DESAIN TEORETIS BERBANTUKAN KOMPUTER MODIFIKASI STRUKTUR COUMESTROL SEBAGAI LIGAN
RESEPTOR ESTROGEN ALFA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Program Studi Farmasi
Oleh :
Gabriela Aveline Delinda Johannes NIM : 128114013
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
DESAIN TEORETIS BERBANTUKAN KOMPUTER MODIFIKASI STRUKTUR COUMESTROL SEBAGAI LIGAN
RESEPTOR ESTROGEN ALFA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Program Studi Farmasi
Oleh :
Gabriela Aveline Delinda Johannes NIM : 128114013
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
HALAMAN PERSEMBAHAN
“Tuhan adalah gembalaku, takkan kekurangan aku” Mazmur : 23(1)
-“It is impossible to live without failing at something, unless you live so cautiously that you might as well not lived at all in which case, you fail by default”
-J. K.
Rowling-“Terus ciptakan mimpi setinggi-tingginya yang bermanfaat bagi orang lain, bukan diri sendiri. Terus berdoa, belajar dan berusaha untuk meraihnya”
Mesty Ariotedjo
-“Follow your dreams and never let anyone fall you in achieving them. Stay curious and stay aspiring”
Jourdan Hussein
-Kupersembahkan skripsi ini buat : Tuhan Yesus Kristus
Mama dan Papa
Kedua kakakku (Theresa Astrid Oktiarani Johannes dan Alfonsus Delly Johannes) Sahabat-sahabatku
Diri saya sendiri
Teman-teman seperjuangan dalam penyusunan skripsi Teman-teman seperjalanan kuliah
Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama
: Gabriela Aveline Delinda Johannes NomorMahasiswa
:128114013Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
DESAIN TEORETIS BERB,A.NTUKAN KOMPUTER MODIFIKASI STRUKTT]R
COAMESTROL SEBAGAI LIGAT{ RESEPTOR ESTROGEN ALFA
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan, dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pengkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta
ijin
dari saya ataupun memberi royalti kepada saya selama tetap mencantumkan rurma saya sebagai penulis.Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal : l1 Mei 2016
Yang menyatakan
lIil
,/
a)-hdM
'a
\"'
a
-/'
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas penyertaan dan kasih setia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Desain Teoretis Berbantukan Komputer Modifikasi Struktur Coumestrol sebagai Ligan Reseptor Estrogen Alfa” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Dalam penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan berupa bimbingan, saran dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Enade Perdana Istyastono, Ph.D., Apt. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan pengarahan, saran dan bimbingan dalam pengerjaan skripsi ini.
2. Jeffry Julianus, M.Si. dan Florentinus Dika Octa Riswanto, M.Sc., selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dari ujian proposal sampai penyusunan naskah skripsi ini.
3. Mama, papa dan kedua kakakku yang senantiasa memberikan dukungan dan selalu mendoakan dalam penyusunan skripsi ini.
4. Rina, Indra dan Berto, teman sekelompokku yang selalu berbagi segala informasi dan bantuan selama penyusunan skripsi ini.
5. Feli, Feli, Nana, Karla dan Keket yang senantiasa memberikan bantuan dan bimbingan yang dibutuhkan selama pengerjaan skripsi ini.
6. Mas Ridho yang sudah memberikan bantuan dalam menyiapkan aplikasi yang dibutuhkan selama penyusunan skripsi ini.
7. Zeze yang selalu memberikan semangat dan motivasi dalam pengerjaan skripsi ini.
8. Abal, Keket, Rina, Irest, Resta, Ellay, Edo, Indra dan Mike, teman sepermainan yang selalu memberikan semangat dan mendoakan suksesnya skripsi ini.
memberikan dukungan dalam skripsi ini.
10. Teman-teman Farmasi angkatan 2012, teman seperjuangan yang telah menemani dari awal perkuliahan sampai selesainya skripsi ini.
Akhir kata penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, mengingat penulis memiliki keterbatasan pengetahuan dan pengalaman. Oleh karena itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan oleh penulis. Semoga karya ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dalam penelitian kimia komputasi.
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian katyu 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 menangggng segala sanksi sesuai peraturan perundang-undangan yang berlaku.
Yogyakarta, 8 Aprll 2016 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING... ii
HALAMAN PENGESAHAN... iii
HALAMAN PERSEMBAHAN... iv
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... v
PRAKATA... vi
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... viii
DAFTAR ISI... ix
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR GAMBAR... xi
DAFTAR LAMPIRAN... xiii
ABSTRAK... xiv
ABSTRACT... xv
1. PENDAHULUAN... 1
2. METODE PENELITIAN... 4
2.1. Bahan Penelitian... 5
2.2. Alat dan Instrumen Penelitian... 5
2.3. Prosedur Penelitian... 5
2.3.1. Preparasi Desain Senyawa Modifikasi Coumestrol... 5
2.3.2. Penambatan Desain Senyawa Modifikasi Coumestrol... 6
2.3.3. Post Docking Analysis... 6
2.3.4. Tata Cara Analisis Hasil... 7
2.3.5. Analisis Diskoneksi dan Penentuan Jalur Sintesis... 7
3. HASIL dan PEMBAHASAN... 8
KESIMPULAN... 20
DAFTAR PUSTAKA... 22
LAMPIRAN... 24 Halaman
DAFTAR TABEL
Tabel I. Data aktivitas bitstring penting senyawa coumestrol... 3 Tabel II. PLIF bitstring penting dalam decision tree... 7 Tabel III. Nama IUPAC dua puluh dua desain modifikasi struktur
coumestrol... 11 Tabel IV. Hasil penambatan desain senyawa modifikasi struktur
coumestrol... 13 Tabel V. Skor ChemPLP lima replikasi desain modifikasi
Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V... 15 Halaman
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Coumestrol... 2
Gambar 2. Pose coumestrol dalam kantung ikatan REα... 2
Gambar 3. Hasil post docking analysis senyawa coumestrol menggunakan decision tree... 3
Gambar 4. Alur tahapan prosedur... 8
Gambar 5. Desain modifikasi kode Coumestrol_A- Coumestrol_L... 9
Gambar 6. Desain modifikasi kode Coumestrol_M - Coumestrol_V... 10
Gambar 7. Alur decision tree desain modifikasi coumestrol kode Coumestrol_T (warna hijau), Coumestrol_U (warna merah), Coumestrol_V (warna biru)... 14
Gambar 8. (A) Pose dari lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_T, (B) Pose dari desain modifikasi replikasi ke-4 kode Coumestrol_T yang memiliki skor ChemPLP terendah... 16
Gambar 9. (A) Pose dari lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_U, (B) Pose dari desain modifikasi replikasi ke-1 kode Coumestrol_U yang memiliki skor ChemPLP terendah... 16
Gambar 10. (A) Pose dari lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_V, (B) Pose dari desain modifikasi replikasi ke-5 kode Coumestrol_V yang memiliki skor ChemPLP terendah... 17
Gambar 11. Analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_T.... 18
Gambar 12. Analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_U... 18
Gambar 13. Analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_V.... 18
Gambar 14. Usulan mekanisme reaksi sintesis desain modifikasi Coumestrol_T... 19
Gambar 15. Usulan mekanisme reaksi sintesis desain modifikasi
Coumestrol_U... 19 Gambar 16. Usulan mekanisme reaksi sintesis desain modifikasi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Desain modifikasi struktur coumestrol kode T pada
BKChem0.13.0... 25
Lampiran 2. Penambahan atom hidrogen pada pH 7.4 dan generate 3D desain modifikasi struktur coumestrol dengan OpenBabel.. 25
Lampiran 3. Perintah penambatan berupa file shell script dengan nama file comline.sh... 26
Lampiran 4. Membuat folder dengan nama file coum didalam server... 26
Lampiran 5. Upload file script dan struktur 3D desain modifikasi kode Coumestrol_T ke server... 27
Lampiran 6. Menjalankan perintah penambatan di server... 27
Lampiran 7. Proses penambatan dalam PLANTS1.2... 28
Lampiran 8. Download luaran hasil dari penambatan pada PLANTS1.2 29 Lampiran 9. Analisis hasil penambatan dengan aplikasi statistik R... 29
Lampiran 10. Visualisasi desain modifikasi kode Coumestrol_T dengan PyMOL1.7.2.1... 30
Lampiran 10.1. Membuka file Data_R.csv untuk melihat ikatan dengan bitstring penting serta memilih satu replikasi dengan skor ChemPLP terendah... 30
Lampiran 10.2. Input ligan... 30
Lampiran 10.3. Input struktur 3D Reseptor Estrogen Alfa... 31
Lampiran 10.4. Input Protein Binding Site... 32
Lampiran 10.5. Seleksi pemilihan residu asam amino yang berikatan dengan desain modifikasi kode Coumestrol_T... 33
ABSTRAK
Kanker payudara adalah kanker yang terjadi akibat pertumbuhan sel yang tidak terkendali pada payudara dan salah satunya disebabkan oleh ekspresi yang berlebihan dari reseptor estrogen alfa (REα). Berdasarkan penelitian Felicia (2015) secara in silico menggunakan protokol penambatan Penapisan Virtual Berbasis Struktur (PVBS) yang telah divalidasi oleh Setiawati, Riswanto, Yuliani dan Istyastono (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis oleh Istyastono (2015) senyawa coumestrol bukanlah ligan aktif pada REα.
Pada penelitian ini dilakukan desain teoretis berbantukan komputer yang bertujuan untuk mendapatkan desain modifikasi struktur coumestrol sebagai ligan aktif pada REα berdasarkan protokol penambatan PVBS yang telah divalidasi oleh Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis oleh Istyastono (2015) serta mengetahui jalur sintesis dari desain modifikasi struktur
coumestrol.
Dari hasil penelitian yang dilakukan diketahui terdapat tiga desain modifikasi struktur coumestrol yang merupakan ligan aktif terhadap REα yaitu desain modifikasi kode Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V dan kemudian dilanjutkan dengan analisis diskoneksi, berdasarkan hasil analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_T dan Coumestrol_U dapat dilanjutkan dengan usulan mekanisme sintesis yaitu dengan menggunakan reaksi substitusi nukleofilik aromatis, sedangkan Coumestrol_V dilanjutkan dengan usulan mekanisme sintesis dengan menggunakan reaksi esterifikasi.
Kata kunci: Coumestrol, kanker payudara, PVBS, reseptor estrogen alfa, desain
ABSTRACT
Breast cancer is a cancer caused by uncontrolled cell growth at breast tissue, one of which is caused by overexpression of estrogen receptor alpha (ERα). Based on in silico research by Felicia (2015), coumestrol was tested using structure based virtual screening (SBVS) method by Setiawati, Riswanto, Yuliani and Istyastono (2014) and continued with post docking analysis by Istyastono (2015) shown that coumestrol was not an active ligand on ERα.
In this study, theoretical computer-aided design was conducted to obtain the design of structural modification of coumestrol as active ligand on ERα based on SBVS method by Setiawati et al (2014) and continued with post docking analysis by Istyastono (2015) and know the synthesis of design structural modification of coumestrol.
From the research acknowledge that there are three designs of structural modification of coumestrol which were active ligands on ERα. They were Coumestrol_T, Coumestrol_U and Coumestrol_V. They were subsequently followed by disconnection analysis, based on the disconnection analysis Coumestrol_T and Coumestrol U proceeded with the proposed mechanism of synthesis by using an aromatic nucleophilic substitution reaction, while Coumestrol_V proceeded with the proposed mechanism of synthesis by using esterification reaction.
Keywords: Coumestrol, breast cancer, SBVS, estrogen receptor alpha, design of
1. Pendahuluan
Kanker adalah pertumbuhan dari sel abnormal yang disebabkan oleh adanya perubahan pada ekspresi gen yang menyebabkan adanya ketidakseimbangan dari proliferasi sel dan sel yang mati yang dapat menginvasi jaringan dan metastasis ke jaringan atau organ lain (Ruddon, 2007). Kanker payudara adalah tumor ganas yang berada pada payudara yang tumbuh dan menyerang organ dan jaringan lainnya (American Cancer Society, 2014).
Berdasarkan data World Health Organization (WHO) pada tahun 2012, kanker merupakan penyebab 8,2 juta kematian pada masyarakat di seluruh dunia dan kanker payudara berada di urutan keempat penyebab kematian pada masyarakat di seluruh dunia dengan 521.000 kematian. Menurut data WHO pada tahun 2014, kanker payudara adalah salah satu penyebab kematian pada wanita di Indonesia sebesar 21,4 % dengan jumlah kasus sebesar 48.998 kasus.
Salah satu obat yang sering diberikan kepada penderita kanker payudara adalah tamoxifen. Tamoxifen adalah salah satu modulator reseptor estrogen yang selektif dan merupakan obat yang pertama kali dikomersialkan sebagai obat anti estrogen. Namun penggunaan dari tamoxifen dapat menimbulkan beberapa efek samping seperti pendarahan pada vagina, pembekuan darah, stroke dan pengapuran tulang (Angelopoulos, Barbounis, Livadas, Kaltsas dan Tolis, 2004). Oleh karena efek samping tersebut, maka diperlukan penemuan senyawa lain yang memiliki efek samping yang lebih kecil dibandingkan tamoxifen seperti fitoestrogen (This, A De la Rochefordiere, Clough, Fourquet dan Magdelenat, 2001). Fitoestrogen adalah senyawa dari tanaman yang memiliki aktivitas biologis seperti estrogen. Berdasarkan penelitian This et al. (2001), penggunaan fitoestrogen mampu mencegah terjadinya efek samping pengapuran tulang dan pembekuan darah pada pasien penderita kanker payudara. Salah satu contoh fitoestrogen adalah coumestrol (Gambar 1).
Gambar 1. Coumestrol
Coumestrol (7,12-dihidroksicoumestan) adalah coumestan estrogenik
yang ditemukan di alfalfa (Medicago sativa) dan semanggi putih (Trifolium
repens L.). Posisi coumestrol di dalam kantung ikatan REα secara in silico sudah
pernah diteliti sebelumnya oleh Felicia (2015) menggunakan protokol PVBS oleh Setiawati et al. (2014). Dalam penelitian tersebut didapatkan skor ChemPLP terendah pada pose ke-159 dari 1000 replikasi, yaitu sebesar -83,1487. Gambar 2 adalah gambar pose penambatan coumestrol ke dalam kantung ikatan REα.
