Simulasi Interaksi Resveratrol Dan Dipeptidil Peptidase IV Pada Suhu Tubuh

(1)

SIMULASI INTERAKSI RESVERATROL DAN DIPEPTIDIL PEPTIDASE IV PADA SUHU TUBUH

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)

Program Studi Farmasi

Oleh:

I Gusti Ayu Diah Purnama Dewi NIM: 198114031

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2022

(2)

(3)

14 Desember 2022

(4)

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, dengan mengikuti ketentuan sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Apabila dikemudian hari ditemukan indikasi plagiarisme dalam naskah ini, maka saya bersedia menanggung segala sanksi sesuai peraturan perundang-undangan yang berlaku.

Yogyakarta, 17 November 2022

I Gusti Ayu Diah Purnama Dewi

(5)

v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya Mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : I Gusti Ayu Diah Purnama Dewi Nomor Mahasiswa : 198114031

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

SIMULASI INTERAKSI RESVERATROL DAN DIPEPTIDIL PEPTIDASE IV PADA SUHU TUBUH

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada)

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpang, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Atas kemajuan teknologi informasi, saya tidak keberatan jika nama, tanda tangan, gambar atau image yang ada di dalam karya ilmiah saya terindeks oleh mesin pencari (search engine), misalnya google.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya Dibuat di Yogyakarta

Pada Tanggal: 19 Desember 2022 Yang menyatakan

(I Gusti Ayu Diah Purnama Dewi)

(6)

vi ABSTRAK

Enzim Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) adalah suatu serin aminopeptidase yang mempercepat degradasi pada hormon inkretin dan homeostasis glukosa.

Penghambatan enzim DPP-IV dapat diperoleh dari bahan alam yang mengandung senyawa fenolik salah satunya yaitu resveratrol. Telah dilaporkan bahwa resveratrol memiliki efek penghambatan terhadap DPP-IV dilihat dari nilai IC₅₀. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui stabilitas kompleks Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) dan resveratrol dalam simulasi dinamika molekul sehingga menjadi referensi dalam mengembangkan obat diabetes melitus tipe 2. Pengujian interaksi resveratrol dengan DPP-IV dilakukan menggunakan metode kimia komputasi (in silico) melalui simulasi dinamika molekul menggunakan YASARA-Structure. Jenis penelitian ini termasuk penelitian teoretis deskriptif eksploratif yang menggunakan parameter RMSD (Root Mean Square Deviation) dikatakan valid apabila nilai RMSD ≤2 Å, nilai RMSF (Root Mean Square Fluctuation) >0,05 nm (0,5 Å), dan MM/PBSA (Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area) < 1 kJ/mol. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa resveratrol membentuk kompleks yang tidak stabil dengan nilai ∆RMSD atom- atom backbone dan Ligand Move berturut-turut sebesar 0,196 dan 3,810 Å, Nilai RMSF berturut-turut resveratrol dengan asam amino sisi aktif katalitik enzim sebesar 0,62 Å untuk Ser:630, 1,19 Å untuk Asp:710, dan 0,77 Å untuk His:740. Namun resveratrol masih termasuk kategori inhibitor kompetitif.

Kata kunci: Diabetes melitus tipe 2, Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV), Resveratrol, Molecular Docking, Dinamika Molekul

(7)

vii ABSTRACT

Enzyme Dipeptidyl Peptidase IV (DPP-IV) is a serine aminopeptidase that accelerates the degradation of incretin hormones and glucose homeostasis. Inhibition of DPP-IV enzymes can be obtained from natural materials containing phenolic compounds, one of which is resveratrol. It has been reported that resveratrol has an inhibitory effect on DPP-IV as measured by the IC₅₀ value. This study aims to determine the stability of the Dipeptidyl Peptidase IV (DPP-IV) complex and resveratrol in molecular dynamics simulations so that it becomes a reference in developing diabetes mellitus type 2 drugs. The interaction test of resveratrol with DPP- IV were carried out using computational chemical methods (in silico) through molecular dynamics simulation using YASARA-Structure. This type of research includes explorative descriptive theoretical research using RMSD (Root Mean Square Deviation) parameters which are said to be valid if the RMSD value is ≤ 2 Å, the RMSF (Root Mean Square Fluctuation) value is > 0.05 nm (0.5 Å), and MM/ PBSA (Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area) < 1 kj/mol. The results of this study indicate that resveratrol forms unstable complexes with ∆RMSD values of the backbone atoms and Ligand Move of 0.196 and 3.810 Å respectively, RMSF values of resveratrol with amino acids of the catalytically active site of the enzyme are 0.62 Å for Ser:630, 1.19 Å for Asp:710, and 0.77 Å for His:740. However, resveratrol is still included in the category of competitive inhibitors.

Keywords: Diabetes mellitus type 2, Dipeptidyl Peptidase IV (DPP-IV), Resveratrol, Molecular Docking, Molecular Dynamics

(8)

viii DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... v

ABSTRAK ... vi

ABSTRACT ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Rumusan Masalah ... 3

C. Keaslian Penelitian ... 3

D. Tujuan Penelitian ... 3

E. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

A. Diabetes Melitus... 5

B. Resveratrol ... 6

C. Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) ... 8

D. Dinamika Molekul ... 9

E. Molecular Docking... 12

F. Keterangan Empiris ... 13

BAB III METODE PENELITIAN... 14

A. Jenis dan Rancangan Penelitian ... 14

B. Parameter Penelitian... 14

1. Parameter Utama ... 14

2. Definisi Operasional ... 14

(9)

ix

C. Bahan Penelitian... 16

D. Alat Penelitian ... 16

1. Peranti Keras ... 16

2. Peranti Lunak ... 16

E. Tata Cara Penelitian ... 16

1. Persiapan berkas input ... 16

2. Simulasi molecular docking ... 17

3. Simulasi dinamika molekul ... 17

F. Analisis Hasil ... 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 36

A. Kesimpulan ... 36

B. Saran ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

BIOGRAFI PENULIS ... 40

(10)

x

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Nilai RMSF hasil dinamika molekuler ligan Alogliptin dan Resveratrol terhadap sisi aktif enzim DPP-IV ... 35

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Struktur kimia resveratrol... 7 Gambar 2. Letak S1, S2, dan S3 pada struktur Enzim DPP-IV ... 8 Gambar 3. Grafik Perbandingan Waktu vs RMSD atom-atom backbone DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam), Alogliptin (abu-abu), dan tanpa ligan (kuning) ... 20 Gambar 4. Grafik Perbandingan Waktu vs ΔRMSD atom-atom backbone DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam), Alogliptin (abu-abu), dan tanpa ligan (kuning) ... 20 Gambar 5. Grafik Perbandingan Waktu vs RMSD Ligand Move DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam) dan Alogliptin (abu-abu) ... 21 Gambar 6. Grafik Perbandingan Waktu vs ΔRMSD Ligand Move DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam) dan Alogliptin (abu-abu) ... 21 Gambar 7. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 0 – 5 ns... 22 Gambar 8. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 0 – 5 ns ... 22 Gambar 9. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada dan 5 – 10 ns ... 23 Gambar 10. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 5 – 10 ns ... 24 Gambar 11. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 10 – 15 ... 25 Gambar 12. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 10 – 15 ns ... 25 Gambar 13. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 15 – 20 ns... 26 Gambar 14. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 15 – 20 ns ... 26 Gambar 15. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 20 – 25 ... 27 Gambar 16. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 20 – 25 ns ... 27 Gambar 17. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 25 – 30 ns... 28

(12)

xii

Gambar 18. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 25 – 30 ns ... 28 Gambar 19. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 30 – 35 ns... 29 Gambar 20. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 30 – 35 ns ... 29 Gambar 21. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 35 – 40 ns... 30 Gambar 22. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 35 – 40 ns ... 30 Gambar 23. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 40 – 45 ns... 31 Gambar 24. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 40 – 45 n ... 31 Gambar 25. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 45 – 50 ns... 32 Gambar 26. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 45 – 50 ns ... 32 Gambar 27. Grafik Perbandingan waktu vs nilai MM/PBSA DPP-IV dengan ligan alogliptin ... 34 Gambar 28. Grafik RMSF (Root Mean Square Fluctuation) ... 34

(13)

1 BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Diabetes Melitus (DM) adalah suatu kelompok penyakit gangguan metabolisme dengan karakteristik hiperglikemia yang disebabkan karena adanya kelainan resistensi insulin, sekresi insulin, atau bahkan terjadi keduanya (Dipiro et al., 2020). Diabetes melitus menjadi salah satu permasalahan global yang terus meningkat prevalensinya tiap tahun baik di dunia maupun di Indonesia sendiri. Pada hasil Riset Kesehatan Dasar (Riskesdas) tahun 2018 menunjukkan adanya peningkatan signifikan prevalensi diabetes melitus selama 5 tahun terakhir yaitu pada tahun 2013 angka prevalensi diabetes untuk penduduk dewasa sampai mencapai 6,9% dan di tahun 2018 terjadi lagi peningkatan menjadi 8,5% (Kemenkes RI, 2019). Data terbaru menurut International Diabetes Federation tahun 2021, Indonesia menjadi salah satu negara dengan penduduk penderita penyakit diabetes terbanyak yaitu sebesar 10,7 juta penderita dan diperkirakan mengalami peningkatan hingga 74% dalam jangka waktu 2019-2045. Secara global, tipe diabetes melitus yang kasusnya banyak ditemui sampai 90% dari keseluruhan laporan kasus yaitu diabetes melitus tipe 2 (IDF, 2021).

Diabetes Melitus tipe 2 atau Non Insulin Dependent Diabetes Melitus (NIDDM) terjadi karena disebabkan oleh sel β-pankreas yang menghasilkan insulin dengan jumlah yang sedikit akibat kegagalan sekresi insulin atau resistensi insulin (ADA, 2020). Pengobatan diabetes melitus tipe 2 salah satunya dapat dilakukan dengan menghambat enzim Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV). Enzim DPP-IV adalah enzim peptidase yang berada pada permukaan membran sel dan berperan dalam mendegradasi hormon inkretin seperti glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) dan glucagon-like peptide-1 (GLP-1). Tujuan dari penghambatan DPP-IV untuk menurunkan laju terjadinya degradasi hormon inkretin GLP-1 dan GIP, sehingga dapat memperbaiki toleransi glukosa, meningkatkan adanya respons insulin, dan mengurangi sekresi glukagon pada pasien dengan diabetes (Fan et al., 2013). Penggolongan obat

(14)

2

yang termasuk penghambat DPP-IV antara lain vildagliptin, linagliptin, sitagliptin, saxagliptin, dan alogliptin. Penelitian Feng et al (2007) mengatakan bahwa aloglitin menjadi inhibitor selektif yang kuat untuk dapat menghambat enzim Dipeptidil Peptidase IV.

Penghambatan enzim DPP-IV dapat diperoleh dari bahan alam yang mengandung senyawa fenolik seperti genistein, naringenin, luteolin, hesperetin, quercetin, apigenin, serta resveratrol (Fan et al., 2013). Resveratrol adalah salah satu senyawa fenolik yang kebanyakan ditemukan pada buah anggur dan diketahui memiliki aktivitas penghambatan terhadap DPP-IV (Rajasekaran et al., 2011).

Resveratrol menunjukan aktivitas penghambatan terhadap DPP-IV dengan nilai IC₅₀ sebesar 0,0006 ± 0,0004 µM (Fan et al., 2013). Senyawa resveratrol dapat memberikan efek penurunan glukosa darah dan meningkatkan sekresi insulin pada sel pankreas (Ozturk et al., 2017). Penelitian Oyenihi et al (2016) menyatakan resveratrol memberikan efek perlindungan pada pasien diabetes melitus melalui beberapa mekanisme seperti meningkatkan insulin perlawanan, mencegah terjadinya apoptosis sel β-pankreas, dan mengurangi hiperlipidemia serta dislipidemia. Berbagai efek menguntungkan yang didapat dari aktivitas resveratrol menyebabkan senyawa ini menjadi salah satu kandidat senyawa yang digunakan dalam pengembangan obat DMT2.

Simulasi interaksi resveratrol dengan DPP-IV dilakukan menggunakan metode kimia komputasi (in silico) yang meliputi, simulasi molecular docking dan simulasi dinamika molekul senyawa uji dengan molekul target yang dilakukan pada suhu tubuh. Dipilih suhu tubuh dikarenakan merupakan salah satu tanda vital yang dapat memberikan gambaran terkait dengan kesehatan seseorang. Di dalam tubuh manusia dihasilkan energi panas yang kemudian akan didistribusikan ke seluruh tubuh melalui peredaran darah. Hal tersebut yang menyebabkan perubahan suhu tubuh sangat mempengaruhi masalah klinis setiap orang (Sidik, 2020). Simulasi dinamika molekul adalah simulasi yang dilakukan dengan penambatan atom dan molekul yang dibiarkan berinteraksi dalam jangka waktu tertentu. Simulasi molecular docking yaitu simulasi

(15)

3 yang digunakan untuk memperkirakan ikatan antara obat/ligan dan reseptor/protein melalui pemasangan suatu ligan pada sisi aktif dari reseptor yang sudah ditentukan (Pratama, 2017). Parameter yang digunakan untuk mengukur yaitu nilai RMSD (Root Mean Square Deviation) dikatakan valid apabila nilai RMSD ≤ 2 Å, MM/PBSA (Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area), dan nilai RMSF (Root Mean Square Fluctuation) untuk mengetahui kestabilan interaksi ligan-enzim (Zubair et al., 2020).

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

Bagaimana stabilitas kompleks Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) dan resveratrol dalam simulasi dinamika molekul 50 ns?

C. Keaslian Penelitian

Keaslian penelitian ini didasarkan pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya mengenai Studi Komputasi Aktivitas Resveratrol Sebagai Inhibitor Dipeptidil Peptidase IV (Winda, 2021). Pada penelitian yang terdahulu dilakukan simulasi aktivitas resveratrol pada suhu ruangan dan parameter yang dilihat yaitu nilai RMSD (Root Mean Square Deviation) atom-atom backbone ≤ 2 Å. Perbedaan penelitian ini dengan penelitian terdahulu terletak pada suhu dan parameter yang digunakan untuk penelitian. Pada penelitian ini digunakan suhu tubuh sebesar 310°K dan parameter yang dilihat yaitu nilai RMSD (Root Mean Square Deviation) ≤ 2 Å, MM/PBSA (Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area), dan nilai RMSF (Root Mean Square Fluctuation) untuk mengetahui kestabilan interaksi ligan- enzim.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui stabilitas kompleks Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) dan resveratrol dalam simulasi dinamika molekul 50 ns.

(16)

4

E. Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Manfaat Teoretis

Penelitian ini diharapkan mampu membantu perkembangan terkait ilmu kefarmasian melalui informasi mengenai DPP-IV yang berinteraksi dengan senyawa resveratrol.

2. Manfaat Metodologis

Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi mengenai pemanfaatan teknik komputasi dengan dinamika molekul untuk mengetahui interaksi DPP-IV dengan senyawa resveratrol.

3. Manfaat Praktis

Penelitian ini diharapkan bisa memberikan kontribusi secara tidak langsung dalam penemuan obat antidiabetes baru melalui penghambatan DPP-IV.

(17)

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Diabetes Melitus

American Diabetes Association (ADA) tahun 2020 mendefinisikan diabetes melitus sebagai suatu kelompok penyakit metabolik dengan karakteristik hiperglikemia yang terjadi karena kelainan sekresi insulin, gangguan kerja insulin atau keduanya, yang menimbulkan berbagai komplikasi kronik pada mata, ginjal, saraf, dan pembuluh darah apabila dalam keadaan mengalami hiperglikemia kronis. Diabetes melitus dapat diklasifikasikan menjadi 4 tipe menurut American Diabetes Association (2020) yaitu diabetes tipe 1 terjadi karena disebabkan oleh kerusakan sel β-pankreas sehingga kekurangan insulin absolut, diabetes tipe 2 yang terjadi karena adanya resistensi insulin disertai defisiensi sekresi insulin sel β-pankreas, Gestational Diabetes Melitus (GDM) muncul saat mengalami kehamilan pada trimester kedua atau ketiga padahal sebelumnya kadar glukosa darah selalu normal. Tipe diabetes yang terakhir yaitu diabetes melitus tipe lain disebabkan oleh beberapa penyebab seperti sindrom diabetes monogenik (diabetes neonatal), penyakit pada pankreas, dan diabetes yang diinduksi dari bahan kimia (glukortikoid).

Indonesia adalah salah satu negara dengan jumlah penderita diabetes melitus tertinggi. Hasil Riset Kesehatan Dasar (2018) menyatakan bahwa prevalensi diabetes melitus di Indonesia berdasarkan diagnosis dokter pada pasien usia ≥ 15 tahun mencapai 2%. Hal ini menunjukan adanya peningkatan dibandingkan dengan prevalensi pada tahun 2013 untuk penduduk usia ≥ 15 tahun sebesar 1,5%. Pada Riskesdas, juga terdapat prevalensi diabetes melitus berdasarkan pemeriksaan gula darah pada tahun 2018 didapatkan sebesar 8,5% yang menunjukan terjadinya peningkatan dari 6,9% pada tahun 2013. Berdasarkan data kasus secara global, kasus terbanyak yang ditemui hingga 90% dari keseluruhan laporan kasus adalah kasus pasien dengan diabetes melitus tipe 2 (IDF, 2021).

(18)

6

Pada perkembangan diabetes melitus tipe 2, sel β-pankreas menunjukan adanya gangguan pada sekresi insulin sehingga jika tidak ditangani maka selanjutnya akan terjadi kerusakan sel β-pankreas yang menyebabkan terjadinya resistensi insulin.

Kerusakan sel β-pankreas akan terjadi secara progresif yang juga dapat menyebabkan terjadinya defisiensi insulin sehingga penderita perlu insulin eksogen. Pada umumnya penderita yang mengalami diabetes melitus tipe 2 ditemukan kedua faktor penyebab yaitu resistensi insulin dan defisiensi insulin (Fatimah, 2015). Upaya pencegahan DMT2 dilakukan dengan pemberian obat sebagai terapi dari diabetes melitus tipe 2 seperti golongan sulfonilurea, glinid, tiazolidinedion, penghambat dipeptidil peptidase IV (DPP-IV), penghambat alfa glukosidase, dan penghambat enzim sodium glucose co-transporter 2 (Perkeni, 2021). Namun, tetap dibutuhkan upaya dari semua pihak untuk dapat mengatasi permasalahan diabetes melitus supaya tidak terjadi peningkatan kasus setiap tahunnya.

B. Resveratrol

Resveratrol (trans-3,5,4’-trihydroxystilbene) adalah senyawa fenolik yang masuk ke dalam kelompok stilbenoid. Resveratrol mempunyai rumus molekul C14H12O3 dengan berat molekul 228,25 g/mol. Senyawa resveratrol dicirikan dengan berat molekulnya yang rendah dan kemampuannya untuk menghambat perkembangan infeksi tertentu. Struktur dasarnya terdiri dari dua cincin aromatik fenol yang dihubungkan oleh jembatan etilen sehingga menghasilkan 3,5,4’- trihydroxystilbene.

Cincin aromatik senyawa polifenol mempunyai tiga gugus hidroksil (OH) pada rantai karbon atom. Ikatan rangkap ini akan bertanggung jawab untuk isomerik dari bentuk cis dan trans. Kelarutan resveratrol dalam air termasuk rendah (< 0,005 mg/mL) yang dapat mempengaruhi absorpsi, maka untuk meningkatkan kelarutannya dapat digunakan etanol (50 mg/mL) atau pelarut organik lainnya (Gambini et al., 2015).

Senyawa ini merupakan fitoaleksin alami yang ditemukan dalam anggur, berbagai buah berry, kacang tanah, kedelai, dan coklat hitam dengan konsentrasi yang berbeda (Oyenihi et al., 2016). Resveratrol diketahui memiliki efek penghambatan

(19)

7 terhadap DPP-IV dengan nilai IC₅₀ sebesar 0,0006 ± 0,0004 µM (Fan et al., 2013).

Resveratrol diketahui pertama kali diisolasi dari akar Veratrum grandiflorum dan ditemukan pada 70 spesies tumbuhan dengan konsentrasi tertinggi pada anggur merah (Nawaz et al., 2017)

Gambar 1. Struktur kimia resveratrol meliputi trans-resveratrol (a) dan cis-resveratrol (b) (Oyenihi et al., 2016)

Resveratrol memiliki dua bentuk struktur kimia cis dan trans. Bentuk isomer cis dan trans (dengan glukosida) timbul alami dengan aktivitas biologis. Namun, cis- resveratrol tidak pernah ditemukan dalam ekstrak anggur. Bentuk isomer trans- resveratrol diidentifikasi mempunyai aktivitas biologi besar karena termasuk kelompok 4’-hidroksistiril. Trans-resveratrol lebih cepat stabil bila kelembaban sekitar 75% dan dalam suhu udara 40°C (Gambini et al., 2015).

Resveratrol dapat meningkatkan jumlah sel β-pankreas dan memicu terjadinya sekresi insulin. Mekanisme lain yang juga dimiliki oleh resveratrol dapat memulihkan jalur sinyal insulin yang abnormal dengan penghentian proses transkripsi dari beberapa gen atau inaktivasi protein (Oyenihi et al., 2016). Beberapa studi penelitian in vitro dan in vivo menyatakan bahwa resveratrol memiliki kegunaan sebagai antiinflamasi, antioksidan, imunomodulator, anti karsinogenik, dan antihiperglikemia. Resveratrol juga dapat menurunkan peradangan dan kerusakan oksidatif dari hati, otot, maupun jaringan adiposa yang memicu kerja insulin meningkat pada penderita diabetes melitus tipe 2 (Koushki et al., 2017).

(a) (b)

(20)

8

C. Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV)

Enzim DPP-IV merupakan suatu serin aminopeptidase yang dapat mempercepat terjadinya degradasi pada dua hormon inkretin yaitu glucagon-like peptide 1 (GLP-1) dan glukosa-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) serta memainkan peran dalam homeostasis glukosa (Grimshaw et al., 2016). Enzim ini terekspresikan di berbagai organ tubuh seperti di dalam usus, hepatosit, endotelium vaskuler dari kapiler vili, dan dalam bentuk larut pada plasma. Penghambat DPP-IV akan menghambat pada lokasi tempat pengikatan DPP-IV sehingga mencegah terjadinya inaktivasi dari glucagon-like peptide 1 (GLP-1) dan mempertahankan stimulasi sekresi hormon insulin (Perkeni, 2021).

Gambar 2. Letak S1, S2, dan S3 pada struktur Enzim DPP-IV (Pantaleou et al., 2018)

Enzim DPP-IV mempunyai diameter sebesar ≥ 20 Å (Li et al., 2018). Struktur enzim DPP-IV terdiri dari sisi aktif pada sub-pocket S1, S2, dan S3 yang bisa berikatan dengan ligan menjadi substrat maupun inhibitor (Fan et al., 2013). Ketiga sub-pocket terdiri atas triad katalitik (Ser630, Asp710, dan His740) yang merupakan tiga asam

(21)

9 amino yang terkoordinasi ditemukan pada situs aktif suatu enzim dan terlibat dalam interaksi hidrofobik yang kuat; ruang oxyanion (Tyr47 dan Ser631) yaitu ruang di situs aktif enzim yang menstabilkan muatan negatif keadaan transisi pada oksigen yang terdeprotanasi; wilayah dengan residu jembatan garam (Glu205, Glu206, dan Tyr662) yang terbentuk ketika asam amino yang memiliki rantai samping bermuatan negatif berinteraksi dengan rantai samping asam amino lain yang bermuatan positif dan begitu juga sebaliknya (Saundale, 2020); kantong S1, S2 (Arg125, Ser209, Phe357, Arg358, Glu361, Tyr547, Ser631, Val656, Trp659, Tyr62, Tyr666, Arg669, Asn710, dan Val711), dan S3 (Ile374, Ser630, Glu361, Pro359, Arg358, Phe357, Arg356, Ile405, Arg382, Gyl355, Arg356) (Pantaleão et al., 2018).

Hormon inkretin memiliki efek yang digunakan dalam terapi diabetes yang meliputi efek pada sel β-pankreas, inhibisi sekresi glucagon, dan menekan nafsu makan. Proses penghambatan ini akan menyebabkan GLP-1 dan GIP akan mempertahankan bentuk aktifnya pada sirkulasi darah sehingga dapat meningkatkan respon insulin dan memperbaiki toleransi glukosa. Golongan obat yang termasuk penghambat DPP-IV adalah vildagliptin, linagliptin, sitagliptin, saxagliptin, dan alogliptin (Perkeni, 2021). Struktur enzim DPP-IV yang didapatkan dari Protein Data Bank dengan kode PDB 2ONC merupakan struktur kristal dari enzim DPP-IV yang ditemukan pada manusia dan tergolong enzim hydrolase (PDB, 2022). Pada kode PDB 2ONC terdapat ko- kristal berupa alogliptin yang akan digunakan sebagai pembanding terhadap senyawa resveratrol untuk melihat stabilitas dalam menghambat sisi aktif dari enzim DPP-IV. Berdasarkan penelitian Feng et al (2007) mengatakan bahwa aloglitin menjadi inhibitor selektif yang kuat untuk dapat menghambat enzim Dipeptidil Peptidase IV.

D. Dinamika Molekul

Dinamika molekul adalah teknik simulasi komputer yang melihat adanya pergerakan molekul yang berinteraksi dengan menyimulasikan molekul yang dapat saling menarik dan menabrak satu sama lain. Teknik ini dapat digunakan untuk

(22)

10

mempelajari informasi mengenai stabilitas enzim, struktur protein, dan perubahan konformasi (Prayoga et al., 2018). Dalam simulasi dinamika molekuler dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui interaksi kompleks protein-ligan yang lebih jelas dalam keadaan fleksibel, dikarenakan pada proses docking protein tidak dalam keadaan fleksibel sehingga pergerakan yang dihasilkan tidak memungkinkan untuk dapat menyesuaikan konformasi yang diakibatkan dari ikatan dengan ligan (Hollingsworth, 2018). Simulasi dinamika molekul juga dapat memberikan gambaran mengenai kekuatan dan sifat aktifitas dari suatu protein tertentu. Protein target yang digunakan menjadi reseptor target suatu obat yang akan digunakan untuk desain obat baru.

Kekuatan dari suatu molekul dapat dihitung menggunakan komputer untuk mengetahui pergerakan molekul tersebut (Valchakis et al., 2014).

Prinsip dinamika molekul yaitu menghitung besar gaya yang akan diberikan suatu atom untuk atom lainnya. Teknik ini didasarkan pada hukum gerak newton yang memberikan prediksi terkait posisi setiap atom terhadap waktu tertentu. Simulasi dinamika molekul memberikan nilai akurasi tinggi untuk afinitas energi yang didapat dari pengikatan namun untuk menjalankan simulasi ini memerlukan biaya yang tinggi dibandingkan dengan docking (Perez et al., 2016). Parameter yang dilihat yaitu nilai RMSD (Root Mean Square Deviation) dimana metode docking dikatakan valid apabila nilai RMSD ≤ 2 Å, nilai MM/PBSA (Molecular Mechanics-Poisson Boltzmann Surface Area), dan nilai RMSF (Root Mean Square Fluctuation) untuk mengetahui kestabilan interaksi ligan- enzim (Zubair et al., 2020).

Root Mean Square Deviation (RMSD) adalah deviasi rata-rata antara atom- atom yang bersesuaian dari dua protein. Nilai RMSD paling umum digunakan untuk mengukur kemiripan koordinat (pose) antara dua atom dan disajikan dalam satuan Å (Kufareva and Abagyan, 2012). Pada dinamika molekul, nilai RMSD juga digunakan untuk menentukan periode ekuilibrasi dan mengelompokkan konformasi yang terjadi.

Sejumlah pose yang dihasilkan dari penambatan molekul dipilih untuk dilakukan analisis struktural dengan melihat nilai RMSD dari setiap pose. Bila hasil penambatan ligan standar memiliki nilai RMSD ≤ 2Å, maka protokol penambatan dapat diterima

(23)

11 atau dinyatakan valid. Terdapat dua parameter yang dilihat dari nilai RMSD yaitu nilai RMSD atom-atom backbone dan ligand move. Nilai RMSD atom-atom backbone dilihat nilai RMSD dari rantai utama atom yang ada pada protein. Sedangkan, nilai RMSD ligand move digunakan untuk melihat pergerakan yang dialami ligan selama simulasi berlangsung. Semakin rendah nilai RMSD yang didapatkan selama percobaan docking, maka semakin baik pose docking yang dihasilkan sesuai dengan mode pengikatan ligan (Zubair et al., 2020).

Nilai RMSD didapatkan dari rata-rata snapshot pose docking. Pose-pose yang dihasilkan akan digunakan untuk melihat kestabilan dari molekul enzim setelah dilakukan penambahan ligan. Ligan yang dapat stabil dengan enzim mempunyai nilai RMSD sebesar ≤ 2Å. Waktu yang dibutuhkan protein-ligan untuk mencapai keadaan stabil adalah dengan rentang waktu 5 ns terakhir dari 10 ns production run (Liu et al., 2017). Nilai RMSD didapatkan melalui persamaan berikut:

(Sargsyan et al., 2017) Keterangan:

di = Jarak antar atom i diantara dua struktur N = Jumlah atom ligan ekuivalen

Penambatan molekuler masih belum dapat memberikan informasi terkait kestabilan interaksi antara ligan dan reseptor sehingga pada simulasi dinamika molekuler diperlukan parameter untuk mengevaluasi kestabilan interaksi antara ligan dan enzim yaitu Root Mean Square Fluctuation (RMSF). Nilai RMSF (Root Mean Square Fluctuation) digunakan untuk mengevaluasi terjadinya fluktuasi antara interaksi ligan dengan asam amino pada enzim selama simulasi berlangsung. Berbeda dengan RMSD, RMSF dihitung terhadap masing-masing residu penyusun protein yakni melihat seberapa besar fluktuasi pergerakan masing-masing residu selama simulasi berlangsung (Zubair et al., 2016).

(24)

12

Secara umum, nilai RMSF menggambarkan fleksibilitas interaksi ligan dengan setiap residu asam amino. Pergeseran konformasi setiap residu asam amino memberikan fleksibilitas protein (Vlachakis et al., 2014). Semakin rendah nilai RMSF, maka semakin stabil interaksi antara ligan dengan asam amino tersebut (Junaid et al., 2014). Nilai RMSF > 0,05 nm (0,5 Å) merupakan nilai dari perubahan signifikan yang terjadi dalam fleksibilitas residu sehingga dapat digunakan untuk mengukur spesifisitas suatu substrat enzim (Oyewusi et al., 2020)

Molecular Mechanics-Poisson Boltzmann Surface Area (MM/PBSA) digunakan untuk mengkalkulasi energi bebas dari ikatan ligan dan reseptor pada simulasi dinamika molekul (Dermawan, 2019). Pada dinamika molekul, MM/PBSA juga digunakan untuk memperkirakan afinitas dari ikatan energi bebas dan konstanta inhibisi. Energi afinitas ligan memuaskan jika nilai afinitasnya < 1 kj/mol (Durruthy, 2020).

E. Molecular Docking

Molecular docking adalah metode yang digunakan untuk menggambarkan interaksi yang terjadi pada dua molekul yaitu reseptor dan ligan. Tujuannya untuk mengetahui interaksi suatu molekul ligan dengan protein yang akan dijadikan sebagai target dalam uji in-vitro sehingga mencapai konformasi protein dan ligan yang optimal.

Molecular docking dibagi tiga berdasarkan fleksibilitas molekulnya yaitu rigid docking (bersifat rigid/kaku), semi-fleksible docking (bersifat semi fleksibel) dan fleksibel docking (bersifat fleksibel) (Setiawan, 2017).

Prinsip docking adalah penambatan ligan ke dalam sisi aktif reseptor berdasarkan konformasi struktur yang mencangkup konformasi ligan dan protein pada kantung ikatan protein (Syahputra, 2014). Molecular docking sangat membantu untuk memahami terkait interaksi yang mungkin terjadi pada obat/ligan dengan reseptor/protein melalui identifikasi situs aktif yang cocok pada protein, sehingga menjadi dasar dalam penemuan obat dengan simulasi komputasi. Desain obat dibuat dengan bantuan komputer melalui situs pengikat ligan protein yang berupa celah atau

(25)

13 kantong yang terdapat pada permukaan protein yang akan dijadikan untuk mengikat logan. Pada dasarnya, docking ligan-protein digunakan untuk memprediksi konformasi ligan molekul di dalam situs aktif protein (Setiawan, 2017).

F. Keterangan Empiris

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengetahui aktivitas yang terjadi pada resveratrol sebagai penghambat DPP-IV. Pada penelitian yang dilakukan oleh Fan et al (2013) mengatakan bahwa Resveratrol dapat diperoleh dari flavonoid yang terkandung pada buah berry. Penelitian yang dilakukan oleh Fan et al (2013) juga memperoleh bahwa resveratrol memiliki nilai IC₅₀ sebesar 0,0006 ± 0,0004 µM yang menandakan adanya efek penghambatan terhadap DPP-IV.

Penelitian yang dilakukan oleh Liu et al (2017) menyatakan bahwa simulasi dinamika molekul dilakukan selama 15 nanosekon (ns) dengan 5 ns pertama adalah equilibrium run dan 10 ns berikutnya merupakan production run. Pada penelitian yang sama disebutkan bahwa suatu senyawa dapat menstabilkan enzim bila nilai RMSD sebesar ≤ 2Å. Penelitian lain tentang dinamika molekul dari enzim DPP-IV telah dilakukan oleh Istyastono dan Gani (2021) dengan menggunakan YASARA-Structure.

Penelilian tersebut menggunakan struktur kristal DPP-IV dengan ligan ko-kristal dari ABT-341 dan tanpa ligan. Kestabilan enzim DPP-IV dengan ligan ABT-341 dan tanpa ligan dilihat dari perolehan nilai ∆RMSD masing-masing yaitu sebesar 0,610 Å dan 0,997 Å.

Resveratrol telah terbukti memberikan efek penghambatan enzim DPP-IV seperti yang sudah disebutkan penelitian sebelumnya, namun mengenai kestabilan interaksi resveratrol dengan struktur enzim DPP-IV belum dijelaskan lebih lanjut.

Maka dari itu, penelitian ini akan membahas mengenai resveratrol yang dapat menstabilkan atom-atom backbone, ligan move, dan fluktuasi antara interaksi dari enzim DPP-IV menggunakan YASARA-Structure 18.04.5 yang akan dilakukan selama selang waktu 50 ns dengan melihat nilai RMSD, MM/PBSA, dan RMSF sebagai parameter.

(26)

14

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Jenis dan Rancangan Penelitian

Penelitian yang berjudul “Simulasi Interaksi Resveratrol Dan Dipeptidil Peptidase IV Pada Suhu Tubuh” merupakan termasuk jenis penelitian teoretis deskriptif eksploratif. Dikatakan teoretis karena berada pada level teoretis mekanika molekul. Penelitian dikatakan deskriptif eksploratif karena pada penelitian ini menjelaskan dan menggambarkan interaksi terkait kestabilan enzim Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) yang ditambatkan dengan senyawa resveratrol dan tanpa dilakukannya pengujian suatu hipotesis.

B. Parameter Penelitian 1. Parameter Utama

Parameter utama pada penelitian ini yaitu nilai Root Mean Square Fluctuation (RMSF), Root Mean Square Deviation (RMSD) pada atom-atom backbone serta ligand move DPP-IV dengan nilai sebesar ≤ 2 Å, dan Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area (MM/PBSA).

2. Definisi Operasional

a. DPP-IV : Target enzim DPP-IV dengan kode PDB 2 ONC

b. Ligan : Ligan aktif berupa senyawa resveratrol yang divisualisasi menggunakan YASARA-Structure

c. Makro : File yang menjalankan proses simulasi dinamika molekul menggunakan YASARA-Structure

(27)

15 d. Nilai RMSD atom-atom :

backbone

Nilai deviasi dari atom - atom rantai utama pada protein

e. Nilai RMSD ligand move : Nilai deviasi dari pergerakan yang dihasilakn ligan saat berada pada kantung ikatan

f. Nilai RMSF : Nilai fleksibilitas interaksi ligan dengan setiap residu asam amino selama simulasi

g. Nilai MM/PBSA : Nilai afinitas dari ikatan enzim dan substrat

h. Simulasi Interaksi : Menyimulasikan interaksi yang terjadi antar ligan dan reseptor

i. Molecular Docking : Penambatan molekul untuk memprediksi konformasi ligan dalam reseptor target sehingga didapatkan interaksi ikatan j. Dinamika Molekul : Menganalisis kestabilan interaksi yang

terjadi antara ligan dengan reseptor k. Server : Cheminformatics and Molecular

Modeling USD (CaMM.USD) dengan IP address 172.23.1.69; 32 processor (Intel^® Xeon^® Gold 5218 CPU @ 2.30 GHz) RAM 16 GB dengan sistem operasi Ubuntu 18.04.5 LTS terinstalasi YASARA-Structure versi 22.8.22.

(28)

16

C. Bahan Penelitian

Pada penelitian digunakan struktur 3 dimensi senyawa resveratrol dengan

kode PDB STL yang diunduh melalui website

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/445154; dan struktur target enzim DPP- IV dengan kode PDB 2ONC yang diunduh melalui website https://www.rcsb.org/structure/2ONC

D. Alat Penelitian 1. Peranti Keras

Laptop Asus X441MA-GA022T dengan spesifikasi sistem operasi Windows 10 Home 64-bit, Processor Intel^® Celeron^® N4000 CPU @ 1.10GHz, RAM 4GB, HDD 1TB & SSD 256 GB, dengan nama perangkat DESKTOP- H9HLTOM; Cheminformatics and Molecular Modeling USD (CaMM.USD) dengan IP address 172.23.1.69; 32 processor (Intel^® Xeon^® Gold 5218 CPU

@ 2.30GHz) RAM 16 GB dengan sistem operasi Ubuntu 18.04.5 LTS terinstalasi YASARA-Structure versi 22.8.22.

2. Peranti Lunak

YASARA-Structure 21.12.19; MTPuTTY; WinSCP; dan PuTTY.

E. Tata Cara Penelitian 1. Persiapan berkas input

Berkas struktur 2ONC diunduh dari protein data bank dibuka di YASARA-Structure untuk dilakukan koreksi PDB. Diatur “define simulation cell” berbentuk kubus sebesar 5 Å dari sekitar ligan alogliptin. Setelah penambahan simulation cell, kemudian ligan ko-kristal 2ONC dihapus dan disimpan sebagai 2onc_receptor.sce. Dilakukan pembuatan struktur 3D senyawa resveratrol dengan mengambil format SMILES resveratrol yang diperoleh dari https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/445154.

(29)

17 Modul BuildSMILES digunakan untuk mengubah struktur SMILES menjadi dalam bentuk tiga dimensi (3D). Dilanjutkan protonasi pada pH 7,4 dengan perintah pada konsol YASARA-Structure berupa “pH value=7,4, update=Yes”. Sebelum ditambatkan senyawa naringenin dilakukan energi minimisasi dengan pengaturan default dan disimpan sebagai berkas resv_ligand.yob. Berkas 2onc_receptor.sce dan resv_ligand.yob disimpan pada direktori kerja yang sama pada system operasi windows 11 di komputer klien.

2. Simulasi molecular docking

Penambatan molekul dilakukan menggunakan berkas input resv_ligand.yob dan 2onc_receptor.sce penambatan dilakukan menggunakan YASARA-Structure yang dijalankan dengan berkas makro dock_run.mcr.

Setelah penambatan selesai terdapat beberapa hasil penambatan yang akan digunakan dalam simulasi dinamika molekul. Hasil penambatan terbaik yang dipilih yaitu resv_001.yob. Kemudian pose terbaik dari hasil penambatan dibuka pada YASARA-Structure. Diatur “simulation cell” berbentuk kubus sebesar 10 Å dari atom-atom terluar dan dinding “cell boundary” diubah menjadi “periodic boundary”. Kemudian disimpan sebagai 2onc-resv- r2md.sce. Berkas tersebut merupakan berkas input untuk simulasi dinamika molekul menggunakan YASARA-Structure.

3. Simulasi dinamika molekul

File input 2onc-resv-r2md.sce dan dilakukan simulasi dinamika molekul yang berlangsung selama 50 ns atau setara dengan 50.000.000 fs dan snapshot yang dihasilkan berekstensi “sim” diambil 10 pikosekon (ps).

Simulasi dijalankan dengan YASARA-Structure menggunakan file makro md_run_dpp4-resv.mcr.

(30)

18

F. Analisis Hasil

Hasil dianalisis menggunakan YASARA-Structure dengan bantuan berkas makro md_analysis.mcr pada direktori kerja dengan pengaturan “Macro Target=’dpp4-resv”’. Luaran yang diperoleh berupa berkas 2onc-resv-r2md _analysis.tab dianalisis dengan melihat hasil 10 ns terakhir (production run), simulasi membutuhkan fase equilibrium run pada 5 ns pertama. Luaran yang dianalisis berupa nilai RMSD dan ∆RMSD atom-atom backbone serta ligand move yang diambil pada snapshot setiap 5 ns, nilai RMSF, dan MM/PBSA pada satuan snapshot yang dianalisis secara visual dengan menggunakan YASARA-Structure.

(31)

19 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui stabilitas kompleks Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) dan resveratrol dalam simulasi dinamika molekul dengan menggunakan metode kimia komputasi (in silico) yang meliputi simulasi molecular docking dan simulasi dinamika molekul menggunakan YASARA-Structure.

Kestabilan enzim Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) dapat dilihat dari nilai Root Mean Square Deviation (RMSD). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Liu et al (2017), bahwa simulasi dinamika molekul dilakukan selama 15 nanosekon (ns) dengan 5 ns pertama adalah equilibrium run dan 10 ns berikutnya merupakan production run.

Pada penelitian ini dilakukan simulasi dinamika molekul selama 50 ns, dimana 5 ns pertama merupakan fase kesetimbangan (equilibrium run) dan pergerakan enzim diamati pada 45 ns (production run) lalu dianalisis nilai RMSD atom-atom backbone enzim Dipeptidil Peptidase IV (DPP-IV) dari 5 ns terakhir. Waktu yang dibutuhkan protein-ligan untuk mencapai keadaan stabil adalah dengan rentang waktu 5 ns terakhir dari 10 ns production run (Liu et al., 2017).

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

RMSD BB

Waktu (ns)

Nilai RMSD BB

Alogliptin Tanpa ligan Resveratrol

(32)

20

Gambar 3. Grafik Perbandingan Waktu vs RMSD atom-atom backbone DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam), alogliptin

(abu-abu), dan tanpa ligan (kuning)

Gambar 4. Grafik Perbandingan Waktu vs ΔRMSD atom-atom backbone DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam), alogliptin

(abu-abu), dan tanpa ligan (kuning)

Pada grafik diatas diperoleh ∆RMSD atom-atom backbone dengan menghitung selisih nilai RMSD atom-atom backbone tertinggi dan terendah sehingga diperoleh pada 5 ns terakhir dalam production run nilai ∆RMSD atom-atom backbone enzim DPP-IV dengan ligan resveratrol sebesar 0,196 Å. Hasil simulasi dinamika molekul dari senyawa resveratrol kemudian dibandingkan dengan data ∆RMSD atom-atom backbone enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin dan tanpa ligan. Diperoleh nilai

∆RMSD atom-atom backbone enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin dan tanpa ligan secara berturut-turut sebesar 0,602 Å dan 0,692 Å.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

ΔRMSD BB

Waktu (ns)

Nilai ΔRMSD BB

Alogliptin Tanpa ligand Resveratrol

(33)

21 Gambar 5. Grafik Perbandingan Waktu vs RMSD Ligand Move DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam) dan alogliptin (abu-abu)

Gambar 6. Grafik Perbandingan Waktu vs ΔRMSD Ligand Move DPP-IV dengan ligan resveratrol (hitam) dan alogliptin (abu-abu) Hasil nilai ∆RMSD Ligand Move enzim DPP-IV dengan ligan resveratrol pada waktu 5 ns terakhir diperoleh sebesar 3,810 Å, sedangkan nilai ∆RMSD Ligand Move

0 5 10 15 20 25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

RMSD Ligand Move

Waktu (ns)

Nilai RMSD Ligand Move

Alogliptin Resveratrol

0 2 4 6 8 10 12 14

ΔRMSD LiganMove

Waktu

Nilai ΔRMSD Ligand Move

(34)

22

enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin yaitu 1,006 Å. Meskipun ∆RMSD atom-atom backbone enzim DPP-IV dengan ligan resveratrol yang dibandingkan dengan ∆RMSD atom-atom backbone enzim DPP-IV dengan ligan Alogliptin dan tanpa ligan memenuhi syarat sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Liu et al., 2017 yaitu tidak melebihi dari 2 Å. Namun, nilai ∆RMSD Ligand Move enzim DPP-IV dengan ligan resveratrol yang diperoleh sebesar ≥ 2 Å. Oleh karena itu, dapat dinyatakan bahwa kompleks senyawa resveratrol tidak stabil. Hal tersebut terjadi karena kantung ikatan yang dimiliki oleh enzim DPP-IV besar sehingga pada saat melakukan dinamika molekul hasil pose terbaik rekomendasi docking kurang pas pada posisi ligan aslinya.

Gambar 7. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 0 – 5 ns

Gambar 8. Visualisasi letak resveratrol (hijau) pada kantong ikatan DPP-IV (biru) saat waktu ke 0 – 5 ns

(35)

23 Gambar 7 menunjukan hasil snapshot struktur enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin yang ditunjukan warna magenta dan struktur enzim DPP-IV dengan ligan resveratrol yang ditunjukan warna hijau. Pada gambar diatas, snapshot diambil pada interval waktu 0 sampai 5 ns yang tepatnya diambil pada snapshot ke 500. Terlihat pada gambar 7 bahwa pada snapshot 500 antara ligan alogliptin dan resveratrol saling menempel yang berarti diduga jarak antara resveratrol dan alogliptin saling berdekatan.

Pada gambar 8, menjelaskan bahwa posisi resveratrol berada pada situs aktif kantong S1(His126, Tyr547, Ser630, Tyr631, Val656, Tyr666, Asn710, Val711, His 740), S2 (Arg125, Glu205, Glu206, Tyr662) dan S3(Ser209, Gly355, Arg356, Phe357, Arg358, Pro359, Glu361, Ile374, Arg382, Ile405). Terdapat interaksi yang terjadi antara resveratrol dengan asam amino yang ada pada sisi aktif enzim DPP-IV yaitu ikatan hidrogen (Glu206) dan hidrofobik (Phe357). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi dengan asam amino berupa ikatan hidrogen (Glu206).

(36)

24

Pada gambar 9, snapshot diambil pada interval waktu 5 – 10 ns tepatnya pada snapshot ke 700. Pada snapshot ini terjadi pergerakan dari resveratrol selama simulasi berlangsung yang menyebabkan posisinya menjauh dari ligan alogliptin. Walaupun posisi resveratrol terlihat menjauh dari ligan alogliptin namun masih tetap berada di situs aktif DPP-IV ditunjukan pada gambar 10.

Posisi resveratrol masih berada pada situs aktif DPP-IV yaitu kantong S1 (His126, Tyr547, Ser630, Tyr631, Tyr666, Asn710, His740), S2 (Arg125, Glu205, Glu206, Tyr662), S3 (Ser209, Arg356, Phe357, Arg358, Pro359, Glu361, Ile374, Ile405). Interaksi yang terjadi pada snapshot ini yaitu terdapat ikatan hidrogen antara resveratrol dengan asam amino (Ser630 dan Ser209) yang ada pada sisi aktif enzim DPP-IV. Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi hidrofobik dengan asam amino (His 740).

(37)

25 Gambar 11. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta)

dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 10 – 15

Gambar 11, snapshot diambil pada interval waktu 10 sampai 15 ns yang tepatnya diambil pada snapshot ke 1100. Terlihat bahwa pada snapshot 1100 antara ligan alogliptin dan resveratrol tidak saling tumpang tindih yang diduga terjadi pergerakan yang signifikan dari resveratrol selama simulasi berlangsung yang menyebabkan posisinya menjauh dari posisi ligan alogliptin. Pergerakan yang terjadi pada resveratrol masih dalam situs aktif DPP-IV.

Posisi resveratrol masih berada pada situs aktif DPP-IV yaitu kantong S1 (His126, Tyr547, Tyr631, Tyr666), S2 (Arg125 dan Glu206), S3 (Ser209, Arg356, Phe357, Arg358, Pro359, Glu361, Ile374, Ile405) yang ditunjukan pada gambar 12.

Terdapat interaksi yang terjadi antara resveratrol dengan asam amino yang ada pada sisi aktif enzim DPP-IV yaitu interaksi hidrofobik (Tyr547). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi hidrofobik dengan asam amino (His740).

(38)

26

Gambar 13. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 15 – 20 ns

Pada gambar diatas, diambil snapshot pada interval waktu 15 – 20 ns tepatnya pada snapshot ke 1600. Terlihat pada gambar 13 bahwa pada snapshot 1600 antara ligan alogliptin dan resveratrol tidak saling tumpang tindih yang diduga terjadi pergerakan yang signifikan dari resveratrol selama simulasi berlangsung sehingga posisinya jauh dari posisi ligan alogliptin. Namun, pada gambar 14 terlihat posisi dari ligan resveratrol masih berada pada situs aktif dari DPP-IV yaitu pada kantong S2 (Arg125, Asp545, Lys554, Val558, Trp627) dan S3 (Ile405). Pada snapshot ini terdapat interaksi antara senyawa resveratrol dengan asam amino yaitu interaksi

(39)

27 hidrofobik (Val558). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi ikatan hidrogen dengan asam amino (Tyr 752).

Gambar 15. Snapshot enzim DPP-IV dengan ligan alogliptin (warna magenta) dan ligan resveratrol (warna hijau) pada waktu ke 20 – 25

Pada interval waktu 20 – 25 ns diambil snapshot ke 2100, terlihat pada gambar 15 bahwa ligan alogliptin dan resveratrol tidak saling tumpang tindih yang diduga terjadi pergerakan pada ligan resveratrol selama simulasi berlangsung yang menyebabkan posisinya jauh dari posisi ligan alogliptin. Namun, pergerakan tersebut masih berada pada situs aktif dari DPP-IV ditunjukan dari gambar 16. Posisi resveratrol

(40)

28

berada pada kantong S2 (Lys554 dan Trp627) dan S3 (Ile405). Terdapat interaksi yang terjadi antara resveratrol dengan asam amino yang ada pada sisi aktif enzim DPP-IV yaitu interaksi hidrofobik (Lys 554). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi hidrofobik dengan asam amino (Trp 629).

Diambil snapshot ke 2600 pada interval waktu 25 – 30 ns dan diperoleh hasil seperti gambar 17. Telihat pada gambar, ligan alogliptin dan resveratrol tidak saling tumpang tindih yang diduga terjadi pergerakan dari kedua ligan selama simulasi berlangsung

(41)

29 yang menyebabkan posisinya berjauhan. Walaupun posisinya berjauhan, namun posisi ligan resveratrol masih berada di dalam situs aktif dari enzim DPP-IV yaitu kantong S2 (Asp545, Lys554, Trp627) dan S3 (Ile405) yang ditunjukan pada gambar 18. Pada snapshot ini terdapat interaksi antara senyawa resveratrol dengan asam amino yaitu interaksi hidrofobik (Lys554). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi ikatan hidrogen dengan asam amino (Trp629).

(42)

30

Pada gambar 19 menunjukan posisi ligan resveratrol dan ligan alogliptin pada snapshot ke 3100 yang diambil pada interval waktu 30 sampai 35 ns. Antara ligan resveratrol dan ligan alogliptin saling tumpang tindih yang menunjukan posisinya saling berdekatan. Kemudian, pada gambar 20 menunjukan posisi dari ligan resveratrol yang masih berada disitus aktif enzim DPP-IV yaitu pada kantong S1(His126, Tyr547, Asn710, Val711, His740), S2 (Arg125, Glu205, Glu206), dan S3 (Ser209, Arg356, Phe357, Arg358, Ile405). Pada snapshot ini terdapat interaksi antara senyawa resveratrol dengan asam amino yaitu interaksi ikatan hidrogen (Glu206). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi ikatan hidrogen dengan asam amino (Trp629).

(43)

31 Pada interval waktu 35 – 40 ns diambil snapshot ke 3600 untuk melihat posisi dari ligan resveratrol. Di gambar 21 menunjukan posisi antara ligan alogliptin dan resveratrol saling tumpeng tindih yang diduga kedua ligan tidak memperlihatkan pergerakan yang signifikan selama simulasi berlangsung. Posisi dari resveratrol masih berada pada situs aktif dari enzim DPP-IV yaitu kantong S1 (His126, Tyr547, Ser630, Tyr631, Val656, Tyr666, Asn710, Val711, His 740), S2 (Arg125, Glu206, Glu206), dan S3 (Ser209, Gly355, Arg356, Phe357, Arg358, Ile405) ditunjukan pada gambar 22. Pada snapshot ini terdapat interaksi antara senyawa resveratrol dengan asam amino yaitu interaksi ikatan hidrogen (Glu206) dan hidrofobik (Phe357). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi hidrofobik dengan asam amino (His740).

(44)

32

Pada gambar 23 menunjukan snapshot ke 4100 yang diambil dengan interval waktu ke 40 – 45 ns. Terlihat bahwa posisi dari ligan resveratrol dan alogliptin saling berdekatan hingga tumpang tindih. Kedua ligan tersebut berada pada situs aktif dari enzim DPP-IV. Posisi ligan resveratrol berada pada kantong S1 (His126, Tyr547, Try631, Val656, Tyr666, Asn710, Val711, His740), S2 (Arg125, Glu205, Glu206), dan S3 (Ser209, Arg356, Phe357, Ile405) terlihat pada gambar 24. Pada snapshot ini terdapat interaksi antara senyawa resveratrol dengan asam amino yaitu interaksi ikatan hydrogen (Arg669). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi ikatan hidrogen dengan asam amino (Tyr 752).

(45)

33 Interval waktu 45 – 50 ns diambil snapshot ke 5000 untuk melihat pergerakan dari ligan resveratrol dan alogliptin. Posisi kedua ligan tidak memperlihatkan pergerakan yang signifikan selama simulasi berlangsung. Sehingga dihasilkan posisi kedua ligan saling berdekatan hingga tumpang tindih ditunjukan pada gambar 25.

Posisi dari kedua ligan masih berada pada situs aktif dari enzim DPP-IV. Pada gambar 26, menunjukan posisi dari ligan resveratrol yaitu pada situs aktif kantong S1 (His126, Tyr547, Ser630, Tyr631, Val656, Tyr666, Asn710, Val711, His740), S2 (Arg125, Glu205, Glu206, dan S3 (Ser209, Arg356, Phe357, Ile405). Pada snapshot ini terdapat interaksi antara senyawa resveratrol dengan asam amino yaitu interaksi ikatan hidrogen (Arg669). Kemudian, pada alogliptin terdapat interaksi ikatan hidrogen dengan asam amino (Tyr 752).

Dari beberapa gambar snapshot yang diambil dengan interval waktu per 5 ns menunjukan bahwa beberapa snapshot mengalami pergerakan yang signifikan sehingga menyebabkan pergeseran yang membuat kedudukan ligan resveratrol dan ligan alogliptin saling berjauhan. Walaupun terjadi pergerakan yang signifikan, posisi dari ligan resveratrol masih berada pada situs aktif dari enzim DPP-IV yaitu pada kantong S1, S2, dan S3. Terdapat interaksi yang terbentuk antara resveratrol dan alogliptin dengan asam amino yang berada pada situs aktif dari enzim DPP-IV yaitu interaksi hidrofobik dan ikatan hidrogen. Berdasarka penelitian Fan et al (2013) bahwa resveratrol sangat baik terikat pada semua situs aktif kantong S1, S2, dan S3 dari enzim DPP-IV dan termasuk ke dalam penghambat aktivitas enzim DPP-IV secara kompetitif.

