2 TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Galur Sel Kanker Payudara
Galur sel kanker payudara yang pertama ditemukan adalah BT-20 pada tahun 1958. Salah satu keuntungan menggunakan galur sel dalam penelitian adalah memungkinkan untuk menyediakan populasi sel yang relatif homogen yang memiliki kemampuan bereplikasi sendiri dalam medium kultur sel standar. Baru sekitar 25 tahun kemudian ditemukan MCF-7 oleh Michigan Cancer Foundation yang menjadi paling populer digunakan di dunia saat ini. Hal ini disebabkan karena MCF-7 memiliki sensitifitas hormon yang tinggi dengan adanya estrogen receptor (ER) yang menjadikannya ideal sebagai model untuk mempelajari pengaruh hormon. Saat ini telah banyak galur sel kanker yang telah dikembangkan yang berasal baik dari sel tumor primer, pleural effusions atau jaringan metastasis yang terdapat pada pasien. Sel-sel tersebut telah tersedia secara komersial di berbagai bank sel (Holliday dan Speirs 2011).
Pada mulanya sel-sel kanker dapat dikelompokkan berdasarkan morfologinya seperti tipe histologi, tingkatan tumor, status lymph node dan keberadaan marka seperti ER dan yang mutakhir human epidermal growth factor receptor 2 (HER2). Namun dengan berkembangnya molecular profiling menggunakan DNA microarray maka heterogenitas tersebut dapat dibuktikan melalui profiling ekspresi gen. Sehingga sel kanker dapat dikelompokkan menjadi 5 sub-tipe sebagaimana tercantum dalam tabel 2.3.
Tabel 2.3. Klasifikasi molekuler sel kanker payudara Sub tipe Profil
immunologi Karakteristik lain
Contoh galur sel
Luminal A ER+, PR+/-, HER2
-
Ki67 rendah, responsif thd endokrin, umumnya responsif thd kemoterapi
MCF7, T47D, SUM185 Luminal B ER+, PR+/-,
HER2 +
Ki67 tinggi, biasanya responsif thd endokrin, variatif kepekaan thd kemoterapi, HER2
+
adalah responsif terhadap trastusumab (antibodi)
BT474, ZR75
Basal ER-, PR-, HER2
-
EGFR+ dan atau sitokeratin 5/6+, Ki67 tinggi, tidak responsif thd endokrin, umumnya responsif thd kemoterapi
MDA-MB468, SUM190 Claudin- low ER-, PR-, HER2 -
Ki67, E-cadherin, claudin-3, claudinin-4 dan claudinin-7 rendah, kepekaan sedang thd kemoterapi BT549, MDA- MB231, SUM1315 HER2 ER-, PR-, HER2 +
Ki67 tinggi, responsif terhadap
trastusurmab, responsif thd kemoterapi
SKBR3, MDA-MB453 Ket: EGFR: epidermal growth factor receptor, ER: estrogen receptor, HER2: human epidermal growth factor receptor 2, PR: progesterone receptor.
Sumber: Holliday and Speirs (2011) 2.5Mekanisme Apoptosis
Apoptosis merupakan proses kematian sel yang terprogram dan memiliki karakteristik morfologi yang berbeda dengan jenis kematian sel yang lain dan memiliki mekanisme biokimia yang melibatkan energi. Apoptosis terjadi secara
normal selama perkembangan dan pertumbuhan sel dan merupakan suatu mekanisme homeostasis untuk mempertahankan kestabilan populasi sel dalam suatu jaringan. Selain itu apoptosis merupakan suatu mekanisme pertahanan seperti saat terjadi reaksi imun atau saat sel mengalami kerusakan oleh penyakit atau substansi beracun (Elmore 2007).
Secara morfologi sel yang mengalami apoptosis memiliki karakteristik khusus yang dapat dibedakan dengan jenis kematian sel yang lain seperti nekrosis. Pada tahap awal apoptosis sel mengalami pengkerutan dan pyknosis yang dapat diamati melalui mikroskop cahaya. Sel mengkerut dengan ukuran yang mengecil, sitoplasma semakin pekat serta organel-organel semakin padat terbungkus di dalam sel. Pyknosis adalah hasil dari kondensasi kromatin dan ini merupakan ciri utama apoptosis. Kemudian terjadi blebbing pada membran plasma yang diikuti dengan karyorrhexis dan pemisahan bagian-bagian sel membentuk apoptotic bodies. Apoptotic bodies terdiri atas sitoplasma dengan organel yang padat terbungkus dengan atau tanpa pecahan inti sel. Integritas organel masih dapat dipertahankan karena masih berada di dalam membran plasma yang masih utuh. Apoptotic bodies ini kemudian difagositasi oleh makrofag, sel-sel parenkim atau sel-sel neoplastik dan kemudian didegradasi selama proses fagolisosom (Elmore 2007).
Mekanisme apoptosis sangat rumit dan kompleks yang melibatkan tahapan molekuler reaksi berantai yang bergantung pada energi. Hingga saat ini terdapat dua jalur utama apoptosis yakni ekstrinsik dan intrinsik . Terdapat satu jalur tambahan yakni yang melibatkan sitotoksisitas yang dimediasi oleh selT dan kematian sel yang bergantung pada perforin-granzyme. Ketiga jalur tersebut bertemu pada satu titik yakni tahap eksekusi yang diawali dengan pembelahan oleh caspase-3 mengakibatkan fragmentasi DNA, degradasi protein penyusun sel dan inti sel, protein crosslinking, pembentukan apoptotic bodies, ekspresi ligan untuk reseptor sel-sel fagosit dan akhirnya proses fagositosis.
Meskipun melalui jalur yang berbeda namun molekul pada satu jalur dapat mempengaruhi molekul-molekul pada jalur yang lain (Elmore 2007). Pada jalur intrinsik, apoptosis diinduksi oleh rangsangan tanpa mediasi reseptor yang kemudian menghasilkan signal dan secara langsung bereaksi pada target di dalam sel yakni diawali di mitokondria. Sesaat setelah terstimulasi, permeabilitas membran mitokondria akan mengalami perubahan dan mengakibatkan terlepasnya protein-protein pro-apoptosis seperti sitokrom c ke sitosol. Regulasi dari reaksi- reaksi tersebut diatur oleh anggota dari jenis protein Bcl-2 (Simstein et al. 2003). Molekul p53 merupakan protein penekan tumor yang pada kondisi normal levelnya rendah. p53 akan teraktivasi apabila sel terpapar oleh stimulus seperti agen yang dapat merusak DNA, hypoxia, kurangnya nukleotida atau aktivasi sel tumor. Molekul p53 merupakan upstream baik pada jalur regulator siklus sel maupun jalur apoptosis intrinsik yang dimediasi oleh kelompok protein Bcl-2 (El Deiry 1998; Elmore 2007 dan Verma et al. 2009). Protein p21 dikenal karena fungsi penghambatan pertumbuhan dengan menginduksi siklus sel melalui interaksi dengan dua domain yang berbeda. Pertama melalui interaksi dengan cyclin-dependent kinase (CDK) yang mengakibatkan terhambatnya pertumbuhan yakni tertahan pada salah satu fase siklus sel. Kedua melalui interaksi dengan molekul proliferating cell nuclear antigen (PCNA) yang mengakibatkan penghambatan sintesis DNA (Abbas dan Dutta 2009).
Baik jalur intrinsik maupun ekstrinsik keduanya bertemu pada satu titik yakni tahap eksekusi yang dianggap sebagai bagian akhir dari jalur apoptosis. Tahap ini melibatkan aktivasi caspase yang pada gilirannya mengaktivasi endonuklease sitoplasma dan protease yang akan mendegradasi materi-materi nukleus dan protein-protein penyusun sel. Begitu caspase teraktivasi sangat kecil kemungkinan untuk menghentikan terjadinya proses menuju kematian sel. Sampai saat ini ada 10 caspase utama yang telah teridentifikasi dan dikelompokkan menjadi inisiator caspase (caspase-2,-8,-9,-10), efektor atau eksekutor (caspase-3,- 6,-7) dan caspase inflamasi (caspase-1,-4,-5) (Elmore 2007).
Sebuah studi untuk melihat pengaruh suatu komponen bioaktif berupa turunan anthraquinone 1,3-dehydroxy-9,10-anthraquinone-2-carboxilic acid (DHAQC) terhadap sel kanker MCF-7 dilakukan oleh (Yeap et al. 2015). Hasil penelitian menunjukkan bahwa komponen DHAQC menginduksi terjadinya apoptosis dan menahan siklus sel pada fase G2/M melalui aktivasi protein p53 (sebagaimana terlihat pada Gambar 2.2). Selanjutnya protein p53 yang teraktivasi mengaktivasi molekul pada dua jalur yakni jalur mitokondria yang diawali dengan peningkatan rasio Bax/Bcl-2 kemudian mengakibatkan pelepasan cytochrome c dan aktivasi caspase 9 yang berujung pada apoptosis. Sementara jalur kedua diawali dengan aktivasi molekul p21 yang kemudian menghambat FOXM1 yang mengatur proses mitosis dan ekspresi cluster target gen G2/M yang kemudian berujung pada penghambatan siklus sel. Ditambahkan oleh (Tor et al. 2015) bahwa ekstrak etil asetat Dillenia suffruticosa mengakibatkan terjadinya penghambatan siklus sel yang selanjutnya menstimulasi apoptosis melalui caspase independent pathway.
Gambar 2.3 Mekanisme induksi cell cycle arrest dan apoptosis oleh suatu komponen anthraquinone DHAQC (Yeap et al. 2015)
Apoptosis dapat dideteksi menggunakan beberapa metode antara lain: pengamatan morfologi sel, pengamatan fragmentasi DNA, deteksi caspase berikut substrat, regulator dan inhibitornya, pengamatan pada membran sel, deteksi apoptosis secara utuh pada jaringan atau embryo, serta pengamatan mitokondria (Elmore 2007).
Perubahan pada morfologi sel baik di bagian sitoplasma maupun inti sel yang mengalami apoptosis secara umum memiliki kesamaan di antara jenis sel dan spesies. Diperlukan waktu beberapa jam sejak awal proses kematian sel hingga akhir proses yakni saat terjadinya fragmentasi. Akan tetapi rentang waktu ini bergantung pada tipe sel, stimulasi dan jalur apoptosis. Penanda morfologis dari apoptosis di bagian inti sel adalah kondensasi kromatin dan fragmentasi inti sel yang diikuti dengan perubahan bentuk yang cenderung membulat, penurunan volume sel (pyknosis) dan penarikan pseudopod sel. Kondensasi kromatin dimulai pada bagian di sekitar membran inti sel, membentuk bulan sabit atau struktur seperti lingkaran. Kromatin kemudian mengalami kondensasi hingga terbelah di dalam sel yang memiliki membran sel masih utuh, kondisi yang dinamakan karyorrhexis. Pada tahap lanjut, morfologi yang dapat diamati antara lain terjadi membran blebbing, modifikasi organel dan kehilangan keutuhan membran sel. Biasanya sel fagosit menelan sel yang mengalami apoptosis ini sebelum terbentuk apoptotic bodies (pecahan utuh sel berukuran kecil). Hal ini kemungkinan yang menyebabkan penemuan apoptosis termasuk lambat dalam sejarah biologi (1972) karena apoptotic bodies terlihat secara in vitro dalam kondisi tertentu. Apabila sel yang mengalami apoptosis tidak ditelan oleh sel fagosit sebagaimana kasus pada kondisi lingkungan kultur sel buatan, maka sel akan menjalani proses degradasi yang secara morfologis mirip dengan nekrosis (Wong 2011).