Studi Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (HKSA) dan Docking Molekul Senyawa Turunan Tiazol-4-Karboksamid Sebagai inhibitor Checkpoint Kinase 1 (CHK1) dalam Pengobatan Kanker

i SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Meraih Gelar Sarjana Farmasi Jurusan Farmasi

pada Fakultas Ilmu Kesehatan UIN Alauddin Makassar

Oleh:

ANDRI ANUGRAH PRATAMA NIM. 70100110020

FAKULTAS ILMU KESEHATAN

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR

2014

ii

kemudian hari terbukti bahwa merupakan duplikat, tiruan, plagiat, atau dibuat oleh orang lain, sebagian atau seluruhnya, maka skripsi dan gelar yang diperoleh karenanya batal demi hukum.

Makassar, 22 Juni 2014 Penyusun,

Andri Anugrah Pratama NIM. 70100110020

iii

inhibitor CheckpointKinase 1 (CHK1) dalam Pengobatan Kanker” yang disusunoleh Andri Anugrah Pratama, NIM: 70100110020, mahasiswa Jurusan Farmasi pada Fakultas Ilmu Kesehatan UIN Alauddin Makassar, diuji dan dipertahankan dalam Ujian Sidang Skripsi yang diselenggarakan pada hari Rabu, 25 Juni 2014 M yang bertepatan dengan tanggal 27 Sya’ban 1435 H, dinyatakan telah dapat diterima sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana dalam Ilmu Kesehatan Jurusan Farmasi.

Makassar, 25 Juni 2014 M 27 Sya’ban 1435 H DEWAN PENGUJI

Ketua : Drs.Wahyuddin G, M.Ag (………...…...)

Sekretaris : Dwi Wahyuni Leboe, S.Si., M.Si (………...…...) Pembimbing I :Nursalam Hamzah, S.Si.,M.Si.,Apt. (………...) Pembimbing II :Dewi Yuliana, S.Si., M.Farm., Apt. (....……...…...)

Penguji Kompetensi :Haeria, S.Si., M.Si. (………...)

PengujiAgama : Dr. Azman Arsyad, M.Ag (………...) Diketahui oleh :

Dekan Fakultas Ilmu Kesehatan UIN Alauddin Makassar

Prof.Dr.H.Ahmad M. Sewang, M.A.

NIP.19520811 198203 1 001

iv

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah atas nikmat akal dan pikiran yang diberikan serta limpahan ilmu yang tiada hentinya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini tepat pada waktunya. Shalawat dan salam juga tak lupa pula kita hanturkan kepada Nabi besar junjungan kita Nabi Muhammad saw, keluarga, dan para sahabat serta orang-orang yang mengikutinya.

Skripsi dengan judul “Studi Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (HKSA)

dan Docking Molekul Senyawa Turunan Tiazol-4-Karboksamid Sebagai Inhibitor Checkpoint Kinase 1 (CHK1) Dalam Pengobatan Kanker” ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelarSarjana Farmasi pada Fakultas Ilmu Kesehatan Jurusan Farmasi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini bukanlah tujuan akhir dari belajar karena belajar adalah sesuatu yang tidak terbatas.

Terselesaikannya skripsi ini tentunya tak lepas dari dorongan dan uluran tangan berbagai pihak. Penulis menyadari tentang banyaknya kendala yang dihadapi dalam penyusunan skripsi ini. Namun berkat doa, motivasi dan kontribusi dari berbagai pihak, maka kendala tersebut mampu teratasi dan terkendali dengan baik.

v

Untuk itu penulis menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Orang tua tercinta, Ayahanda Hendra dan Ibunda Sahriah, S.Pd,dengan penuh kasih sayang dan pengorbanan serta dukungan penuhnya baik berupa materi, nasehat, dan doa yang tulus, saudara-saudaraku Rizky Purnamasari Hendra, Sindhy Sri Febriana Hendra dan Andini Sartika Permatasari Hendra serta keluarga yang senantiasa memberikan restu dan doa’nya.

2. Prof. Dr. H. A. Qadir Gassing, H.T., M.S. selaku Rektor Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar.

3. Prof. Dr. H. Ahmad M. Sewang, M.A. selaku DekanFakultas Ilmu Kesehatan, Wakil Dekan I Bidang Akademik Fatmawaty M., SKM.,M.Kes, Wakil Dekan II Bidang Administrasi Umum Dra. Hj. Faridha Yenny Nonci, M.Si.,Apt., Wakil Dekan III Bidang Kemahasiswaan Drs. Wahyuddin G, M.Ag.

4. Nursalam Hamzah, S.Si.,M.Si.,Apt. selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas Ilmu Kesehatan Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar sekaligus sebagai pembimbing pertama yang telah banyak memberikan bantuan dan pengarahan serta meluangkan waktu dan pikirannya dalam membimbing penulis.

5. Surya Ningsi, S.Si.,M.Si.,Apt selaku Sekretaris Jurusan Farmasi Fakultas Ilmu Kesehatan Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar.

6. Dewi Yuliana, S.Si.,M.Farm.,Apt.selaku pembimbing kedua yang telah banyak memberikan bantuan dan pengarahan serta meluangkan waktu dan pikirannya dalam membimbing penulis.

vi

7. Haeria, S.Si.,M.Si selaku penguji kompetensi yang telah memberikan saran dan arahannya dalam penyempurnaan skripsi.

8. Dr. Azman Arsyad, M.Ag. selaku Penguji Agama yang telah banyak memberikan bantuan dan pengarahan serta meluangkan waktu dan pikirannya dalam membimbing penulis.

9. Bapak, Ibu Dosen, serta seluruh Staf Jurusan Farmasi atas curahan ilmu pengetahuan dan segala bantuan yang diberikan pada penulis sejak menempuh pendidikan farmasi hingga saat ini.

10. Innu, Ipul, Ardi, Roni, Fajrul, Rusmin, Angga, Farid dan Ali serta teman-teman angkatan 2010 yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Terima kasih untuk semua kebersamaan selama ini.

11. Kakanda angkatan 2005, 2006, 2007, 2008 dan 2009 dan adinda angkatan 2011, 2012 dan 2013 yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

Besar harapan saya kiranya skripsi ini dapat bernilai ibadah di sisi Allah swt.

dan bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Amin.

Makassar, 22 Juni 2014

Penyusun

vii

DAFTAR ISI... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... ix

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

ABSTRAK ... xiii

BAB I ...1

A. LatarBelakang ...1

B. Rumusan Masalah ...5

C. Definisi operasional dan Ruang Lingkup Penelitian ...5

D. Kajian Pustaka ...6

E. Tujuan dan Kegunaan Penelitian ...8

BAB II ...9

A. Tinjauan Islam ...9

B. Kanker ...17

C. Kimia Komputasi...41

D. Docking Molekuler ...47

BAB III ...50

A. Jenis Penelitian dan Lokasi Penelitian ...50

B. Pendekatan ...50

C. Sumber Data ...50

D. Alat dan Bahan ...50

E. Prosedur Kerja ...51

BAB IV ...59

BAB V ...71

A. Kesimpulan ...71

B. Saran ...71

viii

DAFTAR PUSTAKA ...73

Lampiran I Nilai–nilai deskriptor ...76

Lampiran 2 Nilai Z-Score ...76

Lampiran 3 Interaksi senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap CHK1 ...79

Lampiran 4 Perbandingan posisi ligan asli dan senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap CHK1 ...84

DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS ...87

ix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

I Nilai-nilai Deskriptor………... 74

II Nilai Z-Score……… 76

III Interaksi senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap CHK1……….. 77 IV Perbandingan posisi ligan asli dan senyawa turunan tiazol-4-karboksamid

terhadap CHK1……… 82

x

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

II.1 Data aktivitas CHK1 Inhibitor (IC50) dari senyawa turunan tiazol-4-

karboksamid……….. 35

III.1 Daftar deskriptor………... 54

IV.1 10 Persamaan kombinasi deskriptor terbaik………. 61

IV.2 Perbandingan IC50 eksperimen dan IC50 prediksi………. 63

IV.3 Hasil docking senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap CHK1….. 67

xi

II.2 Radiasi secara langsung pada inti sel………... 24

II.3 Radiasi secara tidak langsung pada inti sel……….. 24

II.4 UCN-01……… 29

II.5 ZD7762 (Astra Zeneca)……… 30

II.6 LY2603618 (Lilly)………... 30

II.7 CBP501 (CanBas)……… 30

II.8 PF-00477736 (Pfizer)……….. 31

II.9 SCH-900776 (Schering-Plough)……….. 31

II.10 XL-844 (Exelixis)……….………... 32

II.11 CEP-3891 (Cephalon)……….. 32

II.12 CHIR-124 (Chiron)……….. 33

II.13 PD-321852 (Pfizer)……….. 33

II.14 MK-1775 (Merck)……… 34

II.15 PD0166285 (Pfizer)………. 34

II.16 17-AAG (Tanespimycin)………. 35

II.17 Senyawa 1 turunan tiazol-4-karboksamid………... 35

III.1 Jendela HyperChem………. 52

III.2 Panel Ab Initio Optimization menggunakan program HyperChem…………. 53

III.3 Jendela DataBase Viewer (DBV)...……… 54

III.4 Panel protonate 3D……….. 57

III.5 Panel dock……… 58

IV.1 Kurva IC50 prediksi VS IC50 eksperimen………. 63

IV.2 Validasi docking ligan asli (native ligand) terhadap CHK1……… 66

IV.3 Interaksi ligan asli dan validasi ligan asli terhadap CHK1……….. 66

xii

1V.4 Interaksi senyawa 15 terhadap CHK1……….. 69 IV.5 Perbandingan 3D hasil docking ligan asli dan senyawa 15……... 70

xiii

Docking Molekul Senyawa Turunan Tiazol-4-Karboksamid Sebagai inhibitor Checkpoint Kinase 1 (CHK1)Dalam Pengobatan Kanker

CHK1 (Checkpoint Kinase 1) adalah serin/threonin kinase dan mediator kunci dalam pos pemeriksaan pada fase S dan G2/M. Konsekuensi dari penghambatan CHK1 menyebabkan sel kanker dengan kerusakan DNA mengarah ke fase mitosis sebelum waktunya dan menghasilkan kematian sel. CHK1 inhibitor adalah senyawa dengan aktivitas menghambat kerja dari CHK1. Aktivitas CHK1 inhibitor yaitu menghentikan siklus pembelahan sel. CHK1 inhibitor juga meningkatkan aktivitas CDK (Cyclin-Dependent Kinase) yang meningkatkan kematian sel–sel kanker pada fase S. Penelitian ini bertujuan untuk menemukan model persamaan HKSA senyawa turunan tiazol-4-karboksamid sebagai inhibitor CHK1 dan mengkaji model interaksi senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap sisi pengikatan (binding site) CHK1 (4FSU.pdb). 17 senyawa turunan tiazol-4-karboksamid telah dilakukan uji pada percobaan ini. 17 senyawa dipilih setelah mengeliminasi beberapa senyawa berdasarkan nilai z-score. Tahap pertama, menggambar struktur senyawa dan optimasi ab initio senyawa di program HyperChem. Langkah selanjutnya yaitu menghitung nilai deskriptor, perhitungan statistik dengan metode analisis regresi multilinier, validasi z-score dan validasi metode Leave-One-Out. Berdasarkan percobaan yang dilakukan diperoleh persamaan : Log (1/IC50) = 0.1074 + (-0.4203 AM1_dipole) + 1.2074 AM1_LUMO + 0.4548 logS + 2.6437 mr + (-0.0734 vol), dimana n = 17, r = 0.9027, SE = 0.2302, F = 9.6888 dan sig = 0.001. Docking molekul dimulai dengan preparasi ligan dan reseptor kemudian dilakukan simulasi docking. Senyawa 15 yang menunjukkan hasil docking paling baik dengan docking score (S) -5.3977 dan nilai rmsd1.1946.

xiv ABSTRACT Author : Andri Anugrah Pratama Student Reg. Number :7010010020

Title : Study of quantitative structure-activity relationship (QSAR) and molecul docking thiazole-4-carboxamide derivates compounds as Checkpoint Kinase 1 (CHK1) inhibitors in the treatment of cancer.

CHK1 (Checkpoint Kinase 1) is a serine/threonine kinase and a key mediator in the S phase checkpoint and G2/M. The consequences of Chk1 inhibition causes cancer cells with DNA damage leading to premature mitosis phase and resulting death cells. CHK1 inhibitors are compounds that inhibit the activity of CHK1. CHK1 inhibitor activity is stop the cycle of cell division. CHK1 inhibitor is also increase the activity of CDK (Cyclin-Dependent Kinase) that improve the death of cancer cells process in the S phase. This study aims to find similarities QSAR models derivatives compounds thiazole-4-carboxamide as CHK1 inhibitors and studies the interaction model compounds derivatives thiazole-4-carboxamide to the binding site CHK1 (4FSU.pdb). 17 thiazole-4-carboxamide derivates have been tested in this research.

17 compounds selected after eliminating several compounds based on the z-score value. The first stage, drawing structure of compounds and ab initio optimization in the HyperChem program. The next step is calculate the value of the descriptor, the statistical calculation with multilinear regression analysis method, z-score validation and Leave-One-Out method validation. Base on the experiments resulted equation:

Log (1/IC50) = 0.1074 + (-0.4203 AM1_dipole) + 1.2074 AM1_LUMO + 0.4548 logS + 2.6437 mr + (-0.0734 vol), where n = 17, r = 0.9027, SE = 0.2302, F = 9.6888 and sig = 0.001. Docking molecules begins with the preparation of ligands and receptors then performed docking simulations..Compound 15 show most good docking results with docking score (S) -5.3977 and 1.1946 rmsd value.

1 BAB I PENDAHULUAN A. LatarBelakang

Sebagaimana yang diketahui bahwa manusia itu pada dasarnya tidak mengetahui apa–apa , akan tetapi Allah swt. mengajarkan ilmu kepadanya, sehingga kita dapat mengetahui sesuatu yang tadinya tidak diketahui, seperti pada penelitian, kita melakukan penelitian guna untuk mencari ilmu. Sebagaimana yang terdapat dalam QS. Al-Alaq/96 : 5.

Terjemahnya :

“Dia mengajarkan kepada manusia apa yang tidak diketahuinya.”

Seorang farmasis senantiasa melakukan percobaan–percobaan, antara lain menemukan suatu senyawa baru yang berkhasiat sebagai obat untuk penyakit tertentu dan melakukan pengembangan agar diperoleh senyawa obat yang lebih baik. Dalam hadist yang diriwayatkan oleh Shahih Bukhari no. hadist 5256:

Artinya :

Telah menceritakan kepada kami Muhammad bin Al Mutsanna telah menceritakan kepada kami Abu Ahmad Az Zubairi telah menceritakan kepada kami 'Umar bin Sa'id bin Abu Husain dia berkata; telah menceritakan kepadaku 'Atha` bin Abu Rabah dari Abu Hurairah radiallahu 'anhu dari Nabi

shallallahu 'alaihi wasallam beliau bersabda: "Allah tidak akan menurunkan penyakit melainkan menurunkan obatnya juga."

Para peneliti di seluruh dunia terus melakukan percobaan dan pengembangan untuk menemukan obat untuk penyakit–penyakit yang telah ada hingga saat ini, termasuk untuk penyakit kanker. Tanpa usaha dan kerja keras dalam melakukan penelitian dan pengembangan tersebut, maka tidak akan diketahui dan tidak dapat ditemukan obat–obat yang dapat digunakan untuk terapi kanker.

Kanker merupakan penyakit yang menjadi penyebab kematian terbesar secara global(Huang, 2012 : 1). Kanker merupakan penyebab utama morbiditas dan mortalitas di negara maju. Istilah kanker sering digunakan untuk menunjukkan kelompok penyakit neoplastikganas yang berasal dari berbagai jenis situs, sel, dan jaringan. Untuk beberapa jenis kanker, perkembangan teknologi telah memungkinkan strategi pencegahan sehingga mengurangi timbulnya penyakit. Untuk beberapa jenis kanker lainnya, beberapa strategi terapeutik telahdilakukan yang memungkinkan keberhasilan, seperti bedah, radiasi dan obat-obat sitotoksik (Cattley, 2004 : 116).

Angka kejadian kanker di Amerika serikat mencapai 473,4 per 100.000 populasi.

Pada pria, tercatat sebanyak 238.590 menderita kanker prostat dengan kematian sebesar 12 %, kanker paru-paru dan bronkus sebanyak 118.080 penderita dengan kematian sebesar 73 %. Pada wanita, tercatat sebanyak 232.340 menderita kanker payudara dengan kematian sebesar 17 %, kanker paru-paru dan bronkus sebanyak 110.110 penderita dengan kematian sebesar 65 % (Siegel, 2013: 2-3).

Upaya besar yang dilakukan dalam penelitian kanker berlangsung untuk memahami biologi seluler dan molekuler dari fenotif sel kanker (the molecular and

cellular biology of the cancer cell phenotype). Diperkirakan sulit untuk mengukur dengan tepat berapa biaya yang dihabiskan padapenelitian dan pengembangan agen terapi antikanker oleh industri farmasi dan pemerintah. Kira-kira $56 miliar (AS) dihabiskan untuk semua penelitian dan pengembangan farmasi pada tahun 2002, dengan $32 miliar dari industri dan $24 milyar dari US National Institutes of Health, seperti dikutip oleh Pharmaceutical Research and Manufactures of America (PhRMA, 2003). Anggaran US National Cancer Institute (NCI) tahun 2002 berjumlah sekitar $4,2 triliun, yang $1,0 triliun ditetapkan sebagai "Penelitian pengobatan" dan

$0.7 triliun ditetapkan sebagai "Penelitian Biologi Kanker" (National Cancer Institute, 2002). Investasi NCI, tidak diragukan lagi mendukung dasar penelitian yang mengarah pada identifikasi dan karakterisasi target strategis baru untuk pengobatan kanker. Upaya besar terus dilakukan oleh pemerintah dan industri dalam penelitian dan pengembangan agen terapeutik yang baru (Cattley, 2004 : 116).

