway, Cancer Cell International, 13, 71.


BIOGRAFI PENULIS Penulis skripsi berjudul “Uji In Silico Senyawa Emodin sebagai Ligan pada Reseptor Estrogen Alfa” bernama Liliana. Lahir di Purwokerto pada tanggal 24 Agustus 1995 dari pasangan Agus Ing Sudjono dan Nellyawati sebagai anak pertama dari tiga bersaudara. Penulis menempuh pendidikan formal yang dimulai dari TK Santa Maria Purwokerto (19982001), SD Santa Maria Purwokerto (2001-2007), SMP Susteran Purwokerto (2007-2010), SMA Negeri 1 Purwokerto (20102012). Penulis melanjutkan pendidikan Strata 1 di Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam masa kuliah, penulis berperan aktif dalam kegiatan Patient Counseling Club (2013-2014), Komisi Pemilihan Umum Gubernur BEMF dan Ketua DPMF Farmasi sebagai bendahara (2013), dan Pengobatan Gratis (2014). Penulis juga pernah menjadi Asisten Dosen dalam Praktikum Kimia Organik II (2014-2015) dan Kimia Analisis (2014). Kegiatan lainnya yang pernah diikuti penulis adalah Cancer: Live it or Leave it (2013), Asia Pacific Pharmaceutical Symposium in Malaysia (2014), dan Pelatihan Uji Scarless Wound Healing In Vitro, In Vivo, dan In Silico (2015).

22

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents