Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

17
CCRC Farmasi UGM File 1 MEKANISME DAN REGULASI APOPTOSIS Pengertian apoptosis Apoptosis adalah mekanisme kematian sel yang terprogram yang penting dalam berbagai proses biologi. Berbeda dengan nekrosis, yang merupakan bentuk kematian sel sebagai akibat sel yang terluka akut, apoptosis terjadi dalam proses yang diatur sedemikian rupa yang secara umum memberi keuntungan selama siklus kehidupan suatu organisme (Gambar 1). Contohnya adalah pada diferensiasi jari manusia selama perkembangan embrio membutuhkan sel-sel di antara jari-jari untuk apoptosis sehingga jari-jari dapat terpisah. Gambar 1. Perbedaan apoptosis dan nekrosis Sejak awal tahun 1990, penelitian mengenai apoptosis berkembang dengan pesat. Penelitian mengenai apoptosis dimulai dengan studi pada Caenorhabditis elegans. Cacing dewasa memiliki 1000 sel, di mana selama perkembangannya ada 131 sel yang mati. Ada 2 bentuk mutasi ditemukan yaitu ced 3 dan ced 4. Sekuen ced 3 homolog dengan Interleukin Converting Enzyme (ICE) yang dibutuhkan untuk aktivasi proteolitik dari prekursor interleukin 1, di mana selama aktivasi ada hormon tertentu yang dilepaskan oleh sel imun tertentu yang dapat memacu terjadinya inflamasi. Hal ini menunjukkan bahwa proteolisis dibutuhkan untuk apoptosis.

Transcript of Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

Page 1: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

1

MEKANISME DAN REGULASI APOPTOSIS Pengertian apoptosis

Apoptosis adalah mekanisme kematian sel yang terprogram yang penting

dalam berbagai proses biologi. Berbeda dengan nekrosis, yang merupakan bentuk

kematian sel sebagai akibat sel yang terluka akut, apoptosis terjadi dalam proses yang

diatur sedemikian rupa yang secara umum memberi keuntungan selama siklus

kehidupan suatu organisme (Gambar 1). Contohnya adalah pada diferensiasi jari

manusia selama perkembangan embrio membutuhkan sel-sel di antara jari-jari untuk

apoptosis sehingga jari-jari dapat terpisah.

Gambar 1. Perbedaan apoptosis dan nekrosis

Sejak awal tahun 1990, penelitian mengenai apoptosis berkembang dengan

pesat. Penelitian mengenai apoptosis dimulai dengan studi pada Caenorhabditis

elegans. Cacing dewasa memiliki 1000 sel, di mana selama perkembangannya ada

131 sel yang mati. Ada 2 bentuk mutasi ditemukan yaitu ced 3 dan ced 4. Sekuen ced

3 homolog dengan Interleukin Converting Enzyme (ICE) yang dibutuhkan untuk

aktivasi proteolitik dari prekursor interleukin 1, di mana selama aktivasi ada hormon

tertentu yang dilepaskan oleh sel imun tertentu yang dapat memacu terjadinya

inflamasi. Hal ini menunjukkan bahwa proteolisis dibutuhkan untuk apoptosis.

Page 2: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

2

Peranan apoptosis Apoptosis memiliki peranan penting dalam fenomena biologis, proses

apoptosis yang tidak sempurna dapat menyebabkan timbulnya penyakit yang sangat

bervariasi. Terlalu banyak apoptosis menyebabkan sel mengalami kekacauan,

sebagaimana terlalu sedikit apoptosis juga menyebabkan proliferasi sel yang tidak

terkontrol (kanker). Beberapa contoh penyakit yang ditimbulkan karena apoptosis yang

tidak sempurna antara lain:

a. Penyakit autoimun disebabkan karena sel T/B yang autoreaktif terus menerus.

b. Neurodegeneration, seperti pada penyakit Alzheimer dan Parkinson, akibat dari

apoptosis prematur yang berlebihan pada neuron di otak. Neuron yang tersisa

tidak mempunyai kemampuan untuk meregenerasi sel yang hilang.

c. Stroke iskemik, aliran darah ke bagian-bagian tertentu dari otak dibatasi

sehingga dapat menyebabkan kematian sel saraf melalui peningkatan

apoptosis.

d. Kanker, sel tumor kehilangan kemampuannya untuk melaksanakan apoptosis

sehingga proliferasi sel meningkat.

Fungsi apoptosis a. Sel yang rusak atau terinfeksi

Apoptosis dapat terjadi secara langsung ketika sel yang rusak tidak bisa diperbaiki lagi

atau terinfeksi oleh virus. Keputusan untuk melakukan apoptosis dapat berasal dari sel

itu sendiri, dari jaringan di sekitarnya, atau dari sel yang merupakan bagian sistem

imun. Jika kemampuan sel untuk ber-apoptosis rusak atau jika inisiasi apotosis

dihambat, sel yang rusak dapat terus membelah tanpa batas, berkembang menjadi

kanker.

b. Respon terhadap stress atau kerusakan DNA

Kondisi stress sebagaimana kerusakan DNA sel yang disebabkan senyawa toksik atau

pemaparan sinar ultraviolet atau radiasi ionisasi (sinar gamma atau sinar X), dapat

menginduksi sel untuk memulai proses apoptosis. Contohnya pada kerusakan genom

dalam inti sel, adanya enzim PARP-1 memacu terjadinya apoptosis. Enzim ini memiliki

peranan penting dalam menjaga integritas genom, tetapi aktivasinya secara berlebihan

dapat menghabiskan ATP, sehingga dapat mengubah proses kematian sel menjadi

nekrosis (kematian sel yang tidak terprogram).

Page 3: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

3

c. Homeostasis

Homeostasis adalah suatu keadaan keseimbangan dalam tubuh organisme yang

dibutuhkan organisme hidup untuk menjaga keadaan internalnya dalam batas tertentu.

Homeostasis tercapai saat tingkat mitosis (proliferasi) dalam jaringan seimbang

dengan kematian sel. Jika keseimbangan ini terganggu dapat terjadi :

1. sel membelah lebih cepat dari sel mati.

2. sel membelah lebih lambat dari sel mati.

Mekanisme apoptosis Mekanisme apoptosis sangat kompleks dan rumit. Secara garis besarnya apoptosis

dibagi menjadi 4 tahap, yaitu :

1. Adanya signal kematian (penginduksi apoptosis).

2. Tahap integrasi atau pengaturan (transduksi signal, induksi gen apoptosis yang

berhubungan, dll)

3. Tahap pelaksanaan apoptosis (degradasi DNA, pembongkaran sel, dll)

4. Fagositosis.

Signal Penginduksi Apoptosis

Apoptosis tidak memerlukan suatu proses transkripsi atau translasi. Molecular

machine yang dibutuhkan untuk kematian sel dianggap mengalami dormansi dan

hanya memerlukan aktivasi yang cepat. Signal yang menginduksi apoptosis bisa

berasal dari ekstraseluler dan intraseluler.

Signal ekstraseluler contohnya hormon hormon. Hormon tiroksin menginduksi

apoptosis pada ekor tadpole. Apoptosis juga bisa dipicu oleh kurangnya signal yang

dibutuhkan sel untuk bertahan hidup seperti growth factor. Sel lain, sel berhubungan

dengan sel yang berdekatan juga bisa memberikan signal untuk apoptosis.

Signal intraseluler misalnya radiasi ionisasi, kerusakan karena oksidasi radikal bebas,

dan gangguan pada siklus sel.

Kedua jalur penginduksi tersebut bertemu di dalam sel, berubah menjadi famili

protein pengeksekusi utama yang dikenal sebagai caspase. Sel yang berbeda

memberikan respon yang berbeda terhadap penginduksi apoptosis. Misalnya sel

splenic limfosit akan mengalami apoptosis saat terpapar radiasi ionisasi, sedangkan

sel myocyte tidak mengalami apoptosis untuk pemaparan yang sama.

Page 4: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

4

Regulator Molekuler dari Apoptosis

Signal kematian dihubungkan dengan pelaksanaan apoptosis oleh tahap

integrasi atau pengaturan. Pada tahap ini terdapat molekul regulator positif atau

negatif yang dapat menghambat, memacu, mencegah apoptosis sehingga

menentukan apakah sel tetap hidup atau mengalami apoptosis (mati).

Apoptosis diperantarai oleh famili protease yang disebut caspase, yang

diaktifkan melalui proteolisis dari bentuk prekursor inaktifnya (zymogen). Caspase

merupakan endoprotease yang memiliki sisi aktif Cys (C) dan membelah pada terminal

C pada residu Asp, oleh karena itu dikenal sebagai Caspases (Cys containing Asp

specific protease).

Saat ini telah ditemukan 13 anggota famili caspases pada manusia. Beberapa

anggota famili caspase yang terlibat dalam apoptosis dibedakan menjadi 2 golongan.

Golongan yang pertama terdiri dari caspase 8, 9,10 yang mengandung prodomain

yang panjang pada terminal N, fungsinya sebagai inisiator dalam proses kematian

sel. Golongan yang kedua terdiri dari caspase 3, 6, 7 yang mengandung prodomain

yang pendek dan berfungsi sebagai efektor, membelah berbagai substrat yang mati

yang pada akhirnya menyebabkan perubahan morfologi dan biokimia yang tampak

pada sel yang mengalami apoptosis. Molekul efektor lain dalam apoptosis adalah

Apaf-1 (apoptotic protease activating factor) bersama sitokrom c mengambil pro-

caspase 9 di ATP-dependent manner, dan menstimulasi proses perubahan pro-

caspase 9 menjadi caspase 9.

Regulator apoptosis yang lain adalah anggota famili Bcl-2. Saat ini ada 18

anggota famili Bcl-2 yang telah diidentifikasi, dan dibagi ke dalam 3 grup berdasarkan

strukturnya. Anggota grup pertama diwakili oleh Bcl-2 dan Bcl-xL yang berfungsi

sebagai anti-apoptosis. Anggota grup kedua diwakili oleh Bax dan Bak (Bcl-2

associated killer), sebagaimana anggota grup yang ketiga yaitu Bid (a novel BH3

domain-only death agonist) dan Bad (the Bcl-2 associated death molecule),

merupakan molekul pro-apoptosis (Gambar 2).

Page 5: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

5

Gambar 2. Anggota famili bcl-2

ICE (Interleukin Converting Enzim) secara normal tidak terlibat dalam

apoptosis, tetapi aktivasi tiruannya dalam sel mamalia, dapat mendorong ke arah

tersebut. Masing-masing caspase mempunyai urutan yang sama, dirancang untuk

membelah, maka menjadi jelas caspase membelah satu sama lain dalam suatu jalur

mekanisme pengaktifan.

Dua rangkaian caspase saling melibatkan. Yang satunya menginisiasi proses

aktivasi caspase lainnya. Pertanyaannya siapa yang mengaktifkan caspase yang

pertama? Tampak meragukan, sampai peneliti menemukan bahwa caspase dapat

diaktifkan jika mereka mengumpul pada konsentrasi kritik. Ini bisa terjadi oleh ikatan

molekul signal bunuh diri di permukaan sel. Perubahan konformasi reseptor dapat

mendorong ke arah agregasi dari molekul reseptor permukaan dengan serentak

dengan agregasi caspases intraseluler reseptor agregasi.

Target Caspase Apoptosis melibatkan:

1. memadatkan inti sel

2. memadatkan dan membagi-bagi sitoplasma ke dalam selaput ikat badan

apoptotis

3. rusaknya kromosom ke dalam fragmen yang berisi berbagai nukleosom

Target protein pada umumnya harus protein lain, suatu DNA endonuklease.

Ketika protein target pecah, DNase bebas untuk berpindah tempat ke inti dan mulai

pelaksanaan. Perubahan dalam apoptosis terjadi ketika caspase 3 membelah gelsolin,

suatu protein dilibatkan dalam pemeliharaan morfologi sel. Gelsolin yang dibelah

Page 6: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

6

membelah actin filamen di dalam sel. Protein yang lain diperlukan untuk membentuk

badan apopotic: suatu kinase yang disebut p21-activated kinase 2 (PAK-2). Kinase ini

diaktifkan oleh caspase-3 dengan proteolisis terbatas.

Tahap Pelaksanaan Apoptosis

Apoptosis pada sel dapat terjadi melalui 2 jalur, yaitu : jalur ekstrisik dan jalur intrinsik. Jalur ekstrisik diinisiasi melalui stimulasi dari reseptor kematian (death

receptor) sedangkan jalur intrinsik diinisiasi melalui pelepasan faktor signal dari

mitokondria dalam sel.

Peristiwa apoptosis jalur ekstrinsik dimulai dari adanya pelepasan molekul

signal yang disebut ligan oleh sel lain tetapi bukan berasal dari sel yang akan

mengalami apoptosis. Ligan tersebut berikatan dengan death receptor yang terletak

pada transmembran sel target yang menginduksi apoptosis. Death receptor yang

terletak di permukaan sel adalah famili reseptor TNF (Tumor Necrosis Factor), yang

meliputi TNF-R1, CD 95 (Fas), dan TNF-Related Apoptosis Inducing Ligan (TRAIL)-R1

dan R2.

Ligan yang berikatan dengan reseptor tersebut akan mengakibatkan caspase

inisiator 8 setelah membentuk trimer dengan adaptor FADD (Fas Associeted Death

Domain). Kompleks yang terbentuk antara ligan-reseptor dan FADD disebut DISC

(Death Inducing Signaling Complex). CD 95, TRAIL-R1 dan R2 terikat dengan FADD,

sedangkan TNF-R1 terikat secara tidak langsung melalui molekul adaptor lain, yaitu :

TNF-Reseptor Associeted Death Domain protein (TRADD).

Stress mitokondria yang menginduksi apoptosis jalur intrinsik disebabkan

oleh senyawa kimia atau kehilangan faktor pertumbuhan, sehingga menyebabkan

gangguan pada mitokondria dan terjadi pelepasan sitokrom c dari intermembran

mitokondria. Protein capcase-8 akan memotong anggota famili Bcl-2 yaitu Bid.

Kemudian Bid yang terpotong pada bagian ujungnya akan menginduksi insersi Bax

dalam membran mitokondria dan melepaskan molekul proapoptotik seperti sitokrom c,

Samc/Diablo, Apoptosis Inducing Factor (AIF), dan omi/Htr2. dengan adanya dATP

akan terbentuk kompleks antara sitokrom c, APAF1 dan caspase 9 yang disebut

apoptosom. Selanjutnya, capcase 9 akan mengaktifkan downstream procaspase-3.

Protein caspase 3 yang aktif memecah berbagai macam substrat, diantaranya

enzim DNA repair seperti poly-ADP Ribose Polymerase (PARP) dan DNA protein

kinase yaitu protein struktural seluler dan nukleus, termasuk aparatus mitotik inti,

lamina nukleus, dan aktin serta endonuklease, seperti Caspase-Aktivated

Deoxyribonuklease Inhibitor (ICAD) dan konstituen seluler lainnya. Selain itu, caspase

Page 7: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

7

3 juga mempunyai kemampuan untuk mengaktifkan caspese lainnya, seperti

procaspase-6 dan procaspase-7 yang memberikan amplifikasi terhadap kerusakan

seluler.

Adanya seluler stres meningkatkan ekspresi dari protein p53 yang

mengakibatkan terjadinya GI arrest atau apoptosis. Anggota dari apoptosis Stimulating

Protein p53 (ASPP) yaitu ASPP 1 dan ASPP 2 secara spesifik menstimulasi fungsi

transsktivasi p53 pada promotor gen proapoptotik seperti Bax dan p53 Inducible Gene

3 (PIG 3), tapi tidak pada promotor gen yang menyebabkan cell cycle arrest, yaitu p21

dan MDM2.

Tahapan apoptosis jalur ekstrinsik/deatch receptor pathway Jalur ini khas pada sistem imun dan digunakan untuk menghilangkan sel T

yang aktif pada akhir dari respon imun. Jalur ini terutama diperantarai oleh perforin /

granzyme. Tahap-tahap apoptosis dalam death receptor pathway :

i. Ikatan antara FasL, suatu TNF (Tumor Necrosis Factor) dengan reseptornya.

TNF adalah molekul penginduksi interseluler yang berupa asam amino-157, dihasilkan

terutama oleh makrofag yang teraktivasi, merupakan mediator apoptosis ekstrinsik

utama. Ada 2 macam reseptor untuk TNF yaitu TNFR-1 dan TNFR-2. TNF yang

berikatan dengan TNFR-1 yang dapat menginisiasi jalur aktivasi caspase. Fas (Apo-1

atau CD 95) adalah reseptor untuk signal apoptosis ekstrinsik lain pada membran sel,

dan termasuk famili reseptor TNF. FasL (Fas ligan) adalah protein yang berikatan

dengan Fas untuk mengaktifkan jalur Fas. Fas merupakan protein transmembran yang

juga termasuk famili TNF.

Page 8: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

8

ii. Ikatan FasL dengan Fas menginduksi reseptor untuk mengelompok (trimerisasi)

Gambar Ikatan FasL dengan Fas menyebabkan trimerisasi reseptor

Mitocondrial Pathway

Riset mengindikasi keterlibatan mitokondria dalam jalur apoptotis. Sitokrom c,

suatu heme protein yang bertindak sebagai suatu pembawa elektron dalam fosforilasi

oksidasi mitokondria, pemberhenti elektron cytochrome C oxidase atau kompleks IV,

keluar intermembran dan mengikat protein sitoplasmik yang disebut Apaf-1. Yang

kemudian mengaktikan suatu inisiator caspase-9 di sitoplasma.

Protein ini keluar mitokondria setelah perubahan potensiasi eletrokimia di

membran. Perubahan potensial menyebabkan terbukanya suatu kanal yang non-

spesifik dalam membran yang permeabel, terdiri atas dua protein selaput bagian

dalam (adenine nucleotide translocator-ANT) dan suatu protein bagian luar (porin,

iii. Pengikatan FADD (Fas associated death domain protein) pada domain kematian (death domain).

iv. DED (death effector domain) dari FADD mengikat pro-caspase 8. Kompleks yang terbentuk disebut DISC (death-inducing signaling complex), kompleks ini mengaktivasi pro-caspase 8.

v. Caspase 8 yang teraktivasi (heterotetramer) dilepaskan dari DISC ke sitoplasma. Caspase 8 termasuk caspase inisiator yang akan mengaktivasi caspase eksekutor terutama melalui pro-caspase 3

Page 9: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

9

yang voltage-gated-kanal anion VDAC). Protein ini bertindak bersama-sama,

kemungkinan pada sisi luar dan sisi dalam terjadi kontak. Saluran ini dapat dilewati zat

yang memiliki bobot molekular kurang dari 1500. Perubahan gradien proton

menyebabkan oksidasi dan foforilasi di mitokondria perubahan kekuatan ion

menyebabkan pembekakan matriks. Karena sisi bagian dalam sangat kusut dan

memilki luas permukaan jauh lebih besar dibanding selaput yang luar, bengkak pada

matriks mengarah rusaknya sisi luar, sehingga sitokrom c dan Apaf-1 keluar masuk

sitoplasma.

Jalur ini biasa diaktifkan dalam respon stimulus letal yang lain seperti

pengrusakan DNA, stress oksidatif, dan hipoksia. Mitokondria mengandung faktor pro-

apoptosis seperti sitokrom c dan AIF (apoptosis inducing factors). Keduanya

merupakan substrat yang berbahaya, akan tetapi tersimpan aman dalam mitokondria.

Saat keduanya dilepaskan ke sitoplasma dapat mengaktifkan jalur aktivasi caspase.

Pelepasannya diatur oleh famili Bcl-2 yang terikat dengan mitokondria, yaitu Bax dan

Bad.

Sitokrom c dalah protein heme yang berperan sebagai pembawa elektron yang

larut dalam air dalam fosforilasi oksidatif mitokondria. Bila terjadi kumparan elektron

melalui sitokrom c oxidase atau kompleks IV, adanya perubahan kekuatan ion

menyebabkan gelombang matriks. Saat membran dalam mitokondria memiliki

permukaan yang lebih luas dibanding membran luar maka gelombang matriks

menyebabkan nonspecific inner membrane permeability transition pore terbuka

sehingga sitokrom c keluar ke sitoplasma. Sitokrom c yang keluar ke sitoplasma

kemudian berikatan dengan Apaf-1 membentuk CARD (Caspase Recruitment

domain). Beberapa CARD bergabung membentuk kompleks apoptosome kemudian

mengikat pro-caspase 9 dan mengaktivasinya menjadi caspase 9 (caspase inisiator).

Caspase 9 ini akan mengaktivasi procaspase-3 menjadi caspase 3 yang merupakan

caspase efektor yang melaksanakan apoptosis.

Page 10: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

10

Caspase memecah protein menyebabkan inti sel pecah. Protein yang

merupakan target caspase biasanya terikat dengan protein lain, yaitu sebuah DNA

endonuklease. Saat protein pecah, DNase bebas bermigrasi ke nukleus dan

memecahnya. Perubahan membran terjadi saat caspase 3 memecah gelsolin, suatu

protein yang terlibat dalam pemeliharaan morfologi sel. Gelsolin yang terpecah akan

membelah filamen aktin di dalam sel. Caspase 3 juga mengaktivasi kinase yang

disebut p21-activated kinase 2 (PAK 2) melalui proteolisis. PAK2 termasuk protein

yang dibutuhkan dalam membentuk apoptotic body.

Selama apoptosis mitokondria mengalami perubahan yang disebabkan oleh :

a. Gangguan oksidasi-fosforilasi dan transport elektron karena radiasi dan

adanya second messenger tertentu seperti ceramide.

b. Perubahan dalam potensial redoks sel dan turunan Reactive Oxygen

Species (ROS).

c. Kerusakan DNA.

d. Kerusakan DNA memacu ekspresi protein yang dikenal sebagai p53.

protein ini menyebabkan penghambatan pembelahan sel atau

apoptosis, dimana keduanya akan mnjaga sel dari menjadi sel tumor.

Oleh karena itu gen p53 adalah gen tumor suppressor.

e. Peningkatan ion Ca2+ intraseluler melalui tranduksi signal.

Page 11: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

11

Death Receptor Pathway dan Mitocondrial Pathway bertemu saat caspase inisiator

(caspase 8, 9, 10) menghasilkan aktivasi caspase efektor (caspase 3, 6, 7).

Gambar Pertemuan Death ReceptorPathway dan Mitocondrial Pathway

Tahap Fagositosis Sel yang terfragmentasi menjadi apoptotic body mengeluarkan signal “eat me”

yang dikenali oleh fagosit. Ada 2 macam fagosit, yaitu :

• Fagosit professional, contohnya sel makrofag.

• Fagosit semiprofesional, sel tetangga dari sel yang mengalani apoptosis.

Adanya sel-sel fagosit ini dapat menjamin tidak timbulnya respon inflamasi setelah

terjadinya apoptosis.

Sel fagosit juga harus dihilangkan setelah aktif bekerja. Sel imun aktif mulai

mengekspresikan Fas beberapa hari setelah aktivasi, mentargetkannya untuk

eliminasi. Beberapa sel yang stress dapat mengekspresikan Fas dan FasL lalu

digunakan untuk bunuh diri. Akan tetapi sebagian besar hanya dapat

mengekspresikan Fas, sedangkan FasL diekspresikan terutama oleh sel T aktif.

Page 12: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

12

Gambar 3. Transduksi signal apoptosis secara garis besar

Penginduksi apoptosis dikategorikan dalam 3 grup, yaitu faktor kematian, obat

anti-kanker yang genotoksik, factor deprivation. Fas ligan, salah satu contoh faktor

kematian, berikatan dengan reseptor Fas, menyebabkan trimerisasi. Domain kematian

yang mengalami trimerisasi dalam sitoplasma mengikat pro-caspase 8 melalui

FADD/MORT1 membentuk DISC. Pro-caspase 8 mengalami autoaktivasi pada DISC

menjadi bentuk enzim yang aktif. Ada 2 jalur aktivasi caspase 3 melalui caspase 8 :

1) Caspase 8 secara langsung mengubah pro-caspase 3 menjadi caspase 3.

Caspase 3 membelah berbagai protein sel termasuk ICAD sehingga CAD

dilepaskan dari ICAD, lalu mendegradasi kromosom DNA.

2) Caspase 8 membelah Bid, molekul pro-apoptosis yang termasuk famili Bcl-2,

yang kemudian ditranslokasikan ke mitokondria untuk melepaskan sitokrom c

ke sitosol. Bcl-2 atau Bcl-xl, molekul anti-apoptosis, dapat menghambat

pelepasan sitokrom c dengan mekanisme yang belum diketahui dengan pasti.

Sitokrom c bersama Apaf-1 mengaktifkan Caspase 9, dimana caspase 9

kemudian mengaktifkan caspase 3. Caspase 3 membelah berbagai protein sel

termasuk ICAD sehingga CAD dilepaskan dari ICAD lalu mendegradasi

kromosom DNA.

Page 13: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

13

Obat anti-kanker yang genotoksik seperti etoposida dan radiasi γ

menyebabkan kerusakan kromosom DNA. Signal tersebut ditransfer ke mitokondria

oleh p53 melalui mekanisme yang belum diketahui. Hal ini dapat menyebabkan

pelepasan sitokrom c dari mitokondria dan mengaktifkan caspase 9 seperti dijelaskan

di atas.

Apoptosis yang diinduksi oleh factor deprivation dapat dipelajari dengan baik

menggunakan IL-3 dependent myeloid cell lines. Dengan keberadaan IL-3, signal dari

reseptor IL-3 menyebabkan fosforilasi Bad, molekul pro-apoptosis famili Bcl-2. Bad

yang terfosforilasi tertangkap oleh adaptor 14-3-3. Bila IL-3 sudah tidak ada lagi maka

Bad yang tak terfosforilasi dilepaskan dari 14-3-3, lalu ditranslokasikan ke mitokondria

untuk melepaskan sitokrom c untuk mengaktifkan caspase 9.

Pengendalian Apoptosis Haruslah jelas sel menjaga kontrol caspases. Dua spesies untuk menginhibisi

apoptosis adalah protein mitochondrial Bcl-2 dan Bcl-xL, yang dapat menghalangi

pelepasan sitokrom c dari mitokondria. Protein keluarga Bcl mempunyai suatu gugus

hidrofob dan terikat di sisi luar permukaan mitokondria dan organel lain seperti inti dan

retikulum endoplasma. Protein ini mampu membentuk kanal ion di liposom.

Page 14: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

14

Sejauh ini 15 anggota keluarga ini (ced-9 yang dihubungkan dengan C.

elegans) telah ditemukan di manusia. Bcl-2 dapat juga mengikat Apaf-1 dan

menghalangi pengaktifan inisiasi caspase 9. Bcl-2 diatur oleh perubahan ekspresi gen

Bcl-2, dengan post-translational fosforilasi oleh kinase, atau oleh pecahnya caspase.

Kelebihan ekpresi Bcl-2 dapat menyebabkan suatu sel menjadi suatu sel tumor.

Anggota lain keluarga, BAX dan BAD yang mengikat mitokondria dan memfasilitasi

apoptosis dengan menstimulasi pelepasan sitokrom C. Sebagai tambahan, protein lain

yang disebut IAPS (inhibitor of apoptosis) dapat menghalangi caspase atau protein

apoptotis lainnya.