Metode in vitro dan in vivo lazim digunakan dalam proses penemuan obat.

Komputer menawarkan metode in silico, suatu metode yang menggunakan kemampuan komputer dalam merancang obat, sebagai komplemen dari in vitro dan in vivo. Kemampuan komputasi yang meningkat secara eksponensial merupakan peluang mengembangkan simulasi dan kalkulasi dalam merancang obat baru (Pranowo, 2011: 113).

Pada saat ini sangat dimungkinkan menggunakan metode komputasi untuk menyelesaikan permasalahan dalam bidang teknik dan desain baru dalam proses kimia. Teknik komputasi dapat digunakan sebagai pelengkap, petunjuk dan kadang-

kadang dapat menggantikan perhitungan eksperimen, sehingga mampu mengurangi jumlah waktu dan biaya dalam penelitian untuk membawa ide dari skala laboratorium ke aplikasi praktis. Keunggulan potensial akibat penggunaan teknik komputasi adalah terbentuknya kelompok kimia komputasi dalam perusahaan kimia dan farmasi. Hal ini terjadi karena banyak perusahaan perangkat lunak yang menyediakan program pemodelan molekul yang mudah digunakan dalam bidang kimia, farmasi, biokimia dan aplikasi biologi lainnya (Pranowo, 2011: 4).

Desain obat merupakan proses iterasi yang dimulai dengan penentuan senyawa yang menunjukkan sifat biologi penting dan diakhiri dengan langkah optimasi, baik dari profil aktivitas maupun sintesis senyawa kimia. Kombinasi antara strategi mensintesis dan uji aktivitasnya menjadi sangat rumit dan memerlukan waktu yang lama untuk sampai pada pemanfaatan obat. Dengan kemajuan di bidang kimia komputasi, peneliti dapat menggunakan komputer untuk mengoptimasi aktivitas, geometri dan reaktivitas, sebelum senyawa disintesis secara eksperimental. Hal ini dapat menghindarkan langkah sintesis suatu senyawa yang membutuhkan waktu dan biaya mahal, tetapi senyawa baru tersebut tidak memiliki aktivitas seperti yang diharapkan (Pranowo, 2011: 113).

Salah satu target penelitian obat kanker adalah CHK1. CHK1 (Checkpoint Kinase 1) adalah serin/threonin kinase dan mediator kunci dalam pos pemeriksaan (Checkpoint) pada fase S dan G2/M. Konsekuensi dari penghambatan CHK1 akan menyebabkan sel kanker dengan kerusakan DNA masuk ke fase mitosis sebelum waktunya dan menghasilkan kematian sel. Oleh karena itu, diharapkan agar

pengobatan pada terapi anti kanker dapat menggunakan kombinasi agen perusak DNA dengan CHK1 inhibitor (Huang, 2012: 1).

Dari penelitian ini, diharapkan dapat diperoleh persamaan HKSA antara sifat fisika–kimia senyawa turunan tiazol-4-karboksamid dengan aktivitasnya sebagai penghambat CHK1 sehingga dapat didesain senyawa baru dengan aktivitas yang lebih baik.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana model persamaan HKSA senyawa turunan tiazol-4-karboksamid sebagai inhibitor CHK1 ?

2. Bagaimana mode interaksi senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap sisi pengikatan (binding site) CHK1 (4FSU.pdb) ?

C. Definisi operasional dan Ruang Lingkup Penelitian 1. Definisi Operasional

Hubungan kuantitatif struktur–aktivitas (HKSA) merupakan pendekatan untuk mengidentifikasi dan menentukan sifat fisika-kimia obat dan untuk melihat apakah salah satu sifat-sifat ini memiliki aktivitas biologis obat (Patrick, 2009 : 377).

CHK1 (Checkpoint Kinase 1) adalah serin/threonin kinase dan mediator kunci dalam pos pemeriksaan (Checkpoint) pada fase S dan G2/M. Konsekuensi dari penghambatan CHK1 akan menyebabkan sel kanker dengan kerusakan DNA masuk ke fase mitosis sebelum waktunya dan menghasilkan kematian sel(Huang, 2012: 1).

CHK1 inhibitor adalah senyawa dengan aktivitas menghambat kerja dari CHK1 sehingga menghentikan siklus pembelahan sel dan meningkatkan aktivitas CDK (Cyclin-Dependent Kinase) untuk meningkatkan apoptosis sel–sel kanker pada fase S (SØrensen, 2011 : 6).

2. Ruang Lingkup Penelitian

Menentukan sifat fisika–kimia dari senyawa turunan tiazol-4-karboksamid yang paling berperan sebagai inhibitor CHK1 untuk terapi kanker berdasarkan persamaan HKSA yang diperoleh serta mode interaksi ligan dan reseptor CHK1.

D. Kajian Pustaka

1. Pada tahun 2005, Michelle Prudhomme telah menerangkan struktur dari inhibitor–inhibitor CHK1, aktivitas dari inhibitor tersebut dan efek kombinasi CHK1 dengan agen perusak DNA yang meningkatkan kematian pada sel tumor. Untuk mengidentifikasi inhibitor CHK1 yang baru, dilakukan docking pada senyawa–senyawa pada situs aktif (active site) CHK1. Sebanyak 36 senyawa dari 103 senyawa yang didocking berhasil berikatan ke situs aktif (active site), diantaranya oksindol dan pirimidin.

Selain itu dilakukan uji in vivo pada sel tumor kolon KM12L4.

2. Pada tahun 2011, Paul Dent, Yong Tang, Adly Yacoub, Yun Dai, Paul B.

Fischer dan Steven Grant telah melakukan penelitian tentang kombinasi kemoterapi dengan inhibitor CHK1. Dalam hal ini mengkaji secara rasional hipotesis bahwa penghambatan CHK1 menyebabkan aktivasi kompensasi

(compensatory) ATM (Ataxia-Telangiectasia Mutated) dan jalur ERK1/2 (Extracellular signal Regulated Kinases). Penghambatan dari sinyal kelangsungan hidup (survival signal) ERK1/2 menyebabkan pergeseran keseimbangan sinyal sehingga tingkat kematian sel tumor meningkat.

Dengan kombinasi antara inhibitor CHK1 dan inhibitor ERK ½ maka akan semakin meningkatkan kematian sel–sel tumor.

3. Pada tahun 2012, Xiaohua Huang, Cliff C. Cheng, Thierry O. Fiscmann, Jose S. Duca, Xianshu Yang, Matthew Richards dan Gerald W. Shipps Jr.

telah membahas tentang mode pengikatan khusus pada inhibitor CHK1 untuk terapi kanker. Penggantian substituen akan mempengaruhi aktivitas dari senyawa–senyawa tersebut. Inhibitor CHK1 yang baru, ditemukan melalui affinity selection-mass spectrometry (AS-MS)-based Automated Ligand Identification System (ALIS) platform. Dari penelitian tersebut, terdapat 42 senyawa turunan tiazol-4-karboksamid dengan aktivitas (IC50) yang berbeda.

Penelitian yang dilakukan berfokus pada pengembangan senyawa obat antikanker dengan menemukan persamaan HKSA dari 42 senyawa turunan tiazol-4- karboksamid yang diperoleh dari penelitian Xiaohua Huang, Cliff C. Cheng, Thierry O. Fiscmann, Jose S. Duca, Xianshu Yang, Matthew Richards dan Gerald W. Shipps Jr. pada tahun 2012.

E. Tujuan dan Kegunaan Penelitian 1. Tujuan Penelitian

a. Menemukan model persamaan HKSA senyawa turunan tiazol-4- karboksamid sebagai inhibitor CHK1.

b. Mengkaji mode interaksi senyawa turunan tiazol-4-karboksamid terhadap sisi pengikatan (binding site) CHK1 (4FSU.pdb).

2. Kegunaan Penelitian

Penelitian ini diharapkan berguna untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya sebagai upaya untuk mendapatkan senyawa–senyawa baru turunan tiazol-4-karboksamid sebagai inhibitor CHK1 dalam terapi kanker. Hasil prediksi aktivitas melalui studi HKSA ini diharapkan berguna dalam menentukan senyawa turunan tiazol-4-karboksamid mana yang akan disintesis dan diuji lebih lanjut sebagai senyawa inhibitor CHK1 dalam terapi kanker.

9 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA A. Tinjauan Islam

Allah swt. berfirman dalam QSAl-Alaq/96 : 1.

Terjemahnya :

“ Bacalah dengan (menyebut) nama Tuhanmu yang menciptakan.“

Dalam pengertian ayat pertama ini, menyatakan : bacalah wahyu–wahyu Ilahi yang sebentar lagi akan banyak engkau terima dan baca juga alam dan masyarakatmu.

Bacalah agar engkau membekali dirimu dengan kekuatan pengetahuan. Bacalah semua itu dengan syarat hal tersebut engkau lakukan dengan atau demi nama Allah swt. yang selalu memelihara dan membimbingmu dan menciptakan semua mahkluk kapan dan dimanapun. Kata iqra’ berasal dari kata qara’a yang pada mulanya berarti menghimpun. Dalam kamus–kamus ditemukan aneka ragam arti kata tersebut, antara lain: menyampaikan, menelaah, meneliti, mengetahui ciri–ciri sesuatu dan sebagainya yang kesemuanya bermuara pada arti menghimpun. Karena banyak pendapat yang berbeda, alhasil iqra’ mencakup telaah terhadap alam raya, masyarakat dan diri sendiri serta bacaan tertulis, baik suci maupun tidak suci (Shihab, 2009 . 15 : 454- 455).

Dari makna di atas, surah Al-Alaq dapat dijadikan landasan penelitian, dalam hal ini kita sebagai peneliti muda haruslah menghimpun atau membaca literatur–literatur

yang berhubungan dengan penelitian kita untuk menambah ilmu dan wawasan mengenai apa yang diteliti, dengan selalu mengingat dan menyebut nama Allah swt.

sebelum melakukan apa saja, agar diberi kemudahan dalam memetik hikmah-hikmah yang bermanfaat dalam literatur sebagai dasar penelitian yang dilakukan. Selanjutnya dalam QS. Al-Alaq/96 : 3.

Terjemahnya :

“Bacalah, dan Tuhanmulah yang Maha Pemurah.”

Setelah memerintahkan membaca dengan menyebut nama Allah swt., kini ayat di atas memerintahkan membaca dengan menyampaikan janji Allah swt. atas manfaat membaca. Allah swt berfirman : Bacalah berulang–ulang dan Tuhan Pemelihara dan Pendidik-mu Maha Pemurah sehingga akan melimpahkan aneka karunia. Salah satu pendapat ulama akan hal ini adalah perintah untuk belajar dan perintah untuk mengajar orang lain (Shihab, 2009 .15 : 460).

Dari makna di atas, ayat ketiga surah Al-Alaq ini menggambarkan manfaat yang diperoleh dari bacaan bahkan pengulangan bacaan tersebut. Allah swt. menjanjikan pada saat seseorang membaca dengan ikhlas karena Allah swt., maka Dia akan menganugerahkan ilmu pengetahuan, pemahaman–pemahaman dan wawasan–

wawasan baru. Kegiatan “membaca” Al-Qur’an menimbulkan penafsiran–penafsiran baru atau pengembangan dari pendapat–pendapat yang telah ada. Demikian juga dengan kegiatan “membaca” alam raya ini telah menimbulkan penemuan–penemuan baru yang membuka rahasia–rahasia alam. Inilah pelajaran yang sangat bermanfaat dari Allah swt., melalui perantara sumber–sumber ilmu, seperti buku, media

komunikasi yang ada di alam raya, masyarakat bahkan diri kita sendiri (Shihab, 2009 . 15 : 463).

Kemudian dalam QS Al-Alaq/96 : 5.

Terjemahnya :

“Dia mengajarkan kepada manusia apa yang tidak diketahuinya.”

Sebagaimana yang diketahui bahwa manusia itu pada dasarnya tidak mengetahui apa–apa , akan tetapi Allah swt. mengajarkan ilmu kepadanya, sehingga kita dapat mengetahui sesuatu yang tadinya tidak diketahui, seperti pada penelitian, kita melakukan penelitian guna untuk mencari ilmu. Hal ini merupakan kemurahan dari Allah swt. yang mengajarkan manusia tentang sesuatu yang tidak diketahuinya melalui sarana dan usaha yang dilakukan oleh manusia (Shihab, 2009. 15 : 463).

Ketiga ayat diatas dapat dihubungkan dengan penelitian ini, dimana dalam memahami ilmu pengetahuan yang ada di alam raya dan masyarakat, digunakan sarana dan usaha dalam pemanfaatan teknologi komputer dengan software tertentu sebagai alat yang dapat melakukan pemodelan molekul. Hal ini merupakan salah satu pembelajaran yang harus dibaca dan dipahami dalam artian dimengerti untuk diambil manfaatnya, khususnya di bidang farmasi, dengan adanya teknologi ini dapat memudahkan kita sebagai seorang farmasis untuk menentukan sifat fisika–kimia obat dan memprediksi senyawa obat yang dapat memberikan aktivitas yang lebih baik, sehingga dalam proses sintesisnya nanti dapat mengefisienkan biaya yang dikeluarkan dan waktu yang digunakan. Kemudian seruan untuk mengambil pelajaran mengenai penyembuh berbagai penyakit, sebagaimana di dalam QS. Yunus/10 : 57.

Terjemahnya :

“Hai manusia, sesungguhnya telah datang kepadamu palajaran dari Tuhanmu dan penyembuh bagi penyakit – penyakit (yang berada) dalam dada dan petunjuk serta rahmat bagi orang – orang yang beriman.”

Ayat di atas menegaskan adanya empat fungsi Al-Qur’an : pengajaran, obat, petunjuk, serta rahmat. Thahir Ibn ‘Asyur mengemukakan bahwa ayat ini memberi perumpamaan tentang jiwa manusia dalam kaitannya dengan kehadiran Al-Qur’an.

Ulama itu memberi ilustrasi lebih kurang sebagai berikut. Seseorang yang sakit adalah yang tidak stabil kondisinya, timpang keadaannya, lagi lemah tubuhnya. Ia menanti kedatangan dokter yang dapat memberinya obat guna kesembuhannya. Sang dokter tentu saja perlu memberi peringatan kepada pasien ini menyangkut sebab–

sebab penyakitnya dan dampak–dampak kelanjutan penyakit itu, lalu memberinya obat guna kesembuhannya, kemudian memberinya petunjuk dan saran tentang cara hidup sehat agar kesehatannya dapat terpelihara sehingga penyakit yang dideritanya tidak kambuh lagi. Nah, jika yang bersangkutan memenuhi tuntutan sang dokter, niscaya ia akan sehat sejahtera dan hidup bahagia serta terhindar dari segala penyakit.

Dan itulah rahmat yang sungguh besar (Shihab, 2009 . 5 : 440)

Dari makna di atas, maka dapat kita ketahui bahwa setiap penyakit ada obatnya. Oleh karena itu, maka dilakukan penelitian terus–menerus untuk menemukan obat bagi penyakit tersebut. Dan perlu kita sadari bahwa kesembuhan yang diperoleh datangnya dari Allah swt. dan bukan semata–mata dari obat yang kita konsumsi.

Pada penelitian ini dilakukan suatu studi tentang Hubungan Kuantitatif Struktur–

Aktivitas (HKSA) yang merupakan pendekatan untuk mengidentifikasi dan menetukan sifat fisika–kimia obat dan untuk melihat apakah salah satu sifat–sifat ini memiliki aktivitas biologis obat. Suatu senyawa obat akan bersifat lebih polar atau nonpolar tergantung pada gugus fungsi dari substituen struktur senyawa tersebut.

Semuanya memiliki ketetapan dan keteraturan sebagaimana dalam QS. Yunus/10 : 5.

Terjemahnya :

“Dia-lah yang menjadikan matahari bersinar dan bulan bercahaya dan ditetapkan-Nya manzilah–manzilah (tempat–tempat) bagi perjalanan bulan itu, supaya kamu mengetahui bilangan tahun dan perhitungan (waktu). Allah tidak menciptakan yang demikian itu melainkan dengan hak. Dia menjelaskan tanda-tanda (kebesaran-Nya) kepada orang–orang yang mengetahui.”

Ayat ini merupakan lanjutan dari uraian tentang kuasa Allah SWT serta ilmu dan hikmah-Nya dalam mencipta, menguasai dan mengatur alam raya. Agaknya, ia ditempatkan di sini antara lain untuk mengingatkan bahwa kalau matahari dan bulan saja sudah diatur-Nya, tentu lebih-lebih lagi bagi manusia. Bukankah seluruh alam raya diciptakan-Nya untuk dimanfaatkan manusia. Melalui ayat ini, Allah menegaskan bahwa : Dia-lah, bukan selain-Nya, yang menjadian matahari bersinar dan bulan bercahaya dan ditetapkan-Nya manzilah–manzilah, yakni tempat–tempat

baginya , yakni bagi perjalanan bulan itu atau bagi perjalanan bulan dan matahari itu, supaya kamu mengetahui bilangan tahun dan perhitungan waktu. Allah tidak menciptakan hal yang sangat agung itu melainkan dengan haq .Dia menjelaskan dari saat ke saat dan dengan aneka cara ayat–ayat, yakni tanda–tanda kebesaran dan kekuasaan-Nya, kepada orang–orang yang terus–menerus ingin mengetahui (Shihab, 2009. 5 : 332).

Dalam QS. Yasin/36 : 38.

Terjemahnya :

“dan matahari berjalan ditempat peredarannya. Demikianlah ketetapan Yang Maha Perkasa lagi Maha Mengetahui.”