Gambar 2. Pose coumestrol dalam kantung ikatan REα (Felicia, 2015) Berdasarkan protokol penambatan PVBS oleh Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis berdasarkan penelitian Istyastono (2015), hasil dari penelitian Felicia (2015) didapatkan coumestrol adalah ligan inaktif. Hasil post docking analysis senyawa coumestrol menggunakan decision
Berikut adalah hasil post docking analysis senyawa coumestrol menggunakan decision tree :
Gambar 3. Hasil post docking analysis senyawa coumestrol menggunakan
decision tree (Felicia, 2015)
Tabel I. Data aktivitas bitstring penting senyawa coumestrol (Felicia, 2015) No. bitstring Residu Aktivitas
320 GLY420 Aktif
242 ARG394 Aktif
117 GLU353 Aktif
411 GLY521 Tidak aktif
473 CYS530 Tidak aktif
105 ASP351 Tidak aktif
201 LEU387 Tidak aktif
470 CYS530 Tidak aktif
170 TRP383 Tidak aktif
171 TRP383 Tidak aktif
Berdasarkan penelitian Felicia (2015), peneliti mendesain secara teoretis senyawa modifikasi dari struktur coumestrol berbantukan komputer untuk mendapatkan desain modifikasi struktur coumestrol sebagai ligan aktif terhadap REα berdasarkan protokol penambatan PVBS oleh Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis oleh Istyastono (2015). Berdasarkan penelitian Felicia (2015), coumestrol berikatan dengan bitstring 320 yaitu GLY420, tetapi memiliki skor ChemPLP yang lebih besar daripada -84,82, sehingga mendapatkan hasil coumestrol adalah ligan inaktif. Oleh karena itu, desain modifikasi struktur coumestrol ini akan menambahkan gugus fungsi yang dapat berikatan dengan asam amino sehingga mampu meningkatkan interaksinya di dalam kantung ikatan REα dan menjadi desain modifikasi struktur coumestrol yang merupakan ligan aktif pada kantung ikatan REα.
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain modifikasi struktur
coumestrol yang aktif sebagai ligan terhadap REα berdasarkan protokol
penambatan PVBS yang telah divalidasi oleh Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis oleh Istyastono (2015) serta mengetahui jalur sintesis dari desain modifikasi struktur coumestrol. Dalam penelitian ini, pose senyawa modifikasi coumestrol dalam kantung ikatan REα diseleksi menggunakan protokol penambatan PVBS yang telah divalidasi oleh Setiawati et
al. (2014), menggunakan perangkat lunak PLANTS1.2 untuk melakukan simulasi
penambatan virtual molekuler yang dilanjutkan dengan uji statistik menggunakan perangkat lunak statistik komputasional R versi 3.2.1.
2. Metode Penelitian
Penelitian ini termasuk jenis penelitian observasional berbantukan komputer untuk mendesain modifikasi struktur coumestrol yang mampu menjadi
2.1. Bahan Penelitian
Protokol yang telah dikembangkan oleh Anita et al. (2012) dan divalidasi oleh Setiawati et al. (2014), dan protokol post docking analysis oleh Istyastono (2015). Desain struktur tiga dimensi senyawa modifikasi struktur
coumestrol yang didapat dari luaran Open Babel. BKChem0.13.0 (Istyastono,
Anita, dan Sundowo, 2012) untuk membuat desain modifikasi struktur
coumestrol, Open Babel (Anita et al., 2012) untuk menambahkan atom
hidrogen dan membuat menjadi struktur 3D, SPORES (Brink dan Exner, 2009) untuk menyiapkan senyawa yang akan ditambatkan ke PLANTS1.2 (Korb, Stutzle, dan Exner, 2009), PLANTS1.2 (Korb et al., 2009) untuk mensimulasikan penambatan molekuler sehingga didapatkan skor ChemPLP, PyPLIF (Radifar et al., 2013) untuk mengidentifikasi protein-ligan interaction
fingerprint, PyMOL1.7.2.1 (Lill dan Danielson, 2011) untuk menghasilkan
gambar molekuler, dan R 3.2.1 (R Foundation, 2015) untuk analisis statistik. 2.2. Alat atau Instrumen Penelitian
Server Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma dengan nomor
alamat IP 103.247.10.66 (pharcomp.web.id), laptop ACER Aspire V5-122 dengan spesifikasi: prosesor AMD quad core A6-1450 (1.0 GHz), RAM 6 GB, 32-bit Operating System, Linux Ubuntu 15.10.
2.3. Prosedur Penelitian
2.3.1. Preparasi desain modifikasi struktur coumestrol
Berdasarkan inspeksi visual pada superposisi senyawa coumestrol hasil penelitian Felicia (2015) pada kantung ikatan REα dengan menggunakan PyMOL1.7.2.1, dibuat desain modifikasi dari senyawa
coumestrol dengan menggunakan BKChem0.13.0. dan didapatkan file
menggunakan Open Babel, kemudian dilakukan generate 3D dengan menggunakan Open Babel yang akan mendapatkan file berupa .mol2. Struktur .mol2 disiapkan untuk ditambatkan pada perangkat lunak PLANTS1.2 (Korb et al., 2009) menggunakan aplikasi SPORES (Brink dan Exner, 2009).
