REGULATO T RY GENES 2014

(1)

REGULATORY GENES

2014

(2)

Gen terdapat dalam kromosom atau DNA yang

mengandung kode genetik yang spesifik untuk

setiap spesies.

Mengatur,mengkoordinasi mengawasi serta

mengendalikan semua proses kehidupan,

seperti bentuk organ,fungsi organ,pertumbuhan

,keturunan,dll.

Satu gen dapat sekaligus mengatur beberapa

struktur/fungsi tertentu dan sebaliknya dapat

pula satu struktur/fungsi diatur bersama oleh

beberapa gen.

(3)

Sel tumor adalah sel tubuh kita sendiri yang

mengalami transformasi.

Transformasi sel itu terjadi karena adanya

mutasi gen.

(4)

Prinsip untuk mempelajari dasar genetik kanker Prinsip untuk mempelajari dasar genetik kanker

 Kerusakan genetik nonletal merupakan hal sentral Kerusakan genetik nonletal merupakan hal sentral

dalam karsinogenesis

 Kelas gen regulator normal :Kelas gen regulator normal :

ProtoonkogenProtoonkogen

Tumor suppressor genTumor suppressor gen

Programmed cell death / apoptosisProgrammed cell death / apoptosis

Gen yang mengatur perbaikan DNA yang Gen yang mengatur perbaikan DNA yang rusak

rusak

Merupakan sasaran utama pada kerusakan genetikMerupakan sasaran utama pada kerusakan genetik

 Karsinogenesis adalah proses banyak tahap,baik Karsinogenesis adalah proses banyak tahap,baik

pada tingkat fenotip maupun genotip

(5)

Acuired(enviromental DNA damaging agents

Chemical Radiation viruses

Normal cell

DNA Damage Skema sederhana dasar molekular kanker

Skema sederhana dasar molekular kanker

SuccessfulSuccessful

DNA repairDNA repair

Failure of Failure of DNA repair DNA repair Clonal expansion Clonal expansion

Additional mutation (progression) Additional mutation (progression) Heterogeneity Heterogeneity Mutation in the Genom of Somatic cells Activation of Growth-promoting oncogens Alteration of Genes that Regulate apoptosis Inactivation of Cancer suppressor genes

Expression of altered gene products And loss of regulatory gene products

Malignant neoplasma

Inhereted mutation in •Genes affecting DNA repair

•Genes affecting cell growth or apoptosis

(6)

Enam perubahan mendasar dalam fisiologi

sel yang

bersama-sama menentukan fenotipe ganas :

Self sufficiency (menghasilkan sendiri) sinyal

pertumbuhan.

Insensitivitas terhadap sinyal penghambat

pertumbuhan.

Menghindari apoptosis.

Potensi replikasi tanpa batas (yaitu

mengalahkan penuaan sel)

Angiogenesis berkelanjutan.

Kemampuan menginvasi dan beranaksebar.

(7)

Enam tanda utama kanker

(8)

1.

1.MENGHASILKAN SENDIRI SINYAL MENGHASILKAN SENDIRI SINYAL PERTUMBUHAN

PERTUMBUHAN

Onkogen

gen yang meningkatkan pertumbuhan otonom

pada sel kankerpada sel kanker

Berasal dari mutasi pada protoonkogen

Ditandai dengan kemampuan mendorong

pertumbuhan sel walaupun tidak terdapat sinyalpertumbuhan sel walaupun tidak terdapat sinyal

pendorong pertumbuhan yang normalpendorong pertumbuhan yang normal Produknya :

(9)

Proliferasi sel secara fisiologi

Terikatnya faktor pertumbuhan ke reseptor

spesifik di membran sel Aktivasi reseptor

faktor pertumbuhan secara transien dan

terbatas,mengaktifkan beberapa protein

transduksi sinyal di lembar dalam membran

plasma Transmisi sinyal transduksi

melalui sitosol menuju inti sel Induksi dan

aktivasi faktor regulatorik inti sel yang

memicu transkripsi DNA Sel membelah.

(10)

Dengan latar belakang ini,kita dapat

mengidentifikasi berbagai cara yang dilakukan

oleh sel kanker untuk memperoleh self

sufficiency, dengan mengelompokkan

berdasarkan peranannya dalam jenjang

transduksi sinyal.

(11)

1.Faktor pertumbuhan

Sel normal memerlukan rangsangan dari faktor

pertumbuhan untuk dapat berproliferasi.

Sebagian besar faktor pertumbuhan yang dapat larut

dibuat oleh satu jenis sel dan bekerja pada sel

sekitarnya untuk merangsang pertumbuhan (kerja

parakrin).

Banyak sel kanker memperoleh kemampuan untuk

tumbuh sendiri karena mampu mensintesis faktor

pertumbuhan.

(12)

2.Reseptor faktor pertumbuhan

Protein reseptor mutan menyalurkan sinyal mitogenik

kontinu ke sel,walaupun tidak terdapat faktor

pertumbuhan di sekitarnya.

Yang lebih sering terjadi Ekspresi berlebihan

faktor pertumbuhan yang menyebabkan sel kanker

bereaksi berlebihan terhadap kadar normal faktor

pertumbuhan.

Contoh:Reseptor EGF

ERBB1,reseptor EGF mengalami ekspresi ERBB1,reseptor EGF mengalami ekspresi berlebihan pada 80% karsinoma sel skuamosa paru

(13)

3.Protein transduksi sinyal

Terjadi mutasi gen yang mengkode berbagai komponen

di jalur penghantar sinyal.

Molekul penghantar sinyal ini menghubungkan reseptor

faktor pertumbuhan ke sasarannya di inti sel.

Yang terpenting: RAS,ABL

RAS

Sering diaktifkan melalui mutasi titik,yang berpusat Sering diaktifkan melalui mutasi titik,yang berpusat pada kodon 12,13 dan 61 mengganggu

pada kodon 12,13 dan 61 mengganggu

hidrolisa GTP yang penting untuk mengubah RAS aktif

menjadi inaktif

(14)

Kerja gen RAS

(15)

ABL

Protoonkogen ABL memiliki aktivitas tirosin

kinase yang dihambat oleh domain regulatorik

negatif.

Pada leukemia mieloid kronik dan beberapa

leukimia akut aktivitas ini menjadi tidak

terkendali.

Gen ABL mengalami translokasi dari tempat Gen ABL mengalami translokasi dari tempat

normalnya di kromosom 9 ke kromosom 22, tempat

gen tersebut menyatu dengan bagian dari gen

breakpoint cluster region (BCR)

breakpoint cluster region (BCR) – protein Bcr-Abl– – protein Bcr-Abl– induksi proliferasi & memperpanjang ketahanan

induksi proliferasi & memperpanjang ketahanan

hidup.

(16)

4.Faktor Transkripsi Nukleus

Dapat terjadi otonomi pertumbuhan akibat mutasi

yang mengenai gen yang mengendalikan transkripsi

DNA.

Produk onkogen yang dapat ditemui di inti sel

MYC,MYB,JUN,FOS dan REL.

MYC paling sering terlibat dalam tumor MYC paling sering terlibat dalam tumor manusia.

manusia.

Protein MYC berikatan dengan DNA aktivasi Protein MYC berikatan dengan DNA aktivasi transkripsional beberapa gen terkait pertumbuhan,

transkripsional beberapa gen terkait pertumbuhan,

termasuk berbagai kinase dependen siklin ( CDK)

dimana produknya mendorong sel masuk ke siklus

sel.

(17)

Pada sel normal

Kadar MYC turun mendekati kadar basal saat

siklus sel dimulai.

Versi onkogenik

Gen MYC berkaitan dengan ekspresi gen yang

menetap atau berlebihan sehingga proliferasi

berlangsung terus menerus.

(18)

5.Siklin dan Kinase Dependen

Siklin

Hasil akhir dari semua rangsangan yang mendorong

pertumbuhan adalah masuknya sel yang semula dalam

keadaan tenang ke dalam siklus sel.

Perjalanan sel melalui berbagai fase siklus sel

dikendalikan oleh CDK setelah CDK diaktifkan oleh

pengikatannya ke famili protein lain yang disebut

siklin.

CDK menyebabkan fosforilasi berbagai protein

sasaran yang penting dan diekspresikan selama siklus

sel,tetapi dalam bentuk inaktif.

(19)

Sebaliknya

,s

iklin baru disintesis sewaktu fase iklin baru disintesis sewaktu fase tertentu dari siklus sel dan fungsi siklin adalah

tertentu dari siklus sel dan fungsi siklin adalah

mengaktifkan CDK dengan berikatan dengannya

kadar siklin akan cepat turun.kadar siklin akan cepat turun.

Sementara siklin membangkitkan CDK,

inhibitor siklin menekan CDK dan menimbulkan inhibitor siklin menekan CDK dan menimbulkan kontrol negatif terhadap siklus sel.

(20)

Skema peran siklin,kinase dependen-siklin(CDK) dan

inhibitor kinase dependen siklin(CDKI)

(21)

Mutasi yang menyebabkan disregulasi

aktivitas siklin dan CDK akan memudahkan

sel berproliferasi.

Kesalahan yang mengenai ekspresi siklin D

atau CDK4 tampaknya sering terjadi pada

transformasi neoplastik.

Gen siklin D mengalami ekspresi berlebihan di

banyak kanker.

Mutasi yang mengenai siklin B dan siklin E

serta CDK lain juga terjadi pada beberapa

neoplasma ganas,tetapi mutasi ini jarang.

(22)

2 ₂

.

INSENSITIVITAS TERHADAP SINYAL

_{INSENSITIVITAS TERHADAP SINYAL}

YANG MENGHAMBAT PERTUMBUHAN

Selain onkogen yang memproduksi berbagai protein Selain onkogen yang memproduksi berbagai protein yang mendorong pertumbuhan sel,terdapat pula

yang mendorong pertumbuhan sel,terdapat pula

produk gen penekan tumor yang merupakan rem bagi

proliferasi sel.

Gangguan terhadap gen ini menyebabkan sel refrakter Gangguan terhadap gen ini menyebabkan sel refrakter terhadap inhibisi pertumbuhan.

(23)

Gen Retinoblastoma (RB),prototipe gen penekan Gen Retinoblastoma (RB),prototipe gen penekan kanker yang pertama kali ditemukan.

(24)

Prinsip

Sinyal antipertumbuhan dapat mencegah

proliferasi sel melalui dua mekanisme :

Sinyal antipertumbuhan dapat menyebabkan

sel yang sedang membelah masuk kedalam

G0 (tenang),dimana sel akan bertahan

sampai isyarat eksternal mendorongnya

masuk kembali ke siklus proliferasi.

Sel mungkin masuk ke tahap pasca mitotik

dan berdiferensiasi serta kehilangan potensi

replikatifnya.

(25)

Ditingkat molekuler sinyal antipertumbuhan

menimbulkan efek di tahap G1 S

Gen RB dan siklus sel

Produk gen RB adalah suatu protein pengikat DNA Produk gen RB adalah suatu protein pengikat DNA yang diekspresikan pada semua sel yang

yang diekspresikan pada semua sel yang

diteliti,protein tersebut berada dalam bentuk

terhipofosforilasi aktif dan terhiperfosforilasi tidak

aktif.

Pada keadaan aktif,RB berfungsi sebagai rem untuk Pada keadaan aktif,RB berfungsi sebagai rem untuk menghambat melajunya sel dari fase G1 S

menghambat melajunya sel dari fase G1 S

pada siklus sel.

(26)

(27)

Jalur transforming growth

factor-Jalur transforming growth factor-

β

Molekul yang menyalurkan sinyal antiproliferasi yang Molekul yang menyalurkan sinyal antiproliferasi yang paling dikenal adalah

TGF-paling dikenal adalah TGF-ββ..

Pada sebagian besar sel epitel,endotel dan Pada sebagian besar sel epitel,endotel dan hemopoietik normal,

TGF-hemopoietik normal, TGF-ββ adalah inhibitor kuat adalah inhibitor kuat

bagi proliferasi dengan berikatan dengan tiga

reseptor yang disebut tipe I,II,III.

TGF-TGF-ββ menghentikan sel di fase G1 siklus sel dengan menghentikan sel di fase G1 siklus sel dengan merangsang produksi CDKI p15 dan dengan

merangsang produksi CDKI p15 dan dengan

menghambat transkripsi CDK2,CDK4 serta siklin A

dan E.

(28)

Pada banyak bentuk kanker

Efek jalur

TGF-TGF-ββ menghambat pertumbuhan menghambat pertumbuhan terganggu oleh mutasi di jalur penghantar sinyal

terganggu oleh mutasi di jalur penghantar sinyal

TGF-TGF-ββ..

Mutasi dapat mengenai reseptor TGF-Mutasi dapat mengenai reseptor TGF-ββ tipe II atau tipe II atau molekul SMAD yang berfungsi menyalurkan sinyal

molekul SMAD yang berfungsi menyalurkan sinyal

antiproliferasi dari reseptor ke inti sel.

(29)

Jalur poliposis coli

adenomatosa-Jalur poliposis coli adenomatosa-

β

catenin

Gen APC (Poliposis coli adenomatosa) merupakan

suatu protein sitoplasma yang fungsi utamanya adalah

mengatur kadar intrasel

β

-katenin.

Fungsi

β

-katenin

β

-katenin berikatan dengan bagian sitoplasma

dari E kaderin,suatu protein permukaan yang

mempert

a

hankan perlekatan antar sel.

