iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “MOLECULAR DOCKING ANDROGRAFOLID PADA SAMBILOTO (Andrographis paniculata (BURM. F.) NESS.) SEBAGAI ANTIKANKER KOLON SECARA IN SILICO”. Skripsi ini diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana farmasi (S. Farm.) di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
Penulisan skripsi ini tentunya tidak terlepas dari dukungan dan bantuan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala kekuatan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M. Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
3. Ni Made Pitri Susanti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana.
4. Ni Putu Linda Laksmiani, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing I yang telah membantu dalam membimbing serta tak hentinya memberikan semangat dan dukungan hingga akhir penyusunan skripsi ini.
5. Ni Made Widi Astuti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing II yang juga telah membimbing demi kelancaran penyusunan skripsi ini.
iv
6. Seluruh dosen pengajar beserta staf/pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah membantu penulis, terutama para staf yang telah membantu dalam hal pengurusan surat dan kelengkapan administratif lainnya.
7. Ibu (Desak Made Suastini) dan saudara penulis (I Gede Bagus Dera Setiawan) yang tak pernah berhenti memberikan doa dan semangat. 8. Tim Analisis Forensik terdiri dari Sucen, Sintot, Dewi, Icik, Uut, Irma,
Wisesa, dan Dyah yang telah menjadi teman diskusi dan berbagi suka duka selama pembuatan skripsi.
9. Tim Bebangkaan 13 yang terdiri dari Ina, Gungde, Jay, Rama aneh, Cok Arys, Prima, Agus, Wisesa, Wisnu, Lova, Ajik, Angga, Jon, dan Dede yang selalu mendukung dan memberi semangat bagi penulis.
10. Teman-teman KKN XIV Undisan terdiri dari Kabak, Ina, Mahendra, Gita, Fe, Yodi Ahok, Yogi Jarot, Yogi Bear, Aldi, Habib Rizky, Yudi, Aldi, dan Bang Yogo yang telah memberi semangat dan membantu pembuatan skripsi.
11. Teman satu band Beyond Hands God terdiri dari Gung Surya, Surya Sarap, Angga Codet, dan Emo yang memberi refrensi terhadap skripsi . 12. Teman-teman mahasiswa Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas
Udayana, khususnya Tredecim Paracelcius yang berjuang bersama penulis.
13. Raden Ayu Dwi Puspita Sari yang selalu memberi semangat dan doa untuk kelancaran skripsi ini.
v
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan.
Bukit–Jimbaran, Juni 2017
vi DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL... i
LEMBAR PENGESAHAN... ii
KATA PENGANTAR... iii
DAFTAR ISI... vi
DAFTAR SINGKATAN... viii
DAFTAR ISTILAH... x
DAFTAR GAMBAR... xii
DAFTAR TABEL... xiii
DAFTAR LAMPIRAN... xiv
ABSTRAK... xv ABSTRACT... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 4 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sambiloto... 5
2.2 Andrografolid... 6
2.3 Kanker Kolon………. 9
vii
2.4 Molecular Docking... 14
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian... 16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian... 16
3.3 Bahan Penelitian... 17
3.4 Alat Penelitian... 17
3.5 Prosedur Penelitian... 17
3.5.1 Preparasi Protein... 18
3.5.2 Optimasi Andrografolid 3D... 18
3.5.3 Validasi Metode Molecular Docking... 19
3.5.4 Docking Andrografolid pada Iκβ... 19
3.5.5 Analisis Data... 19
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi Protein... 20
4.2 Validasi Metode Molecular Docking... 21
4.3 Optimasi Struktur 3 Dimensi Andrografolid... 24
4.4 Docking Andrografolid pada Protein Iκβ………... 26
4.5 Analisis Data... 27
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan... 36
4.2 Saran... 36
DAFTAR PUSTAKA... 37
viii
DAFTAR SINGKATAN
ACF : Aberrant crypt foci
Ala : Alanine
Arg : Arginine
Asn : Asparagine
APC : Adenomatous polyposis coli
Bak : Bcl-2-associated X
Bax : Bcl-2 associated killer Bcl-2 : B-cell lymphoma-2 CAC : Colitis-associated cancer COX-2 : Siklooksigenase-2
Cys : Cysteine
ERK ½ : Extracellular signal-regulated kinases 1/2 FAP : Familial adenomatous polyposis
HLJ1 : Human liver dnaJ-like protein His : Histidine
HNPCC : Hereditary non-polyposis colorectal cancer IBD : Inflammatory bowel disease
ICAM-1 : Intercellular adhesion molecule-1 IGF RII : Insulin-like growth factor-β receptor II Iκβ : Inhibitor Kinase Beta
ix IL-12 : Interleukin 12
LPS : Lipopolysaccharide Lys : Lysine
MDM2 : Murine double minute-2 MDPL : Meter Diatas Permukaan Laut NF-kB : Nuclear factor-kappa-B NO : Nitrit Oksida
NOS : Nitric-oxide synthase NSCLC : Non-small-cell lung cancer MAPK : Mitogen-activated potein kinase MCL-1 : Myeloid cell leukemia-1
MyD88 : Myeloid differentiation primary response gene 88 PGE2 : Prostaglandin
Phe : Phenylalanine
RMSD : Root Mean Square Deviation
Ser : Serine
SBDD : Structure-based drug design
TGF RII : Transforming growth factor-β receptor II
TNF-α : Tumor necrosis factor-α
TIMP1 : Tissue inhibitor of metalloproteinase 1 TLR4 : Toll-like receptor
TRAIL : Tumor necrosis factor–related apoptosis-inducing ligand
x
DAFTAR ISTILAH
Afinitas : Kecenderungan suatu unsur atau senyawa untuk membentuk ikatan kimia dengan unsur atau senyawa lain
Agen infeksi : Organisme hidup atau pertikel yang menyebabkan penyakit menular
Apoptosis : Suatu bentuk kematian sel yang diprogram dalam urutan kejadian yang mengarah pada penghapusan sel tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya
Docking : Metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul Fosforilasi : Penambahan gugus fosfat pada suatu protein atau molekul
organik lain Inflamasi : Peradangan
In silico : Pemodelan virtual komputer
Kanker : Tumbuh ganda ganas, tumor ganas Karsinogenesis : Pembentukan kanker
Konformasi : Suatu penataan ruang tertentu dari atom – atom dalam molekul Kolon : Usus besar, bagian usus yang terdapat antara usus buntu dan
poros usus
Ligan : Ion atau molekul netral yang mampu mengikat secara koordinasi atom atau ion logam pusat dalam senyawa kompleks
xi
Molekul : Sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil
Proinflamasi : Memicu terjadinya peradangan
Proliferasi : Pertumbuhan atau berkembangbiakan pesat untuk menghasilkan jaringan baru, bagian, sel, atau keturunan Radikal bebas : Atom atau molekul bermuatan listrik atau netral yang memiliki
satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan di orbital terluar mereka
Sitokin : Protein yang dibuat oleh sel-sel yang mempengaruhi perilaku sel-sel lain
Transduksi : Proses atau perbuatan mengubah dari suatu bentuk ke bentuk lain (terutama peralihan atau perubahan determinan genetik dari suatu mikroorganisme ke mikroorganisme yang lain oleh virus)
Transkripsi : Proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai wadah
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Morfologi Tanaman Sambiloto... 6 Gambar 2.2 Struktur Andrografolid 2D (a) dan Struktur Andrografolid
3D (b) ……….………... 7 Gambar 2.3 Mekanisme Karsinogenesis Adenoma Karsinoma…...………. 11 Gambar 2.4 Skema Jalur Apoptosis pada Kanker Kolon……...………… 12 Gambar 4.1 Hasil preparasi protein Iκβ tanpa ligan (a) dan native ligand
KSA (b)……….. 21 Gambar 4.2 Pengaturan grid box pada native ligand protein Iκβ ….……... 22 Gambar 4.3 Struktur andrografolid setelah kalkulasi single point (a) dan
struktur andrografolid setelah optimasi geometri (b)…………. 26 Gambar 4.4 Interaksi ikatan hidrogen antara protein dengan native ligand
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 3.2. Potensi Target Molekuler pada Kanker Kolon…... 13 Tabel 4.1 Pengaturan Grid Box pada Protein Iκβ ………. 23 Tabel 4.2 Hasil Molecular Docking antara Native Ligand dengan
Protein Iκβ ………...……….. 24 Tabel 4.3 Hasil Docking antara Andrografolid dengan Protein Iκβ…. 27 Tabel 4.5. Hasil Docking antara Protein Iκβ dengan Native Ligand KSA,
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Skema Umum Penelitian ………..……... 36
xv ABSTRAK
Kanker kolon terjadi akibat ekspresi berlebih NF-κB yang disebabkan penurunan jumlah Iκβ sehingga menghambat regulasi mekanisme apoptosis. Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness) dengan kandungan utama andrografolid memiliki aktivitas farmakologi sebagai antikanker. Penelitian ini bertujuan untuk untuk mengetahui mekanisme andrografolid meningkatkan apoptosis pada kanker kolon secara in silico. Uji in silico menggunakan molecular docking dengan program Chimera 1.10.1, Hyperchem 8, dan Autodock 4.2.
Hasil uji pada molecular docking adalah nilai energi ikatan dan ikatan hidrogen. Nilai energi ikatan antara andrografolid terhadap protein Iκβ dibandingkan dengan native ligand KSA, deksametason, dan meloxicam untuk mengetahui potensi sebagai antikanker kolon. Nilai energi ikatan hasil docking antara protein Iκβ dengan andrografolid, native ligand KSA, prednisolon, dan deksametason masing-masingnya adalah -7,50; -11,27; -7,24; dan -7,04 kkal/mol. Hal ini menunjukkan bahwa andrografolid memiliki afinitas yang mampu menginduksi protein Iκβ dengan ikatan hidrogen pada asam amino Cys99.
Berdasarkan hasil yang diperoleh, andrografolid memiliki aktivitas antikanker kolon karena mampu berikatan dengan protein Iκβ. Mekanisme andrografolid sebagai antikanker kolon yaitu dengan menginduksi aktivasi Iκβ yang dapat menekan ekspresi berlebih NF-κB sehingga dapat meningkatkan apoptosis
xvi ABSTRACT
Colon cancer occurs due to overexpression of NF-κB as a result of a decreased in the number of Iκβ that can inhibit regulation of apoptotic mechanism. Andrographolide is a compound obtained in a large amount from Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness.), which has activity as an anticancer. The aim of this study was to determine the mechanism andrographolide increase apoptosis in colon cancer. In silico test were done using molecular docking method with Chimera 1.10.1, Hyperchem 8, and Autodock 4.2 programs.
The results of the molecular docking were the bond energy value and hydrogen bond. The bond energy value between andrographolide against Iκβ protein compared with the KSA native ligand, dexamethasone, and prednisolone to determine the potential as anticolon-cancer. The bond energy value of docking results between Iκβ protein and andrografolid, KSA native ligand, dexamethasone, and prednisolone respectively -7.50; -11,27; -7,04; and -7.24 kcal/mol. This result indicated that andrographolide has an affinity that was capable to induce Iκβ protein with hydrogen bonds on Cys99 amino acid.
Based on the results obtained, andrografolid has anti-colon cancer activity because it was able to bind with Iκβ protein. The mechanism of andrographolide as an anti-colon cancer by induced Iκβ activation which can suppress the overexpression of NF-κB so as to increase apoptosis.
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kanker kolon merupakan penyakit yang timbul akibat pertumbuhan sel-sel baru secara abnormal sehingga terjadi perubahan epitel kolon dan dapat menyerang jaringan di sekitarnya (WHO, 2009). Berdasarkan data World Cancer Research Fund (2015) melaporkan bahwa terdapat 1.588.000 kasus kanker kolon yang merepresentasikan 9,1% dari seluruh kasus kanker di dunia pada tahun 2014. Angka kematian yang disebabkan oleh kanker kolon dilaporkan 49.700 kasus per tahunnya serta diprediksi angka kematian yang disebabkan oleh kanker kolon pada tahun 2015 sejumlah 752.731 kasus. Di Indonesia, kanker kolon menempati urutan ketiga kasus kanker yang sering muncul (34.000 per tahun; 15,9%) dan kanker penyebab kematian urutan ketiga (18.000 per tahun; 10,8%) dengan mortalitas 9,5% dari seluruh kasus kanker (GLOBOCAN, 2012). Menurut Jakarta Cancer Registry, kanker kolon menempati urutan keempat untuk kanker yang menyerang wanita (3,15 per 100.000) dan menempati urutan kedua (4,13 per 100.000) untuk kanker yang menyerang laki-laki (Wahidin et al., 2012).
Kanker kolon dapat terjadi akibat meningkatnya aktivasi nuclear factor-κappa Beta (NF-κB) yang mengakibatkan peningkatan ekspresi siklooksigenase (COX)-2 (Poligon dan Baldwin, 2001). Ekspresi COX-2 menginduksi pembentukan prostaglandin (PGE2) dari metabolisme asam arakhidonat. Akumulasi ekspresi COX-2 dan PGE2 berpengaruh pada meningkatnya adesi,
2
menghambat apoptosis, invasi, dan menginduksi angiogenesis (Ghosh et al., 2010). Aktivasi jalur NF-κB berperan penting pada proses inflamasi melalui regulasi gen yang mengkode sitokin. Adanya mutasi akibat faktor lingkungan dan patogen mengakibatkan aktifnya inhibitor kappaB kinase (IKK) sehingga Ikß terfosforilasi dan NF-κB aktif mendukung proses transkripsi dan meningkatkan regulasi dari protein antiapoptosis, seperti Bcl-2 (B cell lymphoma-2) dan Mcl-1 (Myeloid cell leukemia-1). Kemudian, mutasi mengakibatkan aktifnya K-Ras dalam jangka waktu yang lama sehingga tranduksi sinyal ekstraseluler terganggu yang menimbulkan pertumbuhan dan penyebaran tumor tanpa terkendali (Tedgui, 2006). Selain itu, adanya mutasi menyebabkan kerusakan DNA yang berdampak pada turunnya aktivasi p53. Aktifnya NF-κB mengakibatkan meningkatnya regulasi dari murine double minute-2 (MDM2) yang juga menghambat p53 sehingga menurunkan aktivitas apoptosis (Li et al., 2015).
Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness) merupakan salah satu tanaman obat yang menjadi prioritas utama untuk dikembangkan di Indonesia karena memiliki aktivitas farmakologi sebagai antikanker (Royani dkk., 2014). Hidalgo et al. (2005), melaporkan bahwa terapi menggunakan andrografolid sebagai antikanker dapat meningkatkan tumor necrosis factor α yang menginduksi apoptosis. Dosis andrografolid 50 µM dapat menurunkan aktivitas fosforilasi IKKß, IKKα, dan NF-κB p65. Dosis 10 µM dapat menurunkan aktivitas lipopolysaccharide (LPS) dengan toll-like receptor 4 (TLR4) in vitro selama 12 jam (p<0,05) sehingga dapat menurunkan jumlah protein antiapoptosis (Bcl-2, ciAPS, dan CXCR4). Menurut Zhou et al. (2008), andrografolid sensitif terhadap sel
3
kanker dengan menginduksi tumor necrosis factor–related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) yang meningkatkan regulasi dari death receptor 4 (DR4) sehingga meningkatkan induksi apoptosis. Namun belum diketahui secara pasti bagaimana mekanisme molekuler andrografolid sebagai antikanker kolon melalui induksi Iκβ untuk menekan ekspresi NF-κB dalam apoptosis.
Desain obat baru umumnya membutuhkan waktu yang sangat lama dan biaya yang sangat besar serta kemungkinan hasil yang tidak sesuai cukup tinggi. Oleh karena itu, diperlukan penelitian awal untuk mengetahui mekanisme molekuler andrografolid terkait dengan aktivitas antikanker, yaitu menggunakan metode kimia komputasi. Teknik kimia komputasi mendukung dilakukannya uji secara in silico (pemodelan komputer) yang mempercepat proses pemilihan senyawa yang akan diisolasi atau disintesis melalui identifikasi dan optimasi senyawa-senyawa penuntun di dalam proses penemuan obat. Keuntungan dari kimia komputasi adalah aman, bebas dari limbah bahan kimia, mudah, hemat biaya dan dapat mempersingkat waktu penelitian. Desain obat pada kimia komputasi umumnya menggunakan structure-based drug design (SBDD) dengan docking ligan uji terhadap protein yang menjadi target, kemudian dilakukan penerapan fungsi penilaian (scoring function) sehingga dapat memperkirakan afinitas ikatan hasil ligan uji tersebut (Ferreira et al., 2015).
Berdasarkan penjabaran latar belakang tersebut, maka penting untuk dilakukan molecular docking andrografolid dari sambiloto terhadap protein memicu kanker kolon untuk mengetahui mekanisme dan afinitas ligan dengan protein Iκβ secara in silico menggunakan program Chimera 1.10.1 untuk preparasi
4
protein yang digunakan terlebih dahulu, program Hyperchem 8 untuk optimasi senyawa andrografolid dan program Autodock 4.2 untuk docking andrografolid degan protein.
1.2 Rumusan Masalah
Bagaimana mekanisme dan afinitas andrografolid terhadap protein Iκβ sebagai antikanker kolon?
1.3 Tujuan Penelitian
Mengetahui mekanisme dan afinitas andrografolid terhadap protein Iκβ sebagai antikanker kolon
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat digunakan dalam membantu perkembangan penelitian di dalam proses penemuan obat antikanker kolon khususnya mengenai mekanisme andrografolid dalam menginduksi apoptosis.