Tabel 1. Beberapa molekul regulator yang berperan dalam apoptosis :

worker synonym apoptosis job

chromosome

pro anti

Apaf-1 CED4 + ?

API3 Xiap + Xq25

HILP

Bak1 Bcl-2L7 + 6p21

Bax + 19q13

Bcl-2 + 18q21

Bid + + 22q11

Bik NBK + ?

Casp 2 ICH1 + 7q35

NEDD2

Casp 3 CPP32B + 4q33

Yama

CPP32

apopain

Casp 4 TX + 11q22

ICH-2

ICE-rel-II

Casp 6 MCH2 + 4q25

Casp 7 MCH3 + 10q25

ICE-LAP3

CMH-1

Page 15: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

15

Casp 8 MACH + 2q33

MCH5

FLICE

Casp 9 APAF3 + ?

MCH6

ICE-LAP6

Casp 10 MCH4 + 2q33

DAP-3 + 1q21

DFFB + ?

FADD MORT-1 + 11q13

Fas APT1 + 10q24

CD95

Apo-1

Fas1

TNFRSF6

granzyme B GZMB + 14q11

CTLA1

CSPB

CCPB1

CGL-1

CSP-B

NOL3 + ?

Parp + 1q42

UBL1 PIC1 + 2q32

GMP1

SMT3C

SUMO-1

SMT3H3

sentrin

Page 16: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

16

Mengenali sel yang apoptosis Sel yang mengalami apoptosis dapat diamati dengan menggunakan mikroskop

cahaya maupun mikroskop elektron melalui ciri-ciri morfologis yang ditampakkan. Ciri-

ciri tersebut antara lain :

a. Sel menjadi bulat (sirkuler). Ini terjadi karena struktur protein yang menyusun

sitoskeleton dicerna oleh enzim peptidase spesifik yang disebut caspaspse

yang telah diaktifkan di dalam sel.

b. Kromatin (DNA dan protein-protein yang terbungkus di dalam inti sel) mulai

mengalami degradasi dan kondensasi.

c. Kromatin mengalami kondensasi lebih lanjut, menjadi semakin memadat. Pada

tahap ini, membran yang mengelilingi inti sel masih tampak utuh, walaupun

caspase tertentu telah melakukan degradasi protein pori inti sel dan mulai

mendegradasi lamin yang terletak dalam lingkungan inti sel.

d. Lingkungan dalam inti sel tampak terputus dan DNA di dalamnya

terfragmentasi (proses ini dikenal dengan karyorrhexis). Inti sel pecah

melepaskan berbagai bentuk kromatin atau unit nukleosom karena disebabkan

degradasi DNA.

e. Plasma membran mengalami blebbing.

f. Sel tersebut kemudian di’makan’ atau pecah menjadi gelembung-gelembung

yang disebut apoptotic bodies dan kemudian di’makan’.

Sel yang mengalami apoptosis juga dapat dikenali dengan :

a. Penandaan inti yang mengalami kondensasi dengan pewarna fluorescence

Hoechst atau DAPI.

b. Sel yang mengalami apoptosis mengeluarkan PS (Phosphatidil Serin) pada

permukaan ekstraselulernya, sehingga dapat ditandai dengan annexin V yang

dilabeli fluorescence. PS secara normal terdapat pada cytosolic surface dari

membran plasma (di bagian dalam membran plasma), tetapi diredistribusikan

ke permukaan ekstraseluler selama apoptosis oleh protein hipotetik yang

dikenal sebagai scramblase.

c. DNA yang terfagmentasi dapat dideteksi dengan TUNEL (Terminal

deoxynuclotidyltransferase-mediated UTP end labelling) atau elektroforesis

DNA yang diisolasi dalam gel agarosa. TUNEL juga dapat digunakan untuk

mendeteksi enzim yang terlibat dalam pengrusakan inti sel.

Page 17: Mekanisme Dan Regulasi Apoptosis1

CCRC Farmasi UGM File

17