REGULATORY GENES
2014
Gen terdapat dalam kromosom atau DNA yang mengandung kode genetik yang spesifik untuk setiap spesies. Mengatur,mengkoordinasi mengawasi serta mengendalikan semua proses kehidupan, seperti bentuk organ,fungsi organ,pertumbuhan ,keturunan,dll. Satu gen dapat sekaligus mengatur beberapa struktur/fungsi tertentu dan sebaliknya dapat pula satu struktur/fungsi diatur bersama oleh beberapa gen.
Sel tumor adalah sel tubuh kita sendiri yang mengalami transformasi. Transformasi sel itu terjadi karena adanya mutasi gen.
Prinsip untuk mempelajari dasar genetik kanker
Kerusakan genetik nonletal merupakan hal sentral dalam karsinogenesis Kelas gen regulator normal : Protoonkogen Tumor suppressor gen Programmed cell death / apoptosis
Gen yang mengatur perbaikan DNA yang rusak Merupakan sasaran utama pada kerusakan genetik
Karsinogenesis adalah proses banyak tahap,baik pada tingkat fenotip maupun genotip
Skema sederhana dasar molekular kanker Acuired(enviromental DNA damaging agents Chemical Radiation viruses
Normal cell Successful DNA repair
DNA Damage Failure of DNA repair
Mutation in the Genom of Somatic cells
Activation of Growth-promoting oncogens
Alteration of Genes that Regulate apoptosis
Inhereted mutation in •Genes affecting DNA repair •Genes affecting cell growth or apoptosis
Inactivation of Cancer suppressor genes
Expression of altered gene products And loss of regulatory gene products Clonal expansion Additional mutation (progression) Heterogeneity
Malignant neoplasma
Ivasive and metastatic
Enam perubahan mendasar dalam fisiologi sel yang bersama-sama menentukan fenotipe ganas :
Self sufficiency (menghasilkan sendiri) sinyal pertumbuhan. Insensitivitas terhadap sinyal penghambat pertumbuhan. Menghindari apoptosis. Potensi replikasi tanpa batas (yaitu mengalahkan penuaan sel) Angiogenesis berkelanjutan. Kemampuan menginvasi dan beranaksebar.
Enam tanda utama kanker
1.MENGHASILKAN SENDIRI SINYAL PERTUMBUHAN Onkogen gen yang meningkatkan pertumbuhan otonom pada sel kanker Berasal dari mutasi pada protoonkogen Ditandai dengan kemampuan mendorong pertumbuhan sel walaupun tidak terdapat sinyal pendorong pertumbuhan yang normal Produknya : Onkoprotein
Proliferasi sel secara fisiologi Terikatnya faktor pertumbuhan ke reseptor spesifik di membran sel Aktivasi reseptor faktor pertumbuhan secara transien dan terbatas,mengaktifkan beberapa protein transduksi sinyal di lembar dalam membran plasma Transmisi sinyal transduksi melalui sitosol menuju inti sel Induksi dan aktivasi faktor regulatorik inti sel yang memicu transkripsi DNA Sel membelah.
Dengan latar belakang ini,kita dapat mengidentifikasi berbagai cara yang dilakukan oleh sel kanker untuk memperoleh self sufficiency, dengan mengelompokkan berdasarkan peranannya dalam jenjang transduksi sinyal.
1.Faktor pertumbuhan Sel normal memerlukan rangsangan dari faktor pertumbuhan untuk dapat berproliferasi. Sebagian besar faktor pertumbuhan yang dapat larut dibuat oleh satu jenis sel dan bekerja pada sel sekitarnya untuk merangsang pertumbuhan (kerja parakrin). Banyak sel kanker memperoleh kemampuan untuk tumbuh sendiri karena mampu mensintesis faktor pertumbuhan. Contoh:PDGF,TGF-α
2.Reseptor faktor pertumbuhan Protein reseptor mutan menyalurkan sinyal mitogenik kontinu ke sel,walaupun tidak terdapat faktor pertumbuhan di sekitarnya. Yang lebih sering terjadi Ekspresi berlebihan faktor pertumbuhan yang menyebabkan sel kanker bereaksi berlebihan terhadap kadar normal faktor pertumbuhan. Contoh:Reseptor EGF ERBB1,reseptor EGF mengalami ekspresi berlebihan pada 80% karsinoma sel skuamosa paru
3.Protein transduksi sinyal Terjadi mutasi gen yang mengkode berbagai komponen di jalur penghantar sinyal. Molekul penghantar sinyal ini menghubungkan reseptor faktor pertumbuhan ke sasarannya di inti sel. Yang terpenting: RAS,ABL
RAS Sering diaktifkan melalui mutasi titik,yang berpusat pada kodon 12,13 dan 61 mengganggu hidrolisa GTP yang penting untuk mengubah RAS aktif menjadi inaktif
Kerja gen RAS
ABL Protoonkogen ABL memiliki aktivitas tirosin kinase yang dihambat oleh domain regulatorik negatif. Pada leukemia mieloid kronik dan beberapa leukimia akut aktivitas ini menjadi tidak terkendali. Gen ABL mengalami translokasi dari tempat normalnya di kromosom 9 ke kromosom 22, tempat gen tersebut menyatu dengan bagian dari gen breakpoint cluster region (BCR) – protein Bcr-Abl– induksi proliferasi & memperpanjang ketahanan hidup.
4.Faktor Transkripsi Nukleus Dapat terjadi otonomi pertumbuhan akibat mutasi yang mengenai gen yang mengendalikan transkripsi DNA. Produk onkogen yang dapat ditemui di inti sel MYC,MYB,JUN,FOS dan REL. MYC manusia.
paling sering terlibat dalam tumor
Protein MYC berikatan dengan DNA aktivasi transkripsional beberapa gen terkait pertumbuhan, termasuk berbagai kinase dependen siklin ( CDK) dimana produknya mendorong sel masuk ke siklus sel.
Pada sel normal Kadar MYC turun mendekati kadar basal saat siklus sel dimulai. Versi onkogenik Gen MYC berkaitan dengan ekspresi gen yang menetap atau berlebihan sehingga proliferasi berlangsung terus menerus.
5.Siklin dan Kinase Dependen Siklin Hasil akhir dari semua rangsangan yang mendorong pertumbuhan adalah masuknya sel yang semula dalam keadaan tenang ke dalam siklus sel. Perjalanan sel melalui berbagai fase siklus sel dikendalikan oleh CDK setelah CDK diaktifkan oleh pengikatannya ke famili protein lain yang disebut siklin. CDK menyebabkan fosforilasi berbagai protein sasaran yang penting dan diekspresikan selama siklus sel,tetapi dalam bentuk inaktif.
Sebaliknya,siklin baru disintesis sewaktu fase tertentu dari siklus sel dan fungsi siklin adalah mengaktifkan CDK dengan berikatan dengannya kadar siklin akan cepat turun. Sementara siklin membangkitkan CDK, inhibitor siklin menekan CDK dan menimbulkan kontrol negatif terhadap siklus sel.
Skema peran siklin,kinase dependen-siklin(CDK) dan inhibitor kinase dependen siklin(CDKI)
Mutasi yang menyebabkan disregulasi aktivitas siklin dan CDK akan memudahkan sel berproliferasi. Kesalahan yang mengenai ekspresi siklin D atau CDK4 tampaknya sering terjadi pada transformasi neoplastik. Gen siklin D mengalami ekspresi berlebihan di banyak kanker. Mutasi yang mengenai siklin B dan siklin E serta CDK lain juga terjadi pada beberapa neoplasma ganas,tetapi mutasi ini jarang.
2. INSENSITIVITAS TERHADAP SINYAL YANG MENGHAMBAT PERTUMBUHAN Selain onkogen yang memproduksi berbagai protein yang mendorong pertumbuhan sel,terdapat pula produk gen penekan tumor yang merupakan rem bagi proliferasi sel. Gangguan terhadap gen ini menyebabkan sel refrakter terhadap inhibisi pertumbuhan.
Gen Retinoblastoma (RB),prototipe gen penekan kanker yang pertama kali ditemukan.
Prinsip Sinyal antipertumbuhan dapat mencegah proliferasi sel melalui dua mekanisme : Sinyal antipertumbuhan dapat menyebabkan sel yang sedang membelah masuk kedalam G0 (tenang),dimana sel akan bertahan sampai isyarat eksternal mendorongnya masuk kembali ke siklus proliferasi. Sel mungkin masuk ke tahap pasca mitotik dan berdiferensiasi serta kehilangan potensi replikatifnya.
Ditingkat molekuler sinyal antipertumbuhan menimbulkan efek di tahap G1 S Gen RB dan siklus sel Produk gen RB adalah suatu protein pengikat DNA yang diekspresikan pada semua sel yang diteliti,protein tersebut berada dalam bentuk terhipofosforilasi aktif dan terhiperfosforilasi tidak aktif. Pada keadaan aktif,RB berfungsi sebagai rem untuk menghambat melajunya sel dari fase G1 S pada siklus sel.
Jalur transforming growth factor-β Molekul yang menyalurkan sinyal antiproliferasi yang paling dikenal adalah TGF-β. Pada sebagian besar sel epitel,endotel dan hemopoietik normal, TGF-β adalah inhibitor kuat bagi proliferasi dengan berikatan dengan tiga reseptor yang disebut tipe I,II,III. TGF-β menghentikan sel di fase G1 siklus sel dengan merangsang produksi CDKI p15 dan dengan menghambat transkripsi CDK2,CDK4 serta siklin A dan E.
Pada banyak bentuk kanker Efek jalur TGF-β menghambat pertumbuhan
terganggu oleh mutasi di jalur penghantar sinyal TGF-β.
Mutasi dapat mengenai reseptor TGF-β tipe II atau molekul SMAD yang berfungsi menyalurkan sinyal antiproliferasi dari reseptor ke inti sel.
Jalur poliposis coli adenomatosa-β catenin Gen APC (Poliposis coli adenomatosa) merupakan suatu protein sitoplasma yang fungsi utamanya adalah mengatur kadar intrasel β-katenin.
Fungsi β-katenin β-katenin berikatan dengan bagian sitoplasma dari E kaderin,suatu protein permukaan yang mempertahankan perlekatan antar sel. β-katenin dapat mengalami perpindahan ke inti sel dan mengaktifkan proliferasi sel.
Pada sel normal dalam keadaan istirahat APC mencegah sinyal β katenin dengan mendorong penguraian zat tersebut. Pada sel ganas Hilangnya APC,penguraian β katenin terhambat dan respon terhadap sinyal WNT terus diaktifkan transkripsi gen yang mendorong pertumbuhan.
Gen TP53:Pengawal genom Dulu dikenal dengan p53 Dapat menimbulkan efek antiproliferasi Mengendalikan apoptosis Merupakan monitor sentral untuk stres mengarahkan sel untuk memberikan tanggapan yang sesuai baik berupa penghentian siklus sel maupun apoptosis. Stres yang dapat memicu jalur respon TP53 termasuk anoksia,ekspresi onkogen yang t idak sesuai dan kerusakan pada integritas DNA.
Secara singkat TP53 mendeteksi kerusakan DNA melalui mekanisme yang tidak di ketahui dan membantu perbaikan DNA dengan menyebabkan penghentian G1 dan memicu gen yang memperbaiki DNA. Sel yang mengalami kerusakan DNA dan tidak dapat diperbaiki diarahkan oleh TP53 untuk mengalami apoptosis. Berdasarkan aktivitas ini TP53 dianggap sebagai “pengawal genom”
Apabila kehilangan TP53 secara homozigot,kerusakan DNA tidak dapat diperbaiki dan mutasi akan terfiksasi di sel yang membelah sehingga sel akan masuk jalan satu arah menuju transformasi keganasan. Seperti protein RB,TP53 normal juga dapat dibuat nonfungsional oleh beberapa virus DNA tertentu (HPV onkogenik,HBV dan mungkin virus Ebstein Barr)
3.MENGHINDAR DARI APOPTOSIS Yang mungkin sudah dipastikan adalah peran BCL2 yang melindungi sel dari apoptosis. Dua mekanisme baru yang digunakan sel tumor untuk menghindari apoptosis. Pada sel melanoma tertentu mengalami kehilangan APAF-1 menghambat jalur mitokondria-sitokrom c sel resisten terhadap apoptosis yang diinduksi oleh TP53. Pada beberapa tumor terjadi peningkatan transkripsional inhibitor apoptosis yang menyebabkan inaktivasi kaspase.
4.KEMAMPUAN REPLIKASI TANPA BATAS Sel manusia normal memiliki kapasitas menggandakan diri 60-70 kali setelah itu sel kehilangam kemampuan membelah diri. Hal ini terjadi karena pemendekan progresif telomer diujung-ujung kromosom,pada setiap kali pembelahan telomer memendek dan setelah titik tertentu,hilangnya telomer menyebabkan kelainan masif kromosom dan kematian.
Untuk dapat tumbuh tanpa batas,sel tumor harus menciptakan cara untuk menghindar dari proses penuaan,hal ini didapat dengan mengaktifkan enzim telomerase yang dapat mempertahankan panjang telomer.
5.TERJADINYA ANGIOGENESIS BERKELANJUTAN Tumor tidak dapat membesar lebih dari 1 sampai 2 mm apabila tidak memiliki vaskularisasi. Diperkirakan jarak 1-2 mm merupakan jarak maksimal dari pembuluh darah yang dapat ditempuh oleh oksigen dan nutrien melalui proses difusi Neovaskularisasi memiliki efek ganda pada pertumbuhan tumor: Merangsang pertumbuhan sel tumor disekitarnya Metastase
Bagaimana sel tumor yang sedang tumbuh membentuk aliran darahnya? Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tumor mengandung faktor yang mampu mempengaruhi seluruh rangkaian kejadian yang berperan dalam pembentukan kapiler baru. Faktor angiogenik terkait tumor (tumor associated angiogenic factor) mungkin dihasilkan oleh sel tumor atau mungkin berasal dari sel radang.Faktor angiogenik yang paling penting adalah VEGF(Vaskular Endothelian Growth Factor) dan Basic Fibroblast Growth Factor.
Faktor antiangiogenesis,seperti tromboposdin1,mungkin dihasilkan oleh sel tumor sendiri atau produksinya mungkin dipicu oleh sel tumor (angiostatin,endostatin,vaskulostatin yang berasal dari penguraian plasminogen,kolagen dan transtiretin secara proteolitis)
Paradigma yang muncul adalah bahwa pertumbuhan tumor dikendalikan oleh keseimbangan antara faktor angiogenik dan fakor yang menghambat angiogenesis
Pada awal pertumbuhannya sebagian tumor manusia tidak memicu angiogenesis,tumor akan tetap kecil atau insitu selama bertahun-tahun sampai terjadi angiogenic switch yang mengakhiri stadium quisence vascular. Dasar molekuler angiogenic switch ini masih belum jelas seluruhnya,tetapi mungkin melibatkan peningkatan produksi faktor angiogenik atau hilangnya inhibitor angiogenesis.
6.KEMAMPUAN MELAKUKAN INVASI DAN METASTASIS
Jenjang metastase dapat dibagi lagi menjadi dua fase: 1. Invasi matriks ekstrasel 2. Penyebaran vaskular dan sasaran sel tumor
Jenjang Metastatik
Invasi matriks ekstrasel Jaringan manusia tersusun menjadi serangkaian kompartemen yang dipisahkan satu sama lain oleh dua jenis matriks ekstrasel (ECM) : Membran basal dan Jaringan ikat intertisium. Tiap-tiap komponen ECM ini terdiri atas : kolagen,glikoprotein dan proteoglikan. Invasi ECM memerlukan 4 langkah : Terlepasnya (loosening up) sel tumor satu sama lain Melekatnya sel tumor ke komponen matriks Degradasi ECM Migrasi sel tumor
Penyebaran vaskular dan sasaran sel tumor Saat berada di dalam sirkulasi sel tumor rentan terhadap destruksi oleh sel imun penjamu. Didalam aliran darah sebagian sel tumor membentuk embolus dengan membentuk gumpalan dan melekat ke leukosit terutama trombosit sel tumor yang menggumpal ini mendapat perlindungan dari serangan sel efektor antitumor penjamu. Namun sebagian besar sel tumor masuk ke dalam sirkulasi sendiri-sendiri.
Ekstravasasi sel tumor bebas atau embolus sel memerlukan perlekatan ke endotel vaskular yang diikuti oleh pergerakan melalui membran basal dengan mekanisme yang serupa dengan yang berperan dalam invasi