Selanjutnya, ayat diatas menyatakan : Dan bukti yang lain sekaligus agar kamu mengetahui bagaimana Allah menjadikan bagian bumi diliputi kegelapan adalah bahwa matahari terus–menerus beredar pada garis edarnya secara amat teratur sejak penciptaannya hingga kini. Akibat peredarannya itulah maka terjadi malam dan siang serta gelap dan terang. Itulah pengaturan Tuhan Yang Maha Perkasa lagi Maha Mengetahui (Shihab, 2009 . 11 : 151).

Pada makna “Di tempat peredarannya”, terdapat dua pendapat. Salah satunya mengatakan bahwa yang dimaksud adalah tempat peredarannya, yaitu di bawah ‘Arsy yang dekat ke arah bumi di sisi tersebut. Dimanapun berada, matahari dan seluruh makhluk berada di bawah ‘Arsy, karena ‘Arsy merupakan atapnya dan bekau berbentuk bulat, sebagaimana yang dikira oleh para ahli hukum alam. Dia berbentuk

kubah yang memiliki beberapa tiang yang dibawa oleh para Malaikat dan dia berada di atas alam seperti yang terlihat di atas kepala. Maka, matahari jika berada dalam kubah falak itu di waktu siang, maka dia berada lebih dekat kepada ‘Arsy. Dan jika dia memutar pada falak ke empat menuju tempat tersebut, yaitu waktu pertengahan malam, maka dia semakin jauh dari ‘Arsy. Di saat itu dia sujud dan meminta izin untuk terbit, sebagaimana yang tercantum di dalam beberapa hadist (Katsir : 646- 647).

Dari kedua ayat diatas, maka dapat kita ketahui bahwa Allah swt. telah mengatur dan menetapkan apa yang ada di alam semesta ini, mulai dari yang terbesar sampai yang terkecil. Terbit dan terbenamnya matahari telah diatur dan ditetapkan oleh Allah swt..

Inilah salah satu kekuasaan Allah swt.. Seperti halnya dimana suatu ligan atau senyawa obat yang akan bekerja ketika bertemu dengan reseptor yang tepat. Kerja dari suatu obat dapat bersifat agonis atau antagonis pada suatu reseptor.

Seorang farmasis yang Islami, dalam hal penemuan dan pengembangan obat hendaknya kita meyakini bahwa obat yang ditemukan merupakan perantara dari Allah swt. untuk mengobati penyakit dan atas izin-Nyalah maka penyakit itu akan sembuh.

Dalam hadist yang diriwayatkan oleh Shahih Bukhari no. hadist 5256:

Terjemahnya :

Telah menceritakan kepada kami Muhammad bin Al Mutsanna telah menceritakan kepada kami Abu Ahmad Az Zubairi telah menceritakan kepada kami 'Umar bin Sa'id bin Abu Husain dia berkata; telah menceritakan kepadaku 'Atha` bin Abu Rabah dari Abu Hurairah radiallahu 'anhu dari Nabi shallallahu 'alaihi wassallam beliau bersabda: "Allah tidak akan menurunkan penyakit melainkan menurunkan obatnya juga."

Dari hadist di atas jelas bahwa setiap penyakit ada obatnya. Seiring dengan berjalannya waktu, para peneliti di seluruh dunia terus melakukan percobaan dan pengembangan untuk menemukan obat untuk penyakit–penyakit yang telah ada sampai saat ini, termasuk untuk penyakit kanker. Tanpa usaha dan kerja keras dalam melakukan penelitian dan pengembangan tersebut, maka tidak akan diketahui dan tidak dapat ditemukan obat–obat yang dapat digunakan untuk terapi kanker. Dan sebagai umat Islam, hendaknya ditanamkan dalam diri kita masing–masing bahwa setiap usaha yang kita lakukan haruslah selalu dikembalikan kepada Allah swt.

karena hanya Dia-lah yang Maha menentukan segalanya.

B. Kanker

Kanker masih menjadi penyakit yang menakutkan di dunia. Sel-sel kanker terbentuk ketika sel normal kehilangan mekanisme regulasi secara normal yang mengendalikan pertumbuhan dan penggandaan sel. Sel menjadi "sel nakal" (rogue cell) dan sering kehilangan karakteristiknya khusus yang membedakan jenis suatu sel dari sel yang lain. Ini disebut hilangnya diferensiasi. Neoplasma istilah merupakan pertumbuhan baru dan terminologi yang lebih akurat dari penyakit. Jika kanker terlokalisasi itu dikatakan jinak. Jika sel–sel kanker menyerang bagian lain dari tubuh, proses ini dikenal sebagai metastatis (Patrick, 2009 : 519).

Kanker terjadi karena proliferasi sel tak terkontrol tanpa batas dan tanpa tujuan bagi sel. Istilah kanker mengacu pada lebih dari 100 bentuk penyakit. Meskipun setiap kanker memiliki ciri unik, kanker muncul melalui beberapa proses yang sama yang pada akhirnya bergantung pada perubahan genetik. Agar sel menjadi kanker, perubahan genetik harus : membiarkan sel tetap membelah sehingga sel bersifat imortal (tidak mati), dan membiarkan sel tetap berada dalam kondisi abnormal yang dalam kondisi lain menyebabkan kematian sel (apoptosis). Selain itu, perubahan genetik harus memungkinkan sel kanker merekrut sel normal untuk menunjang dan mengembangkan strategi menyuplai nutrisi agar sel tersebut tetap hidup dan mengembangkan strategi agar sistem imun tidak menghancurkan sel kanker (Corwin, 2009: 66).

Dalam pertumbuhan tumor, sel–sel kanker membutuhkan pasokan asam amino, asam nukleat, basa, karbohidrat, oksigen dan faktor pertumbuhan jika ingin terus

berkembang biak. Sel-sel tumor melepaskan faktor pertumbuhan seperti faktor pertumbuhan endotel vaskular dan faktor pertumbuhan fibroblast yang berinteraksi dengan reseptor pada sel–sel endotel pembuluh darah yang berdekatan dan merangsang sel ini membelah, mengarah ke percabangan dan kapiler yang ada, proses yang dikenal sebagai angiogenesis (Patrick, 2009 : 525).

Kanker memiliki kemampuan untuk menyerang pembuluh darah atau limfatik melalui sirkulasi dan berpindah ke tempat lain (Patrick, 2009 : 526). Metastatis merupakan proses dimana sel–sel tumor menyebar ke situs–situs baru di dalam tubuh dan membangun tumor sekunder. Banyak pasien yang meninggal sebagai akibat dari proses penyebaran metastatis ke organ vital. Sel tumor dapat menyerang pembuluh darah kapiler karena memiliki dinding tipis dan memiliki sedikit perlawanan.

Selanjutnya sel tumor dapat memperbesar ukuran dan masuk pada jaringan sekitarnya. Ketika ujung saraf terkena, maka akan muncul rasa sakit dan tidak nyaman (Thurston, 2007 : 2).

Proses yang terjadi dari satu pembelahan sel ke pembelahan berikutnya disebut dengan siklus sel (Cell Cycle). Siklus pembelahan sel pada dasarnya dibagi dalam dua fase, yaitu 1) fase mitosis (M) dan 2) fase interval (antara akhir mitosis dan awal mitosis yang disebut sebagai interfase). Penggandan DNA terjadi pada interfase yang disebut sebagai fase S (sintesis), sedangkan penggandaan sel terjadi pada fase M (mitosis). Gap/jeda antara akhir fase M dengan awal fase S disebut fase G-1.

Sedangkan gap/jeda antara akhir fase S dengan awal fase M disebut fase G-2.

Sehingga siklus sel dikenal ada empat fase, yaitu fase M, G-1, S, dan G-2 (Sudiana, 2008: 22).

Pada akhir anafase, sel membentuk suatu protein yang disebut Anaphase Promoting Complex (APC). APC menguraikan ikatan kompleks antara siklin AB dengan CDK-1 pada fase M. Selain itu,APC juga memicu protein yang mendorong aktivitas pada fase G-1. Pada fase G-1 ditemukan suatu faktor yang menginduksi fase G-1 untuk masuk ke fase S, faktor ini dikenal sebagai S-Phase Promoting Factor (SPF).

Selanjutnya di akhir dari faseG-2 dan di awal dari fase M ditemukan suat faktor yang menginduksi fase G-2 untuk masuk ke fase M yang disebut M-Phase Promoting Factor (MPF).Khususnya pada suatu mamalia, untuk masuk ke setiap fase akan diinduksi oleh suatu Cyclin Dependent-Protein Kinase (CDK) yang membentuk kompleks dengan Cyclin. Fase G-1 akan diinduksi oleh CDK-4 dan CDK-6 yang membentuk kompleks dengan cyclin-D dan cyclin-E. CDK-cyclin G-1 kompleks ini akan memfosforilasi protein retinoblastoma (p-RB) yang semula memblokir aktivitas faktor transkripsi (seperti E2F, ABL). Proses fosforilasi ini mengakibatkan p-RB menjadi inaktif. Ketidakaktifan dari p-RB mengakibatkan faktor transkripsi menjadi aktif, sehingga disintesis beberapa protein seperti CDC-6p, DBf-4p, CDC-7p, MCM- p, dan beberapa jenis enzim, antara lain polimerase, primase, helikase, ligase, maupun topoisomerase (gyrase) (Sudiana, 2008: 22-23).

Profase Metafase Anafase Telofase Fase M CDK-1

Cyclin A dan Cyclin A, B Ubiquitinasi APC Cyclin B

Fase G1 Fase G2 CDK 4,6

Cyclin D,E CDK–Cyclin G1 Kompleks Topoisomerase I Fosforilasi (Gyrase)

Helikase

Single Strain Binding Faktor transkripsi Protein (SSBP) (E2F,ABL) pRb DNA

pcl Fragmen Okazaki Sintesis protein DNA Ligase (cdc -6p, cdc -7p) (dbf -4f, mcm, enzim)

Primase Faktor transkripsi

(E2F,ABL) aktif pRb aktif Gambar II.1 Siklus pembelahan sel mulai dari fase G-1, S G-2 dan M.

Fase S akan diinduksi oleh CDK-2 yang membentuk kompleks dengan cyclin-A dan cyclin-E, yang disebut CDK cyclin G-2 complex. Adanya kompleks ini akan mengakibatkan terjadinya ikatan antara DBf-4p dengan CDC-7p. Ikatan ini mengakibatkan DBf-4p menjadi aktif, sehingga ia menelusuri untaian DNA sampai menemukan suatu daerah yang dikenal dengan ORC (Origin Recognition Complex) setelah itu CDC-7p dilepas dan DBf-4p berikatan dengan ORC, sehingga terbentuklah OR (Origin Replication). Adanya OR mengakibatkan MCM-p mengalami hiperfosforilasi, sehingga memicu CDC-6p menjadi aktif, dimana CDC-

6p yang aktif ini akan mengubah MCM-p yang semula hiperfosforilasi menjadi hipofosforilasi. MCM-p yang mengalami hipofosforilasi ini memicu pembentukan gelembung replikasi (O). Dengan adanya berbagai enzim seperti primase,polimerase, helikase dan lain-lain, maka pada untaian DNA ini akan terbentuk pasangan rantai baru, yaitu leading strand dan lagging strand/Okazaki fragment. Selanjutnya, dengan adanya enzim helikase maupun gyrase akan akan terbentuk dua untaian DNA baru(Sudiana, 2008: 23).

Selanjutnya, setelah terjadi penggandaan DNA, fase M akan diinduksi oleh CDK-1 yang membentuk kompleks dengan cyclin-A dan cyclin-B yang disebut sebagai CDK- cyclin-M complex. Pada fase inilah penggandaan sel terjadi, yaitu profase, metafase, anafase dan telofase. Pada akhir anafase, terbentuklah suatu protein yang disebut Anaphase Promoting Complex (APC). Kemudian pembelahan akan memasuki siklus pembelahan sel berikutnya, atau ke fase G-0 (Sudiana, 2008: 23).

Apabila terjadi perubahan susunan nukleotida pada DNA, maka perubahan susunan DNA tersebut harus diperbaiki melalui suatu sistem yang dikenal sebagai DNA repair. Faktor yang dapat memicu terjadinya perubahan susunan nukleotida pada DNA disebut sebagai mutagen (Sudiana, 2008: 25). Kerusakan DNA merupakan faktor kunci dari evolusi dan pengobatan kanker (Smith, 2010 : 73).

Karsinogen (carcinogene) merupakan bahan yang dapat memicu terjadinya kanker.

Karsinogen dapat mempengaruhi DNA atau suatu protein yang berperan dapat bersifat pada pengaturan siklus pembelahan sel, seperti protooncogene atau tumor

supressorenge. Pada umumnya, karsinogen dapat dibedakan menjadi tiga kelompok, yaitu bahan kimia, radiasi dan virus (Sudiana, 2008 : 29).

1. Bahan kimia

Apabila bahan yang bersifat karsinogenik masuk ke dalam tubuh, bahan karsinogenik tersebut terlebih dahulu dimetabolisme dalam tubuh. Kemudian, hasilnya didetoksifikasi dan berikutnya diekskresi. Apabila proses ini tidak dapat dilakukan oleh tubuh, maka hasil metabolit dari bahan karsinogenik ini akan mengadakan ikatan dengan rantai DNA, sehingga DNA menjadi cacat (defect). Sebagai akibat dari adanya kecacatan DNA, tubuh berusaha untuk melakukan perbaikan DNA yang dikenal dengan DNA repair. Bila perbaikan DNA ini tidak berhasil, sel yang bersangkutan (sel yang memiliki DNA abnormal) tersebut akan dieksekusi atau dimusnahkan. Apabila proses eksekusi ini tidak mampu dilakukan oleh tubuh, maka sel tersebut memiliki DNA cacat yang bersifat permanen. Kondisi ini dikenal dengan initiation phase. Selanjutnya, sel yang memiliki DNA cacat tersebut akan mengalami proliferasi dan diferensiasi, serta berkembang menjadi ganas (malignant). Kondisi ini dikenal dengan promotion phase. Beberapa contoh dari bahan kimia yang kerjanya langsung memicu terjadinya kanker (Direct-Acting Carcinogenesis) adalah sebagai berikut :

a. Alkylating agents : dimethyl sulfate, β-Propiolactone dan ethylmetane sulfonate (EMS)

b. Polycyclic dan Heterocyclic Aromatic Hydrocarbons : benz(a) anthracene, benzo(a) pyrene dan dibenz(a,h) anthracene

c. Aromatic amines : 2-Napthylamine (β-napthylamine), benzidine dan dimethylaminoazobenzene (Sudiana,2008 : 29-30).

2. Radiasi

Radiasi ultraviolet mempunyai dua efek yang sangat merugikan bagi kehidupan manusia, yaitu mempercepat penuaan kulit dan memicu terjadinya kanker kulit.

Radiasi ultraviolet dapat menimbulkan kecacatan pada basa pirimidin yaitu melalui thymine dimerasi (Sudiana, 2008 : 33)

Selain radiasi ultraviolet, radiasi lain yang juga membahayakan kehidupan manusia adalah radiasi ionisasi, misalnya sinar X, dimana ion ini secara langsung dapat merusak DNA. Selain itu, juga dapat dijumpai kerusakan DNA (mutasi) akibat dari radikal bebas yang ditimbulkannya. Radiasi ionisasi dapat menimbulkan kematian sel atau kecacatan DNA. Adapun dua mekanisme kerja dari radiasi terhadap sel eukariot, yaitu :

a. Secara langsung (direct)

Radiasi tersebut langsung memapar inti sel, yang mengakibatkan terjadinya kerusakan atau kecacatan inti beserta komponennya. Dengan demikian, DNA dari sel tersebut akan mengalami fragmentasi dan akhirnya sel mengalami kematian. Selain itu, dapat juga terjadi kecacatan pada DNA, sehingga membentuk klon baru (transform cell), yang selanjutnya sel ini memicu terjadinya suatu keganasan (malignant) (Sudiana, 2008 : 34).

Radiasi ionisasi

Sel yang mengalami fragmentasi DNA Gambar II.2 Radiasi secara langsung pada inti sel

b. Secara tidak langsung (indirect)

Radiasi yang memapar tubuh individu akan mempengaruhi komponen air yang ada di dalam sel, sehingga terbentuklah suatu bahan yang dikenal sebagai radikal bebas.

Radikal bebas yang terbentuk dapat memicu kematian sel atau menimbulkan mutasi DNA, sehingga terbentuk klon baru (transform cell), yang selanjutnya dapat memicu suatu keganasan (malignant). Reaksinya :

Radiasi ionisasi

Sel yang memiliki DNA defect Gambar II.3 Radiasi secara tidak langsung pada inti sel

H2O HOH ⁺ + e^–

Radiasi DNA defect HOH ⁺ H⁺ + OH*

(OH*) merupakan bagian dari ROS (Reactive Oxigen Species) yang dikenal sebagai radikal bebas, yaitu radikal hidroksil (Sudiana, 2008 : 34 - 35).

3. Virus

Saat ini cukup banyak dijumpai penyakit yang disebabkan oleh virus, antara lain penyakit kanker yang disebabkan baik oleh EBV (Epstein-Barr Virus) dan HPV

(Human Papilloma Virus). Berdasarkan kemampuan virus khususnya untuk menginduksi terjadinya tumor, virus dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu :

a. Kelompok pertama, dimana virus mampu menginduksi tumor pada host-nya setelah melakukan infeksi kronik yaitu antara infeksi dan timbulnya tumor memerlukan interval waktu yang cukup lama.

b. Kelompok kedua, dimana virus menginduksi tumor pada host-nya sangat cepat, yaitu beberapa minggu setelah infeksi, seperti Rous Sarcoma Virus (RSV)yang dapat menginduksi tumor pada berbagai spesies, antara lain mencit, ayam dan kucing (Sudiana, 2008 : 41).

