BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Siklus Sel
2.3.1 Apoptosis
Apoptosis (bunuh diri sel) merupakan proses yang secara terus-menerus terjadi di dalam tubuh. Hal ini terjadi karena perubahan dan kerusakan sel yang secara konstan diproduksi di dalam tubuh. Untuk mengetahuinya, perhatikan bagaimana DNA dan sel melakukan replikasi. Proses ini merupakan proses yang sangat cepat (karena serupa dengan kebutuhan tubuh yang berhubungan dengan
penggantian sel yang rusak dan berubah) (Nair dan Peate, 2015). Jika sel memiliki kesalahan dalam DNA-nya yang tidak dapat diperbaiki, sel itu mungkin mengalami kematian sel terprogram (apoptosis). Apoptosis adalah proses umum sepanjang hidup yang membantu tubuh menyingkirkan sel-sel yang tidak diperlukan.
Apoptosis pada kanker ada di semua sel kanker terlepas dari penyebab atau tipenya;
ini termasuk pertumbuhan yang tidak terkendali, angiogenesis dan penghindaran apoptosis . Pencegahan kanker adalah salah satunya fungsi utama apoptosis, dan umumnya melalui jalur intrinsik .Hilangnya kendali apoptosis memungkinkan sel kanker untuk bertahan lebih lama dan memberi lebih banyak waktu untuk akumulasi mutasi yang dapat meningkatkan invasi selama perkembangan tumor, merangsang angiogenesis, deregulasi proliferasi sel dan mengganggu diferensiasi.Tahapan sel yang rusak dapat dilihat pada Gambar 2.3.1.
Gambar 2.3.1 Sel yang rusak dapat mengalami apoptosis jika tidak dapat memperbaiki kesalahan genetik (NIH, 2018)
Apoptosis adalah mekanisme alami sel untuk kematian sel terprogram. Ini sangat penting dalam mamalia berumur panjang karena memainkan peran penting dalam perkembangan serta homeostasis karena menghilangkan sel yang tidak di
perlukan lagi. Apoptosis dipicu oleh berbagai jalur sinyal dan diatur oleh ligan ekstrinsik dan intrinsik yang kompleks. Terdapat dua jalur apoptosis utama yakni melibatkan fungsi caspase dan tanpa caspase. Mitokondria bertindak sebagai crosstalk organelles yakni organel yang berperan pada kedua jalur apoptosis yang berbeda tersebut. Jalur apoptosis terbagi dua yaitu caspase dependen dan independen.Sinyal apoptosis jalur caspase dependen bisa terjadi secara intraseluler dan ekstraseluler. Jalur ekstrinsik (ekstraseluler) diinisiasi stimulasi reseptor kematian sedangkan jalur intrinsik diinisiasi oleh pelepasan faktor sinyal dari mitokondria dalam sel.Apoptosis jalur ekstrinsik dimulai dari adanya pelepasan molekul sinyal disebut ligan, oleh sel lain bukan berasal dari sel yang akan mengalami apoptosis.Ligan tersebut berikatan dengan reseptor kematian yang terletak pada transmembran sel target yang menginduksi apoptosis.Reseptor kematian yang terletak di permukaan sel adalah famili reseptor Tumor Necrosis Factor (TNF), yang meliputi TNF-R1, CD 95 (Fas), dan TNF-Related apoptosis inducing ligan (TRAIL)-R1 dan R2. Ligan yang berikatan dengan reseptor tersebut mengakibatkan caspase inisiator 8 membentuk trimer dengan adaptor protein FADD.
a. Apoptosis fisiologis
Apoptosis fisiologis merupakan kematian sel yang diprogram. Kematian sel ini erat kaitannya dengan suatu enzim yang dikenal dengan nama telomerase.
Telomer terletak pada ujung kromosom merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam melindungi kromosom. Pada sel normal, telomer ini akan mengalami pemendekan pada waktu sel melakukan pembelahan diri. Bila ukuran telomer mencapai ukuran tertentu (ukuran kritis) sebagai akibat dari pembelahan berulang,
maka sel tersebut tidak dapat melakukan pembelahan diri lagi. Selanjutnya akan terjadi fragmentasi dan sel akan mengalami apoptosis. Namun, pada sel ganas pemendekan telomer sampai level kritis tidak akan terjadi karena adanya aktivitas dari enzim ribonukleoprotein (telomerase) secara terus-menerus. Oleh karena itu, maka sel ganas dapat bersifat immortal (Sudiana, 2008).
b. Apoptosis Patologis
Apoptosis patologis yaitu kematian sel karena adanya rangsangan.
Rangsangan ini dapat terjadi karena adanya aktifitas dari p53. Hal ini disebabkan karena adanya gen yang cacat. Gen yang cacat dapat memicu aktifitas beberapa enzim seperti PKC (Protein Kinase C) dan CPK-K2, di mana kedua enzim ini dapat memicu aktifitas p53 yang merupakan faktor transkripsi terhadap pembentukan p21. Peningkatan p21 akan menekan semua CDK. Sebelumya telah diketahui bahwa terjadinya siklus pembelahan sel sangat tergantung pada ikatan komplek antara CDK dengan siklin. Dengan terjadinya penekanan semua CDK, maka siklus sel akan berhenti. Pada saat siklus terhenti, maka p53 akan memicu aktifitas BAX (Bcl2- ssociated X protein) di mana protein BAX ini akan menekan aktifitas Bcl-2 (B-Cell Lymphoma-2) pada membran mitokondria sehingga terjadi perubahan permeabilitas membran. Perubahan ini mengakibatkan terjadinya pelepasan cytochrome-C ke sitosol. Di sitosol, cytochrome-C akan mengaktivasi Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor 1) yang selanjutnya mengaktivasi cascade caspase. Caspase inilah yang mengaktifkan DNA-se, kemudian DNA-se yang aktif akan menembus inti dan merusak DNA sehingga DNA sel yang bersangkutan rusak dan akhirnya mengalami apoptosis (Sudiana, 2008).
Mekanisme lain yang dimiliki tubuh untuk berusaha mencegah perkembangan kerusakan sel adalah dengan merusak sel tersebut dengan sistem imun tubuh itu sendiri. Salah satu fungsi sistem imun adalah surveilans imun. Sel darah putih tertentu dari sistem imun (termasuk limfosit T sitotoksi) bergerak melalui tubuh untuk mencari sel abnormal atau sel “asing” (seperti bakteri dan virus). Setiap sel pembawa reseptor pada membrane luar mereka dan beberapa reseptor ini menjadi reseptor pengidentifikasi (ID) khusus yang mengidentifikasi tertentu. Jika limfosit T sitotoksik ini melihat sel yang tidak membawa reseptor ID tertentu terhadap tubuh, mereka akan membunuh sel tersebut. Aktivitas reseptor kematian dinding sel atau aktivasi apoptosis dilakukan dengan menggunakan enzim yang dikenal dengan granzim. Meskipun sel kanker ada di dalam tubuh yang sama dengan limfosit T sitotoksik, karena perubahan mereka, akibat perubahan DNA, reseptor ID pada sel kanker ini dapat sedikit berubah bentuk. Untungnya, meskipun hanya terdapat sedikit perubahan pada reseptor ID akibat sel kanker, reseptor ID masih cukup berbeda bagi sel T untuk mengenal dan merusaknya sebagai sel yang tidak “tepat”. Akan tetapi beberapa sel yang dikenal dengan sel prakanker dapat mengembangkan strategi untuk menyembunyikan perbedaan mereka dari sistem imun dan tentunya hilang karena dirusak oleh sel T. ketika sel prakanker ditolak oleh sistem imun tubuh sel ini dapat terus membelah diri dan melakukan replikasi untuk menimbulkan kanker karena seluruh sel inang mereka juga memiliki kemampuan untuk menghindari limfosit T (Nair dan Peate, 2015).
Mekanisme intrinsik apoptosis menggunakan mitokondria dan protein mitokondria (Gambar 2.3.1.1). Sel dengan DNA yang rusak atau onkogen yang diatur secara berlebihan dapat merangsang jalur ini . Rangsangan tambahan untuk
jalur ini termasuk kekurangan faktor pertumbuhan, kelebihan Ca2+, molekul perusak DNA,oksidan dan obat penargetan mikrotubulus. Jalur keseluruhan diatur oleh BCL-2 keluarga protein . Berbagai rangsangan apoptosis menghasilkan peningkatan regulasi protein khusus BH3, yang kemudian mengaktifkan BAX dan BAK. BAX diatur oleh p 53, suatu penekan gen tumor . Setelah diaktifkan, BAX dan BAK mengalami oligomerisasi, yang mengarah ke membran luar mitokondriapermeabilisasi (MOMP). MOMP adalah peristiwa yang menentukan apoptosis intrinsik dan dipertimbangkan titik tidak bisa kembali . Permeabilisasi memungkinkan pelepasan protein antar membran seperti sitokrom c, aktivator caspase yang diturunkan dari mitokondria kedua (SMAC) dan Omi. Setelah pelepasan sitokrom c, apoptosom terbentuk dari sitokrom c, pengaktifan protease apoptosis faktor-1 (APAF-1), dATP dan procaspase-9. Di dalam apoptosom, procaspase-9 diubah menjadi caspase-9 yang mengaktifkan caspases eksekutor yaitu caspase-3 dan -7 yang dengan cepat mulai memecah protein yang menyebabkan kematian sel.
Gambar 2.3.1.1 Jalur apoptosis intrinsik (Nair dan Peate, 2015).
Protein BH3 saja diregulasi sebagai respons terhadap stres apoptosis. Mereka mengaktifkan BAX (BCL-2-terkait X protein) dan BAK (pembunuh antagonis
mitokondria. Sitokrom c, SMAC (aktivator caspase yang diturunkan dari mitokondria kedua), dan Omi dilepaskan dan apoptosom terbentuk dari procaspase-9, dATP, sitokrom c, dan APAF-1. Caspases kemudian diaktifkan dan mulai membelah protein seluler yang mengakibatkan apoptosis. Panah mewakili aktivasi dan batang T mewakili penghambatan.
Ada beberapa langkah tambahan untuk apoptosis intrinsik yang memastikan kematian sel. Omi menghambat X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP) yang merupakan inhibitor endogen fungsi caspase . SMAC dilepaskan selama apoptosis untuk menghambat penghambat apoptosis protein (IAP) sehingga apoptosis berlangsung setelah apoptosom terbentuk. MOMP juga akan menyebabkan kematian sel jika caspases tidak diaktifkan. Permeabilisasi membran menyebabkan hilangnya fungsi mitokondria yang menyebabkan kematian sel . Ada beberapa sel yang dapat bertahan dari MOMP seperti neuron. Juga telah ditemukan bahwa beberapa sel kanker mampu menghindari kematian bahkan setelah MOMP . Jalur ekstrinsik menggunakan sinyal ekstraseluler untuk menginduksi apoptosis (Gambar 2.3.1.2). Sinyal kematian sel, juga dikenal sebagai ligan kematian, mengikat reseptor kematian keluarga tumor necrosis factor (TNF).
Beberapa ligan kematian termasuk ligan Fas (Fas-L), TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) dan tumor necrosis factor (TNF) . Protein adaptor direkrut ke reseptor kematian [4,14]; protein adaptor termasuk domain kematian terkait Fas (FADD) dan domain kematian terkait reseptor TNF (TRADD). Inisiator procaspases-8 dan -10 mengikat protein adaptor, membentuk kompleks pensinyalan penyebab kematian (DISC) . Procaspases memiliki domain efektor kematian (DED) yang mengikat protein adaptor pada DED-nya . Procaspases-8 dan -10 diaktifkan
oleh DISC. Algojo caspases-3, -6, dan -7 kemudian diaktifkan dan memulai pembelahan protein dan sitoskeleton yang menyebabkan kematian sel. DISC diatur oleh inhibitor, c-FLIP, yang homolog dengan caspase-8 namun tidak memiliki aktivitas caspase .
Gambar 2. Jalur ekstrinsik dimulai dengan ligan kematian yang menempel pada reseptor kematian. Protein adaptor mengikat reseptor. DISC (death-inducing signaling complex) dibentuk dari protein adaptor dan procaspases-8 dan -10.
Caspase-8 menjadi aktif yang mengaktifkan caspases-3, -6 dan-7 dan BID (agonis kematian domain-berinteraksi BH3). BID melanjutkan untuk mengaktifkan BAX dan BAK yang mengaktifkan jalur intrinsik. Caspases-3, -6 dan -7 adalah caspases algojo yang mengakibatkan kematian sel. Panah mewakili aktivasi dan batang T mewakili penghambatan. Jalur ekstrinsik dan intrinsik bertemu setelah aktivasi caspase-8. Dalam jalur ekstrinsik, aktivasi caspase-8 mengarah pada aktivasi agonis kematian domain-berinteraksi (BID) BH3, protein yang hanya memiliki BH3. BID kemudian mengaktifkan dan oligomerisasi BAX dan BAK dan jalur apoptosis
intrinsik berlanjut. Hal ini mengakibatkan kedua jalur untuk terus berkembang biak melalui jalur tipikal mereka memastikan bahwa apoptosis akan terjadi.