β

-katenin dapat mengalami perpindahan ke inti

sel dan mengaktifkan proliferasi sel.

(30)

(31)

Pada sel normal dalam keadaan istirahat

APC mencegah sinyal APC mencegah sinyal ββ katenin dengan mendorong katenin dengan mendorong penguraian zat tersebut.

penguraian zat tersebut.

Pada sel ganas

Hilangnya APC,penguraian Hilangnya APC,penguraian ββ katenin terhambat dan katenin terhambat dan respon terhadap sinyal WNT terus diaktifkan

respon terhadap sinyal WNT terus diaktifkan

transkripsi gen yang mendorong pertumbuhan.

(32)

Gen TP53:Pengawal genom

Dulu dikenal dengan p53

Dapat menimbulkan efek antiproliferasi

Mengendalikan apoptosis

Merupakan monitor sentral untuk stres

mengarahkan sel untuk memberikan tanggapan

yang sesuai baik berupa penghentian siklus sel

maupun apoptosis.

Stres yang dapat memicu jalur respon TP53

termasuk anoksia,ekspresi onkogen yang t

i

_i

dak

_dak

sesuai dan kerusakan pada integritas DNA.

(33)

(34)

Secara singkat

TP53 mendeteksi kerusakan DNA melalui

mekanisme yang tidak di ketahui dan

membantu perbaikan DNA dengan

menyebabkan penghentian G1 dan memicu

gen yang memperbaiki DNA.

Sel yang mengalami kerusakan DNA dan tidak

dapat diperbaiki diarahkan oleh TP53

untuk

mengalami apoptosis.

Berdasarkan aktivitas ini TP53 dianggap sebagai

“

(35)

Apabila kehilangan TP53 secara

homozigot,kerusakan DNA tidak dapat

diperbaiki dan mutasi akan terfiksasi di sel

yang membelah sehingga sel akan masuk jalan

satu arah menuju transformasi keganasan.

Seperti protein RB,TP53 normal juga dapat

dibuat nonfungsional oleh beberapa virus

DNA tertentu (HPV onkogenik,HBV dan

mungkin virus Ebstein Barr)

(36)

3.

3. MENGHINDAR DARI APOPTOSIS

MENGHINDAR DARI APOPTOSIS

Yang mungkin sudah dipastikan adalah peran BCL2 Yang mungkin sudah dipastikan adalah peran BCL2

yang melindungi sel dari apoptosis.

Dua mekanisme baru yang digunakan sel tumor untuk

menghindari apoptosis.

Pada sel melanoma tertentu mengalami kehilangan Pada sel melanoma tertentu mengalami kehilangan APAF-1 menghambat jalur mitokondria-sitokrom c

APAF-1 menghambat jalur mitokondria-sitokrom c

sel resisten terhadap apoptosis yang diinduksi sel resisten terhadap apoptosis yang diinduksi oleh TP53.

oleh TP53.

Pada beberapa tumor terjadi peningkatan Pada beberapa tumor terjadi peningkatan transkripsional inhibitor apoptosis yang

transkripsional inhibitor apoptosis yang

menyebabkan inaktivasi kaspase.

(37)

(38)

4.

4. KEMAMPUAN REPLIKASI TANPA BATAS

KEMAMPUAN REPLIKASI TANPA BATAS

Sel manusia normal memiliki kapasitas Sel manusia normal memiliki kapasitas

menggandakan diri 60-70 kali setelah itu sel

kehilangam kemampuan membelah diri.

Hal ini terjadi karena pemendekan progresif telomer Hal ini terjadi karena pemendekan progresif telomer diujung-ujung kromosom,pada setiap kali

diujung-ujung kromosom,pada setiap kali

pembelahan telomer memendek dan setelah titik

tertentu,hilangnya telomer menyebabkan kelainan

masif kromosom dan kematian.

(39)

Untuk dapat tumbuh tanpa batas,sel tumor

harus menciptakan cara untuk menghindar dari

proses penuaan,hal ini didapat dengan

mengaktifkan

enzim telomerase

yang dapat

mempertahankan panjang telomer.

(40)

5.

5. TERJADINYA ANGIOGENESIS

TERJADINYA ANGIOGENESIS

BERKELANJUTAN

Tumor tidak dapat membesar lebih dari 1 sampai 2 Tumor tidak dapat membesar lebih dari 1 sampai 2 mm apabila tidak memiliki vaskularisasi.

mm apabila tidak memiliki vaskularisasi.