Adapun beberapa golongan terapi kanker dengan menggunakan prinsip target terapi kanker, antara lain sebagai :

1. Inhibitor reseptor tirosin kinase (antibody small molecule inhibitor) dan inhibitor pertumbuhan sel (EGFR &VEGF)

Epidermal Growth Factor Receptor (EGRF), berperan penting pada perkembangan sel tumor. Ligan ini akan merangsang replikasi sel kanker. Perangsangan sel terjadi karena mekanisme fosforilasi intrseluler, kemudian terjadi signaling cascade yang pada akhirnya akan merangsang gen untuk proliferasi sel. Penghambatan jalur–jalur ini sangat potensial untuk terapi kanker dengan cara mengikat ligannya, dengan cara memblok reseptornya, atau dengan cara menghambat jalur signaling (Kurnia, 2011 : 2).

2. Antibodi angiogenesis

Sel kanker memerlukan nutrisi yang dibawa dari pembuluh darah. Pada sel kanker yang terletak di dalam jaringan akan kesulitan dalam mendapatkan nutrisinya, maka dibutuhkan jalur pembuluh darah yang baru, dengan cara mengeluarkan ligan

perangsang pembentukan pembuluh darah baru, yaitu angiogenesis. Prinsip kerja obat ini adalah menghambat reseptor Vascullar Endothellial Growth Factor (VEGF) sehingga ligan tidak bisa berikatan, atau kerjanya mengikat ligan sehingga reseptor tidak terangsang (Kurnia, 2011 : 3).

3. Imunokemoterapi / imunotoksin

Menggunakan antibodi monoklonal sebagai penghantar untuk sampai ke sel tumor kemudian enzim mengaktifkan prodrug pada tumor, hal ini dapat dosis active drug di dalam tumor. Konjugasi antibodi monoklonal dan enzim mengikat antigen permukaan sel tumor, kemudian zat sitotoksik dalam bentuk inaktif prodrug akan mengikat konjugasi antibodi monoklonal dan enzim permukaan sel tumor, akhirnya inaktivasi prodrug terpecah dan melepaskan active drug di dalam tumor (Kurnia, 2011 : 3).

4. Terapi asam nukleat tertarget (Targeted Nucleic Acids Therapy)

Prinsipnya adalah DNA digunakan sebagai pendekatan terapi yang memungkinkan untuk mengatasi dan menyembuhkan penyakit dengan mengubah ekspresi gen (turn of genesis). Teknik terapi gen ditujukan untuk mengganti gen–gen cacat dengan gen yang berfungsi normal. Ada dua mekanisme yang dapat digunakan antara lain : perusakan RNA dan penyisipan DNA.

a. Terapi antisense

Untuk membentuk protein fungsional, diperoleh dari transkripsi DNA menjadi RNA, kemudian dilakukan translasi mRNA menjadi protein. Antisense bekerja pada komplemen mRNA (sense), sehingga akan berikatan kuat menjadi DNA, dan tidak akan ditranslasi.

DNA RNA mRNA polipeptida protein fungsional

b. Small interfering RNA (siRNA)

Mekanisme kerjanya mirip dengan antisense, hanya diperlukan sedikit saja bagian yang komplemen dari sense-nya. Mereka akan terkait kemudian akan membentuk RISC (RNA-induced silencing complex), yang mana akan memotong mRNA (sense) sehingga tidak dapat ditranslasikan.

c. Penyisipan non viral

Prinsipnya adalah memasukkan DNA fungsional ke dalam sel dan menggantinya dengan DNA yang rusak. Pemasukan ini tidak dapat serta merta begitu saja, namun dibutuhkan suatu pembawa yang dapat menghantarkannya kepada sel kanker tersebut. Pembawa tersebut dapat berupa liposom atau nanopartikel (Kurnia, 2011 : 3 - 4).

5. Viroterapi

Mekanisme kerjanya adalah virus menempel pada permukaan sel kanker oleh ikatan antara reseptor yang spesifik. Dikarenakan sel kanker memiliki overexpression glikoprotein reseptor, maka afinitas virus terhadap sel kanker akan tinggi dibandingkan dengan sel normal. Gen virus masuk dan tersisipi ke DNA sel kanker.

Virus akan bereplikasi dengan cepat dan berusaha untuk keluar dengan mengambil lipid pada pemukaan sel, dan keluar secara fisi. Lama–kelamaan sel kanker akan kehabisan lipid, sehingga sel menyusut dan akhirnya hancur (Kurnia, 2011 : 4).

A. Checkpoint Kinase 1 (CHK1) dan CHK1 inhibitor

Respon kerusakan DNA mengakibatkan penundaan siklus sel oleh pos–pos pemeriksaan (Checkpoints) (Jackson, 2000 : 556). CHK1 (Checkpoint kinase 1) merupakan protein kinase yang dikenal sebagai regulator pos pemeriksaan kerusakan

DNA pada ragi (yeast) dan mamalia (Pabla, 2012 : 197). CHK1 (Checkpoint Kinase 1) adalah serin / threonin kinase dan mediator kunci dalam pos pemeriksaan pada fase S dan G2/M. Konsekuensi dari penghambatan CHK1 akan menyebabkan sel kanker dengan kerusakan DNA masuk ke fase mitosis sebelum waktunya dan menghasilkan kematian sel. Oleh karena itu, diharapkan agar jendela terapeutik pada terapi anti kanker dapat menggunakan kombinasi agen perusak DNA dengan CHK1 inhibitor (Huang, 2012: 1).

CHK1 merupakan mediator kunci kematian sel–sel tumor (Meuth, 2010 : 1). CHK1 merupakan target obat dimana ketika dihambat dapat meningkatkan kematian sel–sel tumor (Dent, 2011 : 134). Penghambatan CHK1 akan mengaktifkan ATM (Ataxia- Telangiectasia Mutated)dan CDK1 yang dapat meningkatkan kematian sel yang ditekan oleh sebuah sinyal pengganti kelangsungan hidup (a compensatory survival signal) melalui ERK ½. Penghambatan dari sinyal kelangsungan hidup (survival signal) ERK1/2 menyebabkan pergeseran keseimbangan sinyal sehingga tingkat kematian sel tumor meningkat (Dent, 2011: 135). Penghambatan CHK1 menyebabkan fosforilasi yang cepat dan kuat di fase S sel (Syljuâsen, 2005. 25 : 3554).

Tujuan (ultimate goal) dari terapi antikanker yaitu mematikan sel–sel kanker tanpa menyebabkan kerusakan pada sel–sel yang sehat. Pembagian siklus sel terdiri dari empat fase G1, S, G2 dan M. Siklus sel dikemudikan (driven) oleh aktivasi kinase yang disebut Cyclin-Dependent Kinase. Penghambatan CHK1 dapat memblok siklus sel dan menghentikan pembelahan sel (Prudhomme, 2006 : 55).

Pengobatan kanker dengan menggunakan inhibitor CHK1 meningkatkan kematian sel kanker spesifik pada fase S. Pengobatan dengan inhibitor CHK1 meningkatkan aktivitas CDK (Cyclin-Dependent Kinase) untuk kerusakan DNA yang dimediasi- CDK dalam fase S dan berikutnya terjadinya kematian sel pada sel–sel kanker di fase S (SØrensen, 2011 : 6).

Selain itu, Vitale dkk (2007) melakukan penelitian dan diperoleh hasil bahwa penghambatan CHK1 akan menyebabkan kematian sel tumor tetraploid melalui jalur p53 (Vitale, 2007 : 1).

Adapun beberapa obat yang aktif di CHK1, antara lain :

1. UCN-01, inhibitor CHK1 pertama yang dievaluasi pada manusia yang mempromosikan aktivasi cdk1 dan cdk2 dan dengan demikian mengemudikan (driving) kemajuan (progression) siklus sel dan kematian sel–sel tumor (Dent, 2011 : 134).

Gambar II.4 UCN-01

2. AZD7762 (Astra Zeneca), selektif CHK1 yang mengikat ATP-binding site dari CHK1 (IC50,5 nM) secara in vitro (Dai, 2011 : 65).

Gambar II.5 AZD7762 (Astra Zeneca)

3. LY2603618 (Lilly), inhibitor ini mengikat dan memblok aktivitas CHK1. Data praklinik LY2603618 (Lilly) belum dipublikasikan (Dai, 2011 : 5).

Gambar II.6 LY2603618 (Lilly)

4. CBP501 (CanBas), sebuah peptida dari Cdc25C yang menghambat CHK1 (IC50,3.4 nM) dan CHK2 (IC50,6.5 nM) secara in vitro (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.7 CBP501 (CanBas)

5. PF-00477736 (Pfizer), selektif inhibitor CHK1, berasal dari PF-00394691 yang menghambat CHK1 (Ki, 0.49 nM) dan CHK2 (Ki, 47 nM) secara in vitro (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.8 PF-00477736 (Pfizer)

6. SCH-900776 (Schering-Plough), senyawa ini secara khusus mengikat dan menghambat CHK1, membatalkan checkpoint (abrogating) fase S dan G2/M.

