Download - MOLECULAR DOCKING SENYAWA KURKUMIN DAN ANALOGNYA … · tradisional telah dimanfaatkan dalam penyembuhan penyakit. ... pengobatan penyakit parkinson dengan menghambat enzim Monoamine

Jurnal Dinamika, September 2014, halaman 60- 75

ISSN 2087 - 7889

Vol. 05. No. 2

60

SIMULASI MOLECULAR DOCKING SENYAWA KURKUMIN DANANALOGNYA SEBAGAI SELECTIVE ANDROGEN RECEPTOR

MODULATORS (SARMs) PADA KANKER PROSTAT

Arwansyah, Hasrianti

Program Studi Kimia, Fakultas SainsUniversitas Cokroaminoto Palopo

ABSTRAK

Kurkumin yang dapat diperoleh dari rimpang kunyit maupun temulawak merupakankomponen bioaktif yang telah lama digunakan oleh masyarakat dalam pengobatan berbagaipenyakit diantaranya dapat mengobati kanker khususnya kanker prostat. Potensi analogkurkumin sebagai kandidat obat dalam pengobatan kanker prostat dapat dilakukan secara insilico melalui penambatan molekular (molecular docking). Dari hasil molecular dockingdiperoleh energi ikatan (∆G) dari kurkumin dan analognya yang lebih stabil jikadibandingkan dengan bikalutamida sehingga kurkumin dan analog yang digunakannmemiliki potensi sebagai SARMs terhadap reseptor androgen. Analog 2 merupakan liganyang paling stabil jika dibandingkan dengan analog kurkumin lainnya yaitu sebesar -8,4kkal/mol. Hal tersebut berkaitan erat dengan interaksi antara analog 2 terhadap reseptorandrogen pada pembentukan konformasi yang paling stabil. Ikatan hidrogen pada analog 2melibatkan residu Arg752, Asn705 dan Thr877. Residu-residu tersebut merupakan area penting(bindingsite) pada pengikatan reseptor androgen terhadap ligan alaminya yaitu hormonandrogen.

Kata kunci: molecular docking, kurkumin, kanker prostat

PENDAHULUAN

Kanker adalah penyakit yangditandai dengan pembelahan sel yang tidakterkendali dan kemampuan sel-sel tersebutuntuk menyerang jaringan biologis yanglain (Gaurisankar & Tanya 2008; Zhuanget al. 2008). Ilmu biologi dan kedokteransaat ini sudah mengakui peran berbagaisenyawa toksik yang menyebabkanterbentuknya sel kanker pada tubuhmakhluk hidup dan perubahan sel-seltersebut menjadi tumor yang lebih ganas(Donaldson 2004). Kanker yang

berkembang di prostat dalam sistemreproduksi lelaki merupakan kankerprostat, hal ini terjadi ketika sel prostatmengalami mutasi dan mulai berkembangdi luar kendali (Aggarwal 2008).Pengobatan kanker prostat secara umumdilakukan dengan cara operasi, radioterapidan kemoterapi (Gan et al. 2009;Pchejetski et al. 2010). Namun pengobatantersebut memiliki resiko efek sampingyang cukup tinggi bagi pasien sehinggaperlunya suatu terobosan cara pengobatankanker prostat dengan efektifitas tinggi danefek samping yang minimal.

Simulasi Molecular Docking Senyawa Kurkumin dan Analognya

61

Salah satu upaya pengobatan kankerprostat adalah dengan menghambataktivitas androgen pada reseptor androgen.Reseptor androgen memiliki peran padaregulasi proses proliferasi sel kankerprostat (Lavery & Bevan 2010). Efekproliferasi ini dapat dihambat denganpengeblokan reseptor tersebut olehsenyawa yang mampu berkompetisidengan hormon androgen (Nakamura et al.2002). Senyawa yang dapat berkompetisidengan androgen dikenal sebagai SelectiveAndrogen Receptor Modulators (SARMs)(Bhasin and Jasua 2009). Kurkumin secarain vitro terbukti menghambat pertumbuhansel kanker prostat karena memiliki sifatantiandrogenik (Ohtsu et al. 2002; Deeb etal. 2004). Kurkumin merupakan polifenolhidrofobik yang berasal dari rimpangtanaman kunyit (Curcuma Longa)(Grynkiewicz & Slifirski 2012).

Kurkumin memiliki aktivitasfarmakologi yang luas dan secaratradisional telah dimanfaatkan dalampenyembuhan penyakit. Kurkuminmenunjukkan aktivitas antioksidan,antikanker, antiinflamasi danhepatoprotektif (Anand et al. 2008;Shahani et al. 2010). Kurkumin telahbanyak mengalami modifikasi agardidapatkan senyawa yang lebih stabil danmemiliki aktivitas yang lebih spesifikