TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Jalur Notch Signaling
Notch signaling terdiri dari protein yang terikat pada membran (membrane-tethered), yang mengikat suatu proteolitik ligand yang menghasilkan faktor transkripsi intracytoplasmic yang menuju inti (Miele, et al., 2006). Notch mempunyai domain ekstraselular yang dibentuk oleh Epidermal Growth Factor (EGF)-like (Hayward, et al., 2008). Pada mamalia, ada empat reseptor Notch transmembran yaitu Notch1-4, yang berinteraksi dengan ligand (Notch ligand) yaitu Delta-like 1, Delta-like 3, Delta-like 4, Jagged 1, dan Jagged 2. Jagged ligand mempunyai domain yang kaya akan cystein. Protein dari Fringe family
33
2006). Keempat reseptor Notch menggunakan signaling pathway yang sama, diaktifkan oleh Notch ligand pada satu sel yang mengikat domain ekstraselular reseptor Notch pada sel di sebelahnya. Reseptor Notch ligand-complex mengalami beberapa pemecahan proteolitik. Ikatan antara ligand dan reseptor Notch mengaktifkan proteolisis yang melibatkan famili ADAM protease dimana reseptor pada membran dipotong oleh γ secretase (presenilin). Awalnya proteolisis diperantarai oleh famili ADAM/TACE proteases pada bagian ekstraselular reseptor (S2), di antara residu Ala (1710) dan Val (1711) residues. Ada sekitar 12 asam amino pada bagian luar domain transmembran yang disebut NEXT. Selanjutnya NEXT (notch extracellular truncation) berikatan dengan γ-secretase kompleks yang terdiri dari 2 protein utama yaitu presenilin dan nicastrin. Presenilin adalah komponen katalitik dari γ-secretase, sedangkan nicastrin adalah non-katalitik namun mempromosi proses maturasi trafficking protein lain pada kompleks ini (Zhang, et al., 2005). γ-Secretase memotong NEXT, melepaskan Notch intracellular domain (NICD) yang bertranslokasi ke inti dan berikatan dengan CSL (CBF-1/C-promoter binding factor-1, suppressor Hairless dan Lag-1), suatu transcriptional repressor utama. Setelah mengikat Notch, CSL menjadi suatu transcriptional activator yang mengikat co-faktor lain seperti protein mastermind-like (MAML), merangsang transkripsi downstream targets termasuk beberapa gen Hairy/Enhancer of Split (Hes, Hey), pTa, dan Notch1. Protein Hes dan Hey mengandung domain dasar, yang menentukan ikatan spesifik dengan DNA dan domain helix-loop-helix untuk membentuk homodimer atau heterodimer. Melalui interaksi dengan co-repressors atau transcriptional activators, dimer protein hes dan hey mengatur transkripsi gen (Lai, 2004). Target transkripsi ini termasuk
34
pengaturan siklus sel (p21 dan cyclin D1), faktor transkripsi (c-Myc, NF-Kb2), reseptor faktor pertumbuhan (HER2), pengatur angiogenesis dan apoptosis (Gambar 2.10) (Pintar, et al., 2007; Al-Hussaini, et al., 2010). Notch pathway dapat memberi efek downstream terhadap pertumbuhan sel, diferensiasi, angiogenesis dan apoptosis.
Gambar 2.7 Reseptor membrane-tethered Notch diaktifasi dengan mengikat ligand pada sel di sebelahnya, mengawali pemicu ikatan dengan ADAM17/TACE metalloprotease, selanjutnya dihasilkan NEXT yang akan berikatan dengan γ-secretase, dan melepaskan domain intraseluler Notch (NICD). NICD akan berpindah ke inti, menyebabkan transaktifasi gen target downstream termasuk beberapa gen (Hes, Hey). (Pintar, et al., 2007; Al-Hussaini, et al., 2010)
Sachan, et al., (2013) menyatakan bahwa NICD yang ditranslokasikan ke nukleus untuk berikatan dan mengaktifkan faktor transkripsi, Suppressor of Hairless pada Drosophila membutuhkan Importin-α3 untuk lokalisasi Notch di nukleus. Pada sel mutan importin-α3 ditemukan bahwa kadar protein Notch di sitoplasma sangat meningkat dibandingkan yang wild-type. Kadar protein Notch 35
35
nukleus dari Notch-ICD bila tidak ada Importin-α3. Jadi, dapat disimpulkan bahwa normalnya Notch akan tertampil di inti. Bila sudah terjadi mutasi, akan tertampil di sitoplasma. Hal ini menandakan adanya transduksi sinyal yang abnormal. Pada inti sel, fungsi Notch adalah memelihara stem cell-ness, sedangkan bila ditemukan di sitoplasma menunjukkan terjadinya kegagalan tumor suppression.
Notch signaling diklasifikasi menjadi dua, yaitu: 1) canonical signalling, dimana reseptor Notch mengatur transkripsi melalui CSL (CBF-1/Suppressor of Hairless/LAG-1), yang juga dikenal sebagai RBP-Jk, dan dapat berperan sebagai onkogen atau tumor supressive bergantung pada keadaannya, atau 2) non-canonical, yang berfungsi melalui pengaruhnya dengan jalur sinyal lainnya, seperti phosphatidylinositol 3’ kinase (PI3K)/Akt, mTOR, NF-kB, dan beta-catenin (Andersson, et al., 2011; Crabtree, et al., 2016).
Jalur Notch signaling merupakan komponen penting dalam proses dasar, seperti proliferasi, pemeliharaan stem cell, self-renewal dan diferensiasi selama perkembangan embrio dan dewasa (Perdigoto and Bardin, 2012; Crabtree, et al., 2016). Jalur Notch signaling merupakan salah satu jalur signaling yang penting dalam pembentukan epidermis. Jalur signaling ini tampak sederhana jika dibandingkan dengan jalur signaling lain yang juga berperan dalam perkembangan pembentukan dan proliferasi sel dari epidermis (Hayward, et al., 2008).
Berbagai komponen jalur Notch signaling terekspresi pada epidermis embrionik dan epidermis dewasa. Pada kulit manusia normal, reseptor dan ligannya sangat banyak diekspresikan di keratinosit di dalam epidermis
36
(Okuyama, et al., 2008; Massi and Panelos, 2012; Parekh and Seykora, 2017)).
Notch1 terutama terbatas pada keratinosit di lapisan epidermis bawah dan tengah (Massi and Panelos, 2012). Meskipun terdapat beberapa perbedaan pola ekspresi Notch dan ligannya, analisis menggunakan keratinosit dari kulit manusia dan tikus menandakan bahwa Notch signaling menginduksi diferensiasi (lihat gambar 2.8).
Gambar 2.8 Fungsi Notch1 pada epidermis. Protein spesifik diekspresikan pada setiap lapisan epidermis. Notch1 meningkatkan ekspresi keratin1 dan involucrin, dan mencegah induksi filaggrin dan loricrin. Shh dan Wnt signaling pathways normalnya ditekan oleh Notch1. Selain itu, p63 dan Notch menekan fungsi masing-masing (Okuyama, et al., 2008).
Selama tahap awal dari stratifikasi epidermis, Notch1 akan terekspresi dan aktif pada lapisan basal dan suprabasal serta kelenjar sebasea. Pada tahap lanjut, aktivitas Notch1 pada lapisan basal akan berkurang dan menjadi lebih terbatas pada stratum spinosum (Blanpain and Fuchs, 2016).
Peningkatan aktivitas Notch1 pada keratinosit primer akan meningkatkan pembaruan sel punca walaupun hanya berlangsung dalam waktu yang terbatas.
Peran Notch sebagai tumor suppressor gen mempengaruhi sel agar keluar dari siklus pembelahan sel dan masuk ke dalam fase diferensiasi. Gen Notch1 yang berfungsi tumor suppressor yang dapat mencegah pertumbuhan dan pembelahan sel yang terlalu cepat dan tidak terkontrol sehingga proses karsinogenesis dapat dicegah (Bolos, et al., 2007). Ekspresi berlebihan dari NICD pada kultur sel akan
37
ablasi dari Notch akan menyebabkan hiperplasia epidermis serta keganasan kulit (basal cell carcinoma-like tumor) serta memfasilitasi karsinogenesis kulit yang diinduksi oleh bahan kimia (Bolos, et al., 2007). Hal ini disebabkan peran Notch1 dalam menekan Wnt dan Shh signaling, dua jalur yang diketahui berfungsi dalam mengatur tumorigenesis. Defisiensi Notch1 di kulit memfasilitasi aktivasi jalur Wnt dan meningkatkan Shh signaling, sehingga menginduksi terjadinya SCC.
SCC juga timbul secara spontan pada epidermis tikus yang mengekspresikan bentuk dominant negative Mastermind1, yang berfungsi sebagai adaptor RBP-J dependent Notch signaling. Dominant negative Mastermind1 menginhibisi Notch signaling, sehingga terjadi aktivasi jalur Wnt (Okuyama, et al., 2008).
Mutasi Notch1 meningkatkan risiko transformasi maligna ras oncogene.
Hilangnya Notch1 akan meningkatkan kemungkinan terjadinya keganasan pada kulit yang terutama diinduksi oleh bahan kimia karsinogenik (Blainpain and Fuchs, 2006). Gen Notch1 yang berfungsi sebagai onkogen yang meningkatkan proliferasi dan masa hidup suatu sel. Jika terjadi mutasi, maka akan meningkatkan potensi suatu sel normal berubah menjadi sel kanker (Lobry, et al., 2011;
Demitrick, et al., 2017). Hal ini terutama terjadi pada penyakit T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), kanker payudara, dan chronic lymphocytic leukemia (CLL) (Lobry, et al., 2011).
Adanya delesi Notch1 juga dapat meningkatkan sensitivitas epidermis tersebut untuk berkembang menjadi tumor akibat aktivasi Ras (Watt, et al., 2008).
Hilangnya gen Notch1 menyebabkan perubahan yang signifikan yang ditandai oleh hilangnya kontrol pertumbuhan normal pada epidermis dan gangguan batas yang tegas antara stratum basalis dan lapisan atasnya, sehingga terjadi
38
upregulation ekspresi integrin dan hiperproliferasi epidermis (Massi and Panelos, 2012).