2.3.2. Penambatan desain modifikasi struktur coumestrol
Luaran dari SPORES ditambatkan dengan menggunakan PLANTS1.2 dengan konfigurasi mengacu pada protokol PVBS Setiawati
et al. (2014). Iterasi penambatan molekuler dilakukan tiga kali. Luaran
berupa 3 x 50 pose berupa skor ChemPLP dipilih satu dengan skor ChemPLP terbaik (terendah). Prosedur penambatan desain modifikasi struktur coumestrol direplikasi lima kali, sehingga diperoleh lima pose
terbaik dari modifikasi desain struktur coumestrol pada REα. 2.3.3. Post docking analysis
Hasil penambatan berupa skor ChemPLP dan PLIF bitstring yang dimasukan pada decision tree (Gambar 3) melalui metode RPART dengan aplikasi statistik R versi 3.2.1 (R Foundation, 2015). Data hasil analisis dari decision tree akan memperlihatkan desain modifikasi struktur
coumestrol aktif sebagai ligan atau tidak aktif. Jika hasil analisis desain
modifikasi struktur coumestrol adalah ligan aktif maka akan dilanjutkan dengan analisis diskoneksi. Tetapi jika ligan inaktif, maka prosedur diulang dari preparasi desain modifikasi struktur coumestrol hingga didapatkan ligan aktif dari desain modifikasi struktur coumestrol. Pose dari desain modifikasi struktur coumestrol di visualisasi secara virtual menggunakan PyMOL1.7.2.1 (Lill dan Danielson, 2011).
2.3.4. Tata Cara Analisis Hasil
Analisis hasil dilakukan dengan menguji lima pose hasil penambatan menggunakan aplikasi statistik R versi 3.2.1 (R Foundation, 2015) dengan protokol post docking analysis oleh Istyastono (2015). Luaran yang diperoleh berupa bitstring yang akan menunjukkan aktif tidaknya suatu pose. Dengan taraf kepercayaan 95%, data bitstring diolah untuk menentukan apakah senyawa uji aktif sebagai ligan pada REα.
Visualisasi pose dengan PyMOL1.7.2.1. (Lill dan Danielson, 2011) dilakukan dengan memilih pose dengan kriteria:
1. Pose dengan bitstring 320 aktif dan skor ChemPLP terendah 2. Pose dengan skor ChemPLP terendah
3. Tidak ada pose yang aktif pada bitstring 320, sehingga dipilih pose dengan ChemPLP terendah saja.
Tabel II. PLIF bitstring penting dalam decision tree (Istyastono, 2015) No. bitstring Residu Tipe Interaksi
320 GLY420 Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor) 242 ARG394 Ikatan hidrogen (protein sebagai donor) 117 GLU353 Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor) 411 GLY521 Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor) 473 CYS530 Ikatan hidrogen (protein sebagai donor) 105 ASP351 Ikatan elektrostatik (protein sebagai anion) 201 LEU387 Ikatan hidrogen (protein sebagai akseptor)
470 CYS530 Interaksi nonpolar
170 TRP383 Aromatik muka-muka (face to face) 171 TRP383 Aromatik sisi-muka (edge to face)
323 MET421 Interaksi nonpolar
2.3.5. Analisis diskoneksi dan penentuan jalur sintesis
Analisis diskoneksi dilakukan terhadap desain modifikasi struktur
coumestrol yang telah terbukti sebagai ligan aktif pada REα sampai
database Sigma Aldrich kemudian disusun rute sintesisnya berdasarkan starting material yang tersedia tersebut.
Gambar 4. Alur tahapan prosedur
3. Hasil dan Pembahasan
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain modifikasi struktur
coumestrol yang aktif sebagai ligan pada REα berdasarkan protokol penambatan
PVBS yang telah divalidasi oleh Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan dengan
post docking analysis berdasarkan penelitian Istyastono (2015) serta mengetahui
jalur sintesis dari desain modifikasi struktur coumestrol.
Berdasarkan hasil inspeksi visual dari senyawa coumestrol hasil penelitian Felicia (2015), peneliti mendapatkan 22 desain modifikasi struktur
coumestrol pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Inspeksi Visual
Desain senyawa modifikasi coumestrol
Penambatan senyawa modifikasi coumestrol
Post docking analysis menggunakan decision tree
Inaktif Aktif
Tabel III. Nama IUPAC dua puluh dua desain modifikasi struktur coumestrol
Kode Nama IUPAC
Coumestrol_A 6-hydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-1-benzofuran-3-carboxylic acid Coumestrol_B 6-hydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-1-benzofuran-3-carboxamide Coumestrol_C 5-(4-hydroxybenzoyloxy)-9-oxo-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-14-yl 4-hydroxybenzoate Coumestrol_D 14-(4-aminobenzoyloxy)-9-oxo-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-5-yl 4-aminobenzoate Coumestrol_E 5-[(methylcarbamoyl)oxy]-9-oxo-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-14-yl N-methylcarbamate Coumestrol_F 14-[(2-hydroxyacetyl)oxy]-9-oxo-8,17-dioxatetracycloheptade ca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-5-yl 2-hydroxyacetate Coumestrol_G 5,14-bis(3-hydroxy-4-methoxyphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_H 5,14-bis(4-hydroxyphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_I 5,14-bis({[1,1'-biphenyl]-5-loxy})-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_J 5,14-bis(4-aminophenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_K 5,14-bis(4-amino-3-methoxyphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_L 5,14-bis(3-hydroxy-2-methylphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_M 9-oxo-5-(2,3,4-trihydroxybenzoyloxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-14-yl 2,3,4-trihydroxybenzoate Coumestrol_N 5,14-bis(3,4-diaminophenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_O 5,14-bis(3,4-diamino-2-methylphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_P 5,14-bis(3,4-diamino-5-methylphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one
Kode Nama IUPAC
Coumestrol_Q 5,14-bis(4-amino-3-methylphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo ]he
ptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_S 5,14-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_T 5,14-bis(3,4-dihydroxyphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_U 5,14-bis(4-hydroxy-2-methylphenoxy)-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one Coumestrol_V 5-(4-amino-3-hydroxybenzoyloxy)-9-oxo-8,17-dioxatetracyclo heptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-14-yl 4-amino-3-hydroxybenzoate
Dua puluh dua desain modifikasi struktur coumestrol tersebut ditambatkan berdasarkan protokol PVBS yang telah divalidasi oleh Setiawati et
al. (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis berdasarkan penelitian
Istyastono (2015) dan didapatkan skor ChemPLP serta informasi mengenai
bitstring yang aktif seperti pada Tabel IV. Berdasarkan hasil dari post docking analysis dengan taraf kepercayaan 95% maka diperoleh tiga desain modifikasi
struktur coumestrol yang merupakan ligan aktif terhadap REα yaitu desain modifikasi dengan kode Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V. Desain modifikasi dengan kode Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V memiliki skor ChemPLP terendah dari lima replikasi berturut-turut yaitu -108,653; -115,007 dan -85, 6117. Selanjutnya dapat dilihat alur decision tree dari ketiga desain modifikasi struktur tersebut seperti pada Gambar 7, ketiga desain modifikasi tersebut memiliki alur decision tree yang sama.
Tabel IV. Hasil penambatan desain modifikasi struktur coumestrol
*Ket: 1 = Aktif, 0 = Tidak aktif Kode Bitstring Ket. 3 2 0 2 4 2 1 1 7 4 1 1 4 7 3 1 0 5 2 0 1 4 7 0 1 7 0 1 7 1 3 2 3 Coumestrol_A 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Inaktif Coumestrol_B 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Inaktif Coumestrol_C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_F 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_G 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_H 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_I 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 Inaktif Coumestrol_J 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_K 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_L 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_M 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 Inaktif Coumestrol_N 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_O 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 Inaktif Coumestrol_P 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 Inaktif Coumestrol_Q 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_R 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_S 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 Inaktif Coumestrol_T 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 Aktif Coumestrol_U 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Aktif Coumestrol_V 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Aktif
Berikut adalah gambar alur decision tree dari desain modifikasi kode Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V.
Gambar 7. Alur decision tree desain modifikasi coumestrol kode Coumestrol_T (warna hijau), Coumestrol_U (warna merah), Coumestrol_V (warna biru)
Hasil dari penambatan tiga desain modifikasi struktur coumestrol yang aktif dilanjutkan dengan melihat visualisasi pose lima replikasi desain modifikasi struktur coumestrol dalam kantung ikatan REα dengan menggunakan PyMOL 1.7.2.1. Lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_T pada Gambar 8A berikatan dengan asam amino ARG394, GLU353, TRP383 dan LEU387. Interaksi yang terjadi berupa ikatan hidrogen dengan ARG394 dimana protein bertindak sebagai donor atom hidrogen, ikatan hidrogen dengan LEU387 dan GLU353 dimana protein bertindak sebagai akseptor atom hidrogen dan ikatan aromatis edge to face pada TRP383 serta berikatan secara non polar dengan
berikatan dengan asam amino ARG394, TRP383, LEU387 dan LEU536. Interaksi yang terjadi berupa ikatan hidrogen dengan ARG394 dimana protein bertindak sebagai donor atom hidrogen, dan ikatan hidrogen dengan LEU387 dan LEU536 dimana protein bertindak sebagai akseptor atom hidrogen dan ikatan aromatis edge to face pada TRP383 serta ikatan non polar dengan LEU387, LEU536 dan TRP383. Lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_V pada Gambar 10A berikatan dengan asam amino ARG394, TRP383, PHE404, LEU387 dan LEU525. Interaksi yang terjadi berupa ikatan hidrogen dengan ARG394 dimana protein bertindak sebagai donor atom hidrogen, dan ikatan hidrogen dengan PHE404, LEU387 dan LEU525 dimana protein bertindak sebagai akseptor atom hidrogen dan ikatan aromatis edge to face pada TRP383 dan PHE404, serta berikatan secara non polar dengan LEU387, LEU525, PHE404. Skor ChemPLP lima replikasi desain modifikasi Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V terdapat pada tabel V, kemudian dipilih satu pose yang memiliki skor ChemPLP terendah dari lima replikasi tersebut.