Data praklinik belum dipublikasikan (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.9 SCH-900776 (Schering-Plough)

7. XL844 (Exelixis), sebuah inhibitor ATP-kompetitif (ATP-competitive) CHK1 (Ki, 2.2 nM) dan CHK2 (Ki, 0,07 nM). XL 844 memblok degradasi Cdc25A, membatalkan checkpoint (abrogating) fase S meningkatkan kerusakan DNA dalam respon terhadap gemcitabine dan potensiasi (potentiated) aktivitas gemcitabine secara in vitro dan daam Xenograft (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.10 XL844 (Exelixis)

8. CEP-3891 (Cephalon), merupakan inhibitor CHK1 spesifik dan saat ini dalam tahap pengembangan praklinis dengan potensi menghambat CHK1 (IC50, 4 nM) (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.11 CEP-3891 (Cephalon)

9. CHIR-124 (Chiron), selektif inhibitor CHK1 yang menempati ATP-binding site, menghambat CHK1 (IC50, 0.3 nM) 2.000 kali lipat lebih potensi (potently) dari CHK2 (IC50, 0.7 nM) (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.12 CHIR-124 (Chiron)

10. PD-321852 (Pfizer), senyawa ini katalis (catalitically) menghambat CHK1, yang mengarah (leading) ke stabilisasi Cdc25A dan masuk ke fase mitosis sebelum waktunya dalam respon terhadap gemcitabin. PD-321852 (Pfizer) saat ini sedang dalam pengembangan praklinis (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.13 PD-321852 (Pfizer)

11. MK-1775 (Merck), inhibitor Wee1 (IC50, 24 nM) yang mempotensiasi (potentiates) aktivitas agen perusakan DNA (DNA-damaging) (seperti gemcitabin, cisplatin dan carboplatin) secara in vitro dan in vivo, khususnya pada kanker p53-negatif (p53-negative) (Dai, 2011 : 6).

Gambar II.14 MK-1775 (Merck)

12. PD0166285 (Pfizer), inhibitor Wee1 (IC50, 24 nM) dan menghambat fosforilasi Cdk1/cdc2 pada inhibitory site (yaitu Tyr15/Thr14) (Dai, 2011 : 6-7).

Gambar II.15 PD0166285 (Pfizer)

13. 17-AAG (Tanespimycin) atau KOS-953 (Kosan), CHK1 yang merupakan salah satu dari beberapa protein klien (clientproteins) dari molekul chaperone Hsp90.

Paparan Hsp90 inhibitor 17-AAG turun mengatur (downregulates)CHK1, yang mengarah (leading) ke stabilisasi (stabilization) dan sensitasi (sensitization) terhadap gemcitabine Cdc25A (Dai, 2010 : 7).

Gambar II.16 17-AAG (Tanespimycin)

Aktivitas biologi senyawa aktif inhibitor CHK1 turunan tiazol-4-karboksamid dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel II.1 Data aktivitas CHK1 inhibitor (IC50) dari senyawa turunan thiazol-4- karboksamid

R2

R3 R1

Gambar II.17 Senyawa 1 turunan tiazol-4-karboksamid IC50 : 75 nM

Kode

senyawa R1 R2 R3 IC50

1 75

3 4500

4 760

5 280

8 120

9 86

10 2000

11 4100

13 21000

15 3400

16 87

17 72

18 580

19 520

20 170

21 190

22 5

23 19

25 100

26 1200

27 210

28 36

29 130

30 89

31 110

32 190

33 1500

34 1400

35 5200

36 13000

37 19

38 4

39 5

40 7

41 69

42 440

43 3900

Nilai rata – rata duplo atau triplo dengan standar deviasi ± 10 % (Huang, 2012 : 125).

C. Kimia Komputasi

Dalam industri farmasi, metode komputasi berperan sangat penting dalam desain obat berbasis struktur, misalnya penelitian tentang inhibitor protease HIV. Dalam industri kimia, penelitian telah dikembangkan pada teknik komputasi yang diaplikasikan pada katalis homogen dan heterogen, misalnya ketersediaan perangkat lunak bagi pemodelan zeolit. Hal ini diperkuat dengan keberadaan perangkat lunak mekanika kuantum yang dilengkapi dengan visualisasi dua dimensi (2D) dan tiga dimensi (3D) (Pranowo, 2011: 4).

Interaksi obat dengan reseptor ditentukan oleh kekuatan intermolekular, yaitu oleh sifat hidrofobik, kepolaran, elektrostatik dan interaksi sterik. Hubungan struktur- aktivitas kuantitatif (QSAR) memperoleh model yang menggambarkan ketergantungan struktural–aktivitas biologis baik secara parameter fisikokimia (analisis Hansch), indikator variabel pengkodean fitur struktural yang berbeda (analisis Free Wilson), atau tiga dimensi molekul properti profil senyawa (analisa komparatif medan molekul, CoMFA) (Kubinyi, 1993 : 1).

Obat-obatan, yang mengerahkan efek biologisnya oleh interaksi dengan target tertentu, baik itu enzim, reseptor, saluran ion, asam nukleat, atau apapun lainnya makromolekul biologis, harus memiliki struktur tiga dimensi, yang dalam pengaturan kelompok–kelompok yang fungsional dan sifat permukaan lebih atau kurang komplementer untuk mengikat situs. Sebagai pendekatan pertama berikut dapat disimpulkan: lebih baik cocok sterik dan komplementaritas permukaan sifat obat ke situs adalah mengikat, semakin tinggi afinitas maka akan semakin tinggi aktivitas biologisnya (Kubinyi, 1993 : 1).

Komplikasi timbul dari fungsi makromolekul biologis yang biasanya terlibat dalam interaksi ligan-protein: fitur struktural tertentu dari ligan sangat menentukan apakah suatu senyawa

1. substrat (memiliki kelompok fungsional yang terhidrolisis, terasilasi, teroksidasi, dll., dengan bantuan enzim),

2. inhibitor (menunjukkan afinitas untuk tempat pengikatan enzim, tetapi ada yang tidak mengandung kelompok tersebut),

3. antagonis reseptor kompetitif (memiliki afinitas untuk situs yang mengikat agonis, tapi tidak ada tanggapan mediasi reseptor),

4. alosterik reseptor antagonis (mengikat ke situs lain),

5. antagonis reseptor fungsional (memiliki tidak afinitas untuk molekul reseptor, namun menghambat reseptor respon melalui mekanisme yang berbeda dari tindakan),

6. reseptor agonis (Menampilkan aktivitas intrinsik selain afinitas, yaitu berisi fitur struktural tertentu yang menyebabkan reseptor untuk merespon dengan cara tertentu), atau

7. alosterik efektor molekul (mengikat di sebuah situs yang berbeda protein dan mengubah struktur 3D sedemikian rupa sifat protein tertentu, misalnya konformasi fleksibilitas atau afinitas substrat, agonis, kofaktor atau apapun lainnya kecil atau besar ligan signifikan berubah) (Kubinyi, 1993 : 1).

Desain obat secara rasional tidak dimulai dengan QSAR. Ahli kimia dan ahli biologi selalu mengikuti pedoman rasional, tergantung pada keadaan pengetahuan pada waktu mereka. Namun, dalam 30 tahun terakhir beberapa konsep penting kualitatif berevolusi dari QSAR studi :

1. Peran sifat secara fisikokimia yang berbeda yang bertanggung jawab untuk obat- reseptor interaksi.

2. Pemahaman tentang pengaruh lipofilisitas dan ionisasi pada transportasi dan distribusi obat dalam sistem biologis.

3. Konsep optimal lipofilisitas obat untuk transpor pasif, misalnya absorpsi saluran cerna atau transfer melalui penghalang darah–otak (Kubinyi, 1993 : 3).

Parameter yang menentukan ciri struktur dan sifat tertentu diperlukan untuk mengkorelasikan aktivitas biologis dengan struktur kimia secara kuantitatif.

Parameter fisika–kimia maupun yang lainnya dibedakan menurut:

1. Parameter lipofilisitas, misalnya partisi koefisien dan parameter kromatografi.

2. Parameter polarizabilitas, misalnya molar refraktivitas, molar volume, dan parachor.

3. Elektronik parameter, misalnya konstanta Hammett 0, parameter medan dan resonansi, parameter yang berasal dari data spektroskopi, konstanta transfer daya (charge transfer constants), momen dipol dan parameter kimia kuantum.

4. Parameter sterik, berasal dari hubungan linear energi bebas atau dari pertimbangan geometris.

5. Parameter seperti berat molekul, parameter geometris, konformasi entropi, indeks konektivitas dan parameter topologi lainnya (Kubinyi, 1993 : 21).

B. Pendekatan Analisis dalam HKSA

Ada beberapa model pendekatan hubungan kuantitatif struktur – aktivitas, antara lain pendekatan HKSA Free–Wilson, pendekatan HKSA Hansch, pendekatan kuantum, dan pendekatan konektivitas molekul (Siswandono, 2000 : 255)

1. Model Pendekatan HKSA Free-Wilson

Free dan Wilson (1964) mengembangkan suatu konsep hubungan struktur dan aktivitas biologis obat yang dinamakan model de novo atau model matematik Free-