ANALISIS MOLECULAR DOCKING FITOKIMIA FAMILI FABACEAE DIBANDINGKAN TAMOKSIFEN
TERHADAP RESEPTOR ESTROGEN
α
PADA KANKER PAYUDARA
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran
Ega Caesaria Pratama Putra G0011080
FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
PERSETUJUAN
Skripsi dengan judul: Analisis Molecular DockingFitokimia Famili Fabaceae terhadap Reseptor Estrogen α pada Kanker Payudara Dibandingkan
Tamoksifen
Ega Caesaria Pratama Putra, NIM: G0011080, Tahun: 2014
Telah disetujui untuk diuji di hadapan Tim Ujian Skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pada Hari Jumat, Tanggal 5 Desember 2014
Pembimbing Utama Penguji Utama
Riza Novierta Pesik, dr.,M.Kes. Dono Indarto, dr.,M.Biotech.St.,Ph.D. NIP. 196511171997022001 NIP. 196701041996011001
Pembimbing Pendamping Penguji Pendamping
Ratna Kusumawati, dr.,M.Biomed Fikar Arsyad Hakim, dr. NIP. 198104012005012001 NIP. 198411082009121005
Tim Skripsi
iii
PERNYATAAN
Dengan ini menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan penulis tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 25 November 2014
iv ABSTRAK
Ega Caesaria Pratama Putra, G0011080, 2014. Analisis Molecular Docking Fitokimia Famili Fabaceae terhadap Reseptor Estrogen α Dibandingkan Tamoksifen pada Kanker Payudara. Skripsi. Fakultas Kedokteran, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Latar Belakang Kanker payudara menempati peringkat kedua dalam insidensi kanker di dunia. Pada tahun 2012, 1,7 juta wanita terdiagnosa kanker payudara. Hormon estrogen menjadi faktor utama penyebab kanker payudara. Sebagian besar peran estrogen dimediasi oleh dua reseptor yaitu reseptor estrogen α dan reseptor estrogen β. Reseptor estrogen α diekspresikan oleh 50-80% dari kanker payudara. Tamoksifen termasuk ke dalam selective estrogen receptor modulators (SERMs) yang dapat terikat pada reseptor estrogen α sehingga dapat mencegah ikatan antara estrogen dan reseptor estrogen α. Dalam penelitian ini dilakukan skrining pada senyawa fitokimia tumbuhan yang diharapkan memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan tamoksifen. Pada penelitian ini dilakukan analisis molecular docking terhadap senyawa fitokimia dari famili Fabaceae sebagai inhibitor aktivasi kompleks estrogen dan reseptor estrogen α.
Metode Penelitian ini merupakan penelitian observasional bioinformatika dengan tujuan untuk mengamati perubahan interaksi struktur fitokimia dengan reseptor estrogen α. Penelitian ini dilakukan dengan molecular docking sebagai salah satu pendekatan in silico. Pada penelitian ini dilakukan analisis molecular docking ikatan antara senyawa fitokimia famili Fabaceae pada reseptor estrogen α. Molecular docking menggunakan program PyRx, AutoDock Vina, PyMOL, Open Babel, dan Chimera.
Hasil Dari hasil skrining fitokimia tanaman famili Fabaceae didapatkan 5 senyawa yang memiliki energi ikatan sama ataupun lebih rendah dibandingkan tamoksifen yaitu β-amyrine (9,6 KJ/Mol), obovatin (9,6 KJ/Mol), erythrabyssin II (9,6 KJ.Mol), cajaflavanone (10,2 KJ/Mol), dan tomentosanol E (10,5 KJ/Mol). Setelah dilakukan visualisasi menggunakan program PyMOL didapatkan bahwa hanya cajaflavanone yang memiliki lokasi ikatan yang mirip dengan tamoksifen pada reseptor estrogen α.
Simpulan Berdasarkan analisis molecular docking fitokimia famili Fabaceae, terdapat senyawa yang mempunyai karakteristik mirip dengan tamoksifen sebagai antagonis reseptor estrogen α, yaitu cajaflavanone. Namun, dibutuhkan penelitian in vitro atau in vivo untuk mengetahui efektivitasnya.
v ABSTRACT
Ega Caesaria Pratama Putra, G0011080, 2014. Molecular Docking Analysis of Family Fabaceae Phytochemistry to Estrogen Receptor Alpha Compared to Tamoxifen in Breast Cancer. Mini Thesis. Faculty of Medicine, Sebelas Maret University, Surakarta.
Background: The incidence of breast cancer is second rank over the world. Estrogen receptor α is expressed by 50-80% of breast camcer. Estrogen receptor is the risk factor of breast cancer. The mechanism of estrogen through estrogen receptor α and estrogen receptor β. Tamoxifen is a selective estrogen receptor modulators (SERMs) that can be bound to the estrogen receptor α, therefore prevent bonding between estrogen and estrogen receptor α.
Methods: This research used molecular docking analysis of family Fabaceae’s Phytochemistry as an inhibitor of estrogen receptor α activation. This study was observational bioinformatics study to observe interaction between family Fabaceae’s phytochemistry and estrogen receptor alpha. Molecular docking analysis observed binding energy and binding location. This virtual screening analysis was done using PyRx, AutoDock Vina, PyMOL, Open Babel, and UCSF Chimera.
Results: We obtained 471 Family Fabaceae’s phytochemistry from database, only five compounds that have equal or lower binding energy compared with tamoxifen, that compound were Beta-amyrine (9.6 KJ/Mol), obovatin( 9.6 KJ/Mol), erythrabyssin II (9.6 KJ/Mol), cajaflavanone (10.2 KJ/Mol), and tomentosanol E (10.5 KJ/Mol). The Visualization of binding location analysis showed that only cajaflavanone which have relatively similar binding site location with tamoxifen.
Conclusions: cajaflavanone have a similar characteristic with tamoxifen, and have a potency to be used as partial antagonist of estrogen receptor alpha in breast cancer based molecular docking analysis. However, In vitro and In vivo research needed to determine the effectiveness.
vi PRAKATA
Alhamdulillah puji syukur kepada Alloh SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi dengan judul ”Analisis Molecular Docking Fitokimia Famili Fabaceae terhadap Reseptor Estrogen α pada Kanker Payudara Dibandingkan Tamoksifen”.
Penulisan skripsi ini ditujukan untuk memenuhi salah satu syarat menempuh gelar sarjana kedokteran di Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret.
Penelitian ini dapat terlaksana berkat adanya bimbingan, petunjuk, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
Jajaran Dekanat Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
1. Tim Skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret, Surakarta. 2. Riza Novierta Pesik, dr.,M.Kes. dan Ratna Kusumawati,dr., M.Biomed
selaku pembimbing I dan pembimbing II. Terimakasih atas bimbingan dan motivasi yang telah diberikan.
3. Dono Indarto, dr.,M.Biotech.St.,Ph.D dan Fikar Arsyad Hakim,dr.selaku penguji I dan penguji II.
4. Orang tua saya (Agus Budiono dan Luluk Budi Astuti), Adik (Anindita Pradnya Danur Dara) serta segenap keluarga atas dukungan moral dan doanya.
5. Teman-teman (Jati, Johan, Medita, Ratih, Indah, dan Naili) atas dukungan dan bantuannya.
6. Segenap staf, karyawan, dan asisten Laboratorium Patologi Anatomi FK UNS atas kerjasama dan partisipasinya sehingga penelitian ini dapat berjalan lancar.
Teman-teman dan seluruh pihak yang telah memberikan semangat dan membantu pelaksanaan penelitian ini yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis yakin masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran, kritik, dan nasihat yang membangun guna kesempurnaan skripsi ini.
Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Surakarta, 5 Desember 2014
vii
A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Rumusan Masalah... 4
C. Tujuan Penelitian ... 4
D. Manfaat Penelitian ... 4
1. Manfaat Teoritis ... 4
3. Pengaruh Fitokimia Terhadap Reseptor Estrogen α ... 9
4. Fabaceae ... 14
6. Molecular Docking ... 15
B. Kerangka Pemikiran ... 23
C. Hipotesis ... 24
BAB III METODE PENELITIAN... 25
A. Jenis Penelitian ... 25
B. Lokasi Penelitian ... 25
C. Subjek Penelitian ... 25
1. Populasi Penelitian ... 25
2. Teknik Pencuplikan ... 25
D. Rancangan Penelitian ... 26
E. Identifikasi Variabel Penelitian ... 27
1. Variabel bebas : struktur ligan fitokimia famili Fabacea ... 27
viii
F. Definisi Operasional Variabel Penelitian ... 27
1. Variabel bebas : struktur ligan fitokimia famili Fabaceae ... 27
2. Variabel terikat : komplek ligan dengan protein ERα ... 27
G. Alat dan Bahan Penelitian ... 28
1. Bahan: ... 28
2. Perangkat Keras: ... 28
3. Perangkat lunak: ... 28
4. Cara Kerja Penelitian ... 29
BAB IV HASIL PENELITIAN ... 32
A. Skrining Fitokimia Famili Fabaceae pada Database ... 32
B. Skrining Senyawa Virtual Fitokimia Famili Fabaceae pada Database ... 32
C. Hasil Analisis Molekular Docking Fitokimia Famili Fabaceae ... 33
D. Visualisasi Kompleks Ligan dan Reseptor menggunakan PyMOL ... 34
BAB V PEMBAHASAN ... 42
A. Skrining Spesies Tanaman Famili Fabaceae ... 42
B.Skrining Senyawa Virtual Fitokimia Famili Fabaceae ... 43
C. Skrining Molecular Docking Fitokimia Famili Fabaceae terhadap Reseptor Estrogen α Dibandingkan Tamoksifen ... 44
1. Tamoksifen ... 44
D. Perbandingan Struktur Fitokimia Hasil Skrining dengan Tamoksifen .... 52
1. Perbandingan Struktur Senyawa ... 52
2. Perbandingan Properti Molekuler ... 54
BAB VI ... 54
A. Simpulan ... 55
B. Saran ... 55
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Taksonomi Famili Liliaceae ... 14 Tabel 4.1 Hasil Analisis Molecular Docking Senyawa yang Memiliki Energi
Ikatan Sama atau Lebih Rendah Dibandingkan Tamoksifen ... 33 Tabel 5.1 Perbandingan Karakteristik Molekuler antara Tamoksifen dengan
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jalur Patogenesis Kanker Payudara ... 6
Gambar 2.2 Reseptor Estrogen α pada 3ERT.pdb . ... 9
Gambar 2.3 Klasifikasi Fitokimia ... 12
Gambar 2.4 SkemaKerangka Pemikiran ... 23
Gambar 3.1 Skema Rancangan Penelitian ... 26
Gambar 4.1 Perbandingan Letak Ikatan antara Estrogen Reseptor α dengan Senyawa Fitokimia dan Tamoksifen Hasil Visualisasi. ... 35
Gambar 4.2 Hasil Visualisasi Rantai Kompleks Reseptor Estrogen α dan Tamoksifen. ... 36
Gambar 4.3 Hasil Visualisasi Rantai Kompleks Reseptor Estrogen α dan Erythrabyssin II ... 37
Gambar 4.4 Hasil visualisasi Rantai Kompleks Reseptor Estrogen α dan Beta-Amyrine... 38
Gambar 4.5 Hasil Visualisasi Rantai Kompleks Reseptor Estrogen α dan Obovatin ... 39
Gambar 4.6 Hasil Visualisasi Rantai Kompleks Reseptor Estrogen α dan Cajaflavanone. ... 40
Gambar 4.7 Hasil Visualisasi Rantai Kompleks Reseptor Estrogen α dan Tomentosanol E ... 41
xi
DAFTAR SINGKATAN ERα : Estrogen Receptor α (Reseptor Estrogen α) ERβ : Estrogen Receptor β (Reseptor Estrogen β) APG : Angiosperm Phylogenic Group
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Kanker payudara merupakan tumor yang berasal dari sel lapisan epitel duktus dan lobulus kelenjar dan bersifat ganas. Kanker payudara menempati
peringkat kedua dalam insidensi kanker di dunia. Pada tahun 2012, 1,7 juta wanita terdiagnosa kanker payudara. Kanker payudara merupakan penyebab
kematian terbanyak akibat kanker pada wanita tahun 2012 (WHO, 2013). Di Asia, angka kejadian kanker payudara telah mengalami peningkatan yang cukup signifikan (Jemal et al., 2011). Kanker payudara merupakan jenis
keganasan paling umum yang ditemukan pada wanita di Indonesia (Char-hong et al., 2011). Jumlah penderita kanker payudara di Indonesia semakin
mengalami peningkatan dari tahun ke tahun (Kemenkes, 2008). Angka kematian akibat kanker payudara di Indonesia berjumlah 18,6 per 100.000 kasus (Char-hong et al., 2011).
Hormon estrogen menjadi faktor utama penyebab kanker payudara. Sebagian besar peran estrogen dimediasi oleh dua reseptor yaitu, reseptor estrogen αdan reseptor estrogen β. Reseptor estrogen α diekspresikan oleh
50-80 % dari kanker payudara (Huang et al., 2014; Kang et al., 2014). Ikatan antara estrogen (seperti estradiol) pada reseptor estrogen α dapat menginduksi pertumbuhan dari sel kanker payudara. Selain itu, reseptor estrogen α aktif
2
ekspresi Bcl-2 (Jiang et al., 2012). Keberadaan reseptor estrogen α menjadi indikator utama untuk terapi anti-hormonal kanker payudara (Huang et al.,
2014; Kang et al., 2014).
Kemoterapi merupakan salah satu pilihan terapi kanker
payudara.Tamoksifen merupakan obat standar yang digunakan sebagai kemoterapi kanker payudara dengan cara memblok efek dari estrogen. Tamoksifen termasuk ke dalam selective estrogen receptor modulators (SERMs) yang dapat terikat pada reseptor estrogen α sehingga dapat
mencegah ikatan antara estrogen dan reseptor estrogen α (Cirillo et al., 2013;
Malik, 2013). Ada sekitar 75% wanita yang menderita kanker payudara telah mendapatkan terapi hormonal tamoksifen. Tamoksifen telah banyak tersedia di Indonesia, namun harganya yang cukup mahal menyebabkan obat ini
kurang terjangkau untuk seluruh kalangan.Angka keberhasilan kemoterapi tersebut sulit untuk diprediksi karena adanya perbedaan respon dari individu
(Cirillo et al., 2013). Tamoksifen juga memiliki berbagai efek samping penggunaannya seperti disparonia, polip uteri, hingga menyebabkan
berkembangnya kanker uteri (Noutley et al., 2005).Oleh sebab itu perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk terapi alternatif senyawa yang memiliki efek mirip atau lebih baik dari tamoksifen dengan lebih sedikit efek
samping. Pada penelitian ini akan berfokus pada fitokimia dari tanaman herbal.
3
suatu senyawa organik yang terdapat pada tanaman dan banyak terdapat di Indonesia.Salah satu tumbuhan yang memiliki banyak kandungan fitokimia
adalah tumbuhan dari tanaman famili Fabaceae.Namun, efek penggunaan fitokimia dari famili Fabaceae ini terhadap kanker payudara masih belum
diketahui secara pasti (Messina et al., 2006).
Dalam penelitian ini dilakukan skrining pada senyawa fitokimia tumbuhan yang diharapkan memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan
tamoksifen. Pada penelitian ini dilakukan analisis molecular docking terhadap senyawa fitokimia dari famili Fabaceae sebagai inhibitor aktivasi kompleks estrogen dan reseptor estrogen α. Hal tersebut bertujuan untuk mengeksplorasi
secara terintegrasi probabilitas bioaktivitas komponen fitokimia famili Fabaceae sebagai senyawa antagonis estrogen melalui pendekatan komputasi.
Hal ini didukung oleh adanya publikasi struktur kristal human reseptor estrogen α sebagai target yang menjadi syarat penting proses molecular
docking. Selain itu, basis data senyawa kimia tanaman obat Indonesia telah tersedia (Yanuar et al., 2011). Penelitian ini diharapkan memberikan
pengetahuan tentang senyawa-senyawa yang berpotensi sebagai senyawa antagonis estrogen pada reseptor estrogen α yang lebih poten dibandingkan
4
B. Rumusan Masalah
Bagaimana hasil analisis molecular docking fitokimia famili Fabaceae terhadap reseptor estrogenα pada kanker payudara dibandingkan dengan
tamoksifen?
C. Tujuan Penelitian
Mengetahuihasil analisis molecular docking fitokimia famili Fabaceae terhadap reseptor estrogen α pada kanker payudara dibandingkan dengan
tamoksifen.
D. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Teoritis
Memberikan informasi ilmiah mengenai hasil analisis molecular docking fitokimia famili Fabaceae terhadap reseptor estrogen α pada
kanker payudara dibandingkan dengan tamoksifen. 2. Manfaat Aplikatif
Sebagai dasar penelitian lebih lanjut mengenai hasil analisis molecular docking fitokimia famili Fabaceae terhadap reseptor estrogen α