Tabel V. Skor ChemPLP lima replikasi desain modifikasi Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V
Replikasi Skor ChemPLP
Coumestrol_T Coumestrol_U Coumestrol_V
1 -108,442 -115,007 -85,5538
2 -108,595 -114,961 -85,569
3 -108,619 -114,731 -85,3879
4 -108,653 -114,799 -85,5768
(A) (B)
Gambar 8. (A) Pose dari lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_T (B) Pose dari desain modifikasi replikasi ke-4 kode Coumestrol_T yang
memiliki skor ChemPLP terendah
(A) (B)
Gambar 9. (A) Pose dari lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_U (B) Pose dari desain modifikasi replikasi ke-1 kode Coumestrol_U yang
memiliki skor ChemPLP terendah LEU536 LEU536 TRP383 TRP383 LEU387 ARG394 ARG394 LEU387 ARG394 LEU387 GLU353 TRP383 ARG394 LEU387 TRP383 GLU353
(A) (B)
Gambar 10. (A) Pose dari lima replikasi desain modifikasi kode Coumestrol_V (B) Pose dari desain modifikasi replikasi ke-5 kode Coumestrol_V yang memiliki
skor ChemPLP terendah
Desain modifikasi dengan kode Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V tersebut dilanjutkan dengan melakukan analisis diskoneksi. Dari hasil analisis diskoneksi desain modifikasi Coumestrol_T didapatkan starting
material berupa senyawa coumestrol dan 4-chlorocatechol seperti pada Gambar
11. Hasil analisis diskoneksi desain modifikasi Coumestrol_U didapatkan
starting material berupa senyawa coumestrol dan 4-chloro-3-methylphenol yang
ditunjukkan pada Gambar 12. Hasil analisis diskoneksi desain modifikasi Coumestrol_V didapatkan starting material berupa senyawa coumestrol dan 4-amino-3-hydroxybenzoic acid yang ditunjukkan pada Gambar 13.
ARG394 LEU387 TRP383 LEU525 PHE404 ARG394 LEU387 TRP383 LEU525 PHE404
Gambar 11. Analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_T
Gambar 12. Analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_U
Gambar 13. Analisis diskoneksi desain modifikasi kode Coumestrol_V Selanjutnya dilakukan pembuatan usulan sintesis pembentukan desain modifikasi kode Coumestrol_T, Coumestrol_U dan Coumestrol_V. Usulan sintesis desain modifikasi struktur Coumestrol_T dan Coumestrol_U menggunakan katalis NaOH dengan reaksi substitusi nukleofilik aromatis,
Coumestrol 4-chlorocatechol Coumestrol_T 4-chloro-3-methylphenol Coumestrol Coumestrol_V Coumestrol 4-amino-3-hydroxybenzoic acid Coumestrol_U
reaksi esterifikasi. Berikut adalah usulan mekanisme reaksi dari desain modifikasi kode Coumestrol_T (Gambar 14), Coumestrol_U (Gambar 15) dan Coumestrol_V (Gambar 16).
Gambar 14. Usulan mekanisme reaksi sintesis desain modifikasi Coumestrol_T
Gambar 15. Usulan mekanisme reaksi sintesis desain modifikasi Coumestrol_U
Coumestrol 4-chlorocatechol Coumestrol_T Coumestrol_T 4-chloro-3-methylphenol Coumestrol Coumestrol_U Coumestrol_U
Gambar 16. Usulan mekanisme reaksi sintesis desain modifikasi Coumestrol_V
Kesimpulan
Berdasarkan protokol penambatan PVBS yang telah divalidasi oleh Setiawati et al. (2014) dan dilanjutkan dengan post docking analysis oleh Istyastono (2015), diperoleh tiga desain modifikasi struktur coumestrol yang aktif sebagai ligan pada REα, yaitu desain modifikasi dengan kode Coumestrol_T
Coumestrol_V
Coumestrol_V
Coumestrol
11(16),12,14-heptaen-9-one), Coumestrol_U (5,14-bis(4-hydroxy-2-methyl
phenoxy)-8,17-dioxatetracycloheptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-9-one) dan Coumestrol_V (5-(4-amino-3-hydroxybenzoyloxy)-9-oxo-8, 17-dioxatetracycloheptadeca-1(10),2(7),3,5,11(16),12,14-heptaen-14-yl-4-amino
-3-hydroxybenzoate). Berdasarkan analisis diskoneksi Coumestrol_T dan
Coumestrol_U dapat diusulkan jalur sintesisnya dengan mekanisme reaksi substitusi nukleofilik aromatis sedangkan Coumestrol_V dapat diusulkan jalur sintesisnya dengan mekanisme reaksi esterifikasi.
Daftar Pustaka
American Cancer Society, 2014, Breast Cancer, American Cancer Society, USA. Angelopoulos, N., Barbounis, V., Livadas, S., Kaltsas, D., dan Tolis, G., 2004,
Effect of Estrogen Deprivation due to Breast Cancer Treatment,
Endocrine-Related Cancer, 11 : 523-535.
Anita, Y., Radifar, M., Kardono, L. B. S., Hanafi, M., and Istyastono, E. P., 2012, Structured-Based Design of Eugenol Analogs as Potential Estrogen Receptor Antagonists, Bioinformation, 8 (19), 901 – 906.
Brink, T. T., dan Exner, T. E., 2009, Influence of Protonation, Tautomeric, and Stereoisomeric States on Protein-ligand Docking Result, Journal of
Chemical Information and Modeling, 55 (9), 1962 – 1972.
Felicia, 2015, Uji In Silico Senyawa Coumestrol sebagai Ligan Reseptor Estrogen Alfa, Skripsi, hal 13 – 15.
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), 207 – 210.
Istyastono, E. P., Anita, Y., and Sundowo, A., 2015, Computer-aided Structure-based Design of 3,3’-Diallyl-[1,1’-biphenyl]-4,4’ diol Analogs of Eugenol as Potential Ligands for Estrogen Receptor Alpha, 3rd
International Conference on Computation for Science and Technology,
pp. 1 – 3.
Korb, O., Stutzle, T., dan Exner, T.E., 2009, Empirical Scoring Function for Advanced Protein-ligand Docking with PLANTS, Journal of Chemical
Information and Modeling, 49 (1), 84-98.
Lill, M. A., dan Danielson, M. L., 2011, Computer-aided Drug Design Platform Using PyMOL, Journal of Computer-Aided Molecuular Design, 25 (1), 13 – 19.
R Foundation, 2015, R 3.2.1 is released, http://www.r-statistics.com/ diakses tanggal 15 Januari 2016.
Radifar, M., Yuniarti, N., dan Istyastono, E. P., 2013, PyPLIF : Phyton-based Protein Ligand Interaction Fingerprinting, Bioinformation, 9 (6), 325-328.
Ruddon, R. W., 2007, Cancer Biology, 4thEdition, Oxford University Press, New
York, p. 4.
Setiawati, A., Riswanto, F. D. O., Yuliani, S. H., dan Istyastono, E. P., 2014, Retrospective Validation of A Structure-based Virtual Screening Protocol to Identify Ligands for Estrogen Receptor Alpha and Its
This, P., A De la Rochefordiere, Clough, K., Fourquet, A., Magdelenat, H., 2001, Phytoestrogen After Breast Cancer, Endocrine-Related Cancer,
8:129-134.
World Health Organization, 2015, World Health Organization,
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/en/, diakses pada tanggal 11 Januari 2015.
World Health Organization, 2014, World Health Organization, http://www.who.int/nmh/countries/idn_en.pdf, diakses pada tanggal 11 Januari 2015.
Lampiran 1. Desain modifikasi struktur coumestrol kode T pada BKChem0.13.0
Lampiran 2. Penambahan atom hidrogen pada pH 7.4 dan generate 3D desain modifikasi struktur coumestrol dengan Open Babel
Lampiran 3. Perintah penambatan berupa file shell script dengan nama file comline.sh
Lampiran 5. Upload file script dan struktur 3D modifikasi struktur kode Coumestrol_T ke server
Lampiran 8. Download luaran hasil dari penambatan pada PLANTS1.2
Lampiran 10. Visualisasi desain modifikasi kode Coumestrol_T dengan PyMOL1.7.2.1
10.1. Membuka file Data_R.csv untuk melihat ikatan dengan bitstring penting serta memilih satu replikasi dengan skor ChemPLP terendah
10.5. Seleksi pemilihan residu asam amino yang berikatan dengan desain modifikasi kode Coumestrol_T
BIOGRAFI PENULIS
Penulis skripsi berjudul “Desain Teoretis Berbantukan Komputer Modifikasi Struktur Coumestrol sebagai Ligan Reseptor Estrogen Alfa” bernama Gabriela Aveline Delinda Johannes. Lahir di Bandung pada tanggal 23 April 1994 dari pasangan William Frietz Jorenzo Johannes dan Bernadetha Usdikawati sebagai anak ketiga dari tiga bersaudara. Penulis menempuh pendidikan formal yang dimulai dari TK Dwisakti (1998-2000), SD Maria Bintang Laut (2000-2002), SDK Santo Yoseph 2 (2002-2006), SMPN 7 Denpasar (2006-2009), SMAN 3 Denpasar (2009-2012). Penulis melanjutkan pendidikan strata satu di Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam masa kuliah penulis aktif dalam kegiatan Herbal Garden Team (2012-2013), Komunitas Paingan (2012-2013), Desa Mitra IV (2012), Photostory (2012), Panitia Paskah Universitas Sanata Dharma Kampus 3 (2013-2014), Asisten Dosen dalam Praktikum Farmasi Fisika (2015). Penulis juga mengikuti kegiatan Latihan Kepemimpinan (2012) dan menjadi anggota dalam PKM-M “Kereta Pengingat Anak Pendekar YKAKJ” yang didanai oleh DIKTI (2015).