Simulasi dinamika molekul DPP-IV dengan ligan Alogliptin kemudian dilakukan analisis the binding free energy. Pada model DPP-IV dengan ligan resveratrol tidak dilakukan analisis binding free energy dikarenakan tidak stabil selama simulasi. Hasil analisis binding energi ligan Alogliptin dengan DPP-IV didapatkan nilai rata-rata dari rentang waktu 5,01 sampai 50 ns sebesar -38,331 kj/mol (Gambar 27).

(46)

34

Gambar 27. Grafik Perbandingan waktu vs nilai MM/PBSA DPP-IV dengan ligan alogliptin

Nilai RMSF (Root Mean Square Fluctuation) dilihat untuk mengetahui adanya fluktuasi interaksi ligan dengan asam amino pada enzim selama simulasi berlangsung.

Berbeda dengan parameter nilai RMSD, RMSF dihitung terhadap masing-masing dari residu penyusun protein yaitu untuk melihat seberapa besar fluktuasi pergerakan masing-masing residu selama simulasi berlangsung. Secara umum, nilai RMSF menggambarkan fleksibilitas interaksi ligan dengan setiap residu asam amino. Nilai RMSF ligan alogliptin dan resveratrol terhadap asam amino enzim DPP-IV dapat dilihat pada Gambar 27.

Gambar 28. Grafik RMSF (Root Mean Square Fluctuation)

-1500 -1000 -500 0 500 1000

5,01 15,01 25,01 35,01 45,01

Nilai MM/PBSA

Waktu (ns)

Alogliptin

Rata-rata = - 38,331

0 2 4 6 8

35 135 235 335 435 535 635 735

Nilai RMSF

Residu

RMSF

(47)

35 Tabel 1. Nilai RMSF hasil dinamika molekuler ligan Alogliptin dan Resveratrol

terhadap sisi aktif enzim DPP-IV

Ligan RMSF (Å)

Ser630 Asp710 His740 Ser209 Arg669 Glu206

Alogliptin 0,57 1,15 0,96 1.09 0,46 0,61

Resveratrol 0,62 1,19 0,77 1,18 0,55 0,75

Pada Tabel 1 menunjukkan bahwa terjadi fluktuasi interaksi antara ligan dengan residu asam amino dalam enzim. Interaksi antara Alogliptin maupun Resveratrol dengan asam amino yang bertindak sebagai sisi katalitik enzim DPP-IV yaitu residu Ser630, Asp710, dan His740, serta daerah ikatan lain berupa residu yang berperan sebagai kantung (pocket) ikatan antara lain Ser209, Arg669, dan Glu206 (Fan et al., 2013) memiliki nilai RMSF yang rendah seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Semakin rendah nilai RMSF, maka semakin stabil interaksi antara ligan dengan asam amino tersebut (Junaid et al., 2014). Secara keseluruhan, residu asam amino yang terlibat dalam interaksi ligan dan protein menunjukan keberadaan yang relatif sama.

Penghambatan DPP-IV bertujuan agar dapat menghambat terjadinya pemecahan incretin dan mempertahankan adanya stimulasi sekresi hormon insulin.

Proses penghambatan akan mempertajankan glucagon-like polypeptide-1 (GLP-1) dan gastric inhibitory polypeptide (GIP) dalam bentuk aktif pada sirkulasi darah sehingga dapat memperbaiki toleransi glukosa, mengurangi terjadinya sekresi glucagon, dan meningkatkan adanya respon insulin (Perkeni, 2019). Penelitian terdahulu telah membuktikan bahwa senyawa resveratrol memiliki aktivitas penghambatan terhadap enzim DPP-IV. Secara in silico, kemampuan resveratrol sebagai inhibitor enzim DPP- IV dapat dilihat melalui metode simulasi dinamika molekul.

(48)

36

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa terjadi pembentukkan kompleks yang tidak stabil dari resveratrol. Hal tersebut dapat terjadi karena kantong ikatan yang dimiliki enzim DPP-IV memang besar sehingga kemungkinan pada saat memulai simulasi dinamika molekul hasil rekomendasi pose terbaik dari docking kurang pas. Walaupun terbentuk kompleks yang tidak stabil, letak resveratrol masih berada pada situs aktif dari enzim DPP-IV sehingga tetap tergolong kategori inhibitor kompetitif.

B. Saran

Pada penelitian selanjutnya diharapkan bisa dilakukan simulasi dinamika molekul dengan durasi yang lebih panjang supaya dapat memastikan kemampuan dari resveratrol dalam menstabilkan struktur enzim DPP-IV. Dengan durasi yang lama dapat memperjelas posisi terbaik dari resveratrol dalam aktivitas penghambatan terhadap enzim DPP-IV.

(49)

37 DAFTAR PUSTAKA

American Diabetes Association., 2020. Standards of Medical Care in Diabetes.

Diabetes Care. 43 (Suppl 1), S1-S212.

Dipiro, J. T., Yee, G. C., Posey, L. M., Haines, S. T., Nolin, T. D., Ellingrod, V., 2020.

Pharmacotherapy 11^th Edition. Mc Graw Hill, United States.

Dermawan, D., Sumirtanurdin, R., Dewantisari, D., 2019. Molecular Dynamics Simulation of Estrogen Receptor Alpha Against Andrografolid as Anti Breast Cancer. Indonesian Journal of Pharmaceutical Science and Technology, 6(2), 65-76

Durruthy, M, G., Concu, R., Vendrame, L, F, O, Zanella, I., Ruso, J, M., Cordeiro, M, N, D, S., 2020. Targeting Beta-Blocker Drug–Drug Interactions with Fibrinogen Blood Plasma Protein: A Computational and Experimental Study.

Molecules, 25, 1-38.

Fan, J., Johnson, M. H., Lilia, M. A., Yousef, G., De Mejia, E. G., 2013. Berry And Citrus Phenolic Compounds Inhibit Dipeptidyl Peptidase IV: Implication In Diabetes Management. Evidence-based complementary and alternative medicine, 2013(1), 1-13.

Fatimah, R. N., 2015. Diabetes Melitus Tipe 2. J MAJORITY, 4(5), 93-101

Gambini, J., Ingles, M., Lopez-Grueso, R., Bonet-Costa, V., Gimeno-Mallench, L., Mas-Bargues, C., Abdelaziz, K, M., Gomez-Cabrera, M., Vina, J., Borras, C., 2015. Properties of Resveratrol: In Vitro and In Vivo Studies about Metabolism, Bioavailability, and Biological Effects in Animal Models and Humans. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2015, 1-13

Grimshaw, C. E., Jennings, A., Kamran, R., Ueno, H., Nishigaki, N., Kosaka, T., Takeuki, K., 2016. Trelagliptin (SYR-472, Zafatek), Novel Once-Weekly Treatment For Type 2 Diabetes, Inhibits Dipeptidyl Peptidase-4 (DPP-4) Via A Non-Covalent Mechanism. Plos One, 11(6), 1-8.

Hollingsworth, S. A., Dror, R. O., 2018. Molecular Dynamics Simulation for All.

Neuron, 99(6), 1129-1143.

International Diabetes Federation., 2019. IDF Diabetes Atlas 9^th edition. International Diabetes Federation, Belgium

Istyastono, E., Gani, M., 2021. Identification of Interactions of ABT-341 to Dipeptidyl Peptidase IV during Molecular Dynamics Simulations. Jurnal Farmasi Galenika (Galenica Journal of Pharmacy)., 7(2), 91-98.

Junaid, M., Muhseen, Z. T., Ullah, A., Waddod, A., Liu, J., Zhang, H., 2014. Molecular modeling and molecular dynamics simulation study of the human Rab9 and RhoBTB3 C-terminus complex. Bioinformation, 10(12), 757-763.

Kufareva, I., Abagyan, R., 2012. Methods of protein structure comparison. Methods Mol Biol, 231-257.