Diperkirakan jarak 1-2 mm merupakan jarak Diperkirakan jarak 1-2 mm merupakan jarak

maksimal dari pembuluh darah yang dapat ditempuh

oleh oksigen dan nutrien melalui proses difusi

Neovaskularisasi memiliki efek ganda pada Neovaskularisasi memiliki efek ganda pada pertumbuhan tumor:

pertumbuhan tumor:

Merangsang pertumbuhan sel tumor disekitarnya

Metastase

(41)

Bagaimana sel tumor yang sedang tumbuh Bagaimana sel tumor yang sedang tumbuh membentuk aliran darahnya?

membentuk aliran darahnya?

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tumor Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tumor mengandung faktor yang mampu mempengaruhi

mengandung faktor yang mampu mempengaruhi

seluruh rangkaian kejadian yang berperan dalam

pembentukan kapiler baru.

Faktor angiogenik terkait tumor (tumor associated

angiogenic factor) mungkin dihasilkan oleh sel tumor atau

mungkin berasal dari sel radang.Faktor angiogenik yang

paling penting ad

paling penting adaallahah VEGF(Vaskular Endothelian Growth VEGF(Vaskular Endothelian Growth Factor) dan Basic Fibroblast Growth Factor.

(42)

Faktor antiangiogenesis,seperti

tromboposdin-1,mungkin dihasilkan oleh sel tumor sendiri atau

1,mungkin dihasilkan oleh sel tumor sendiri atau

produksinya mungkin dipicu oleh sel tumor

(angiostatin,endostatin,vaskulostatin yang berasal

dari penguraian plasminogen,kolagen dan

transtiretin secara proteolitis)

Paradigma yang muncul ad

a

l

ah

bahwa

pertumbuhan tumor dikendalikan oleh

keseimbangan antara faktor angiogenik dan

fakor yang menghambat angiogenesis

(43)

Pada awal pertumbuhannya sebagian tumor manusia Pada awal pertumbuhannya sebagian tumor manusia tidak memicu angiogenesis,tumor akan tetap kecil

tidak memicu angiogenesis,tumor akan tetap kecil

atau insitu selama bertahun-tahun sampai terjadi

angiogenic switch yang mengakhiri stadium quisence

vascular.

Dasar molekuler angiogenic switch ini masih belum Dasar molekuler angiogenic switch ini masih belum jelas seluruhnya,tetapi mungkin melibatkan

jelas seluruhnya,tetapi mungkin melibatkan

peningkatan produksi faktor angiogenik atau

hilangnya inhibitor angiogenesis.

(44)

6.

6. KEMAMPUAN MELAKUKAN INVASI

KEMAMPUAN MELAKUKAN INVASI

DAN METASTASIS

Jenjang metastase dapat dibagi lagi menjadi dua fase:

1.

1. Invasi matriks ekstraselInvasi matriks ekstrasel 2.

(45)

Jenjang Metastatik Jenjang Metastatik

(46)

Invasi matriks ekstrasel

Jaringan manusia tersusun menjadi serangkaian

kompartemen yang dipisahkan satu sama lain oleh

dua jenis matriks ekstrasel (ECM) :

Membran basalMembran basal dan dan Jaringan ikat intertisiumJaringan ikat intertisium.. Tiap-tiap komponen ECM ini terdiri atas :

Tiap-tiap komponen ECM ini terdiri atas :

kolagen

kolagen,,glikoproteinglikoprotein dan dan proteoglikanproteoglikan.. Invasi ECM memerlukan 4 langkah :

Invasi ECM memerlukan 4 langkah :

Terlepasnya

Terlepasnya ( (loosening uploosening up)) sel tumor satu sama lain sel tumor satu sama lain Melekatnya sel tumor ke komponen matriks

Melekatnya sel tumor ke komponen matriks

Degradasi

Degradasi ECMECM Migrasi sel tumor

(47)

(48)

Penyebaran vaskular dan sasaran sel

tumor

Saat berada di dalam sirkulasi sel tumor rentan

terhadap destruksi oleh sel imun penjamu.

Didalam aliran darah sebagian sel tumor membentuk

embolus dengan membentuk gumpalan dan melekat

ke leukosit terutama trombosit sel tumor

yang menggumpal ini mendapat perlindungan dari

serangan sel efektor antitumor penjamu.

Namun sebagian besar sel tumor masuk ke dalam

sirkulasi sendiri-sendiri.

(49)

Ekstravasasi sel tumor bebas atau embolus sel

memerlukan perlekatan ke endotel vaskular

yang diikuti oleh pergerakan melalui membran

basal dengan mekanisme yang serupa dengan

yang berperan dalam

(50)

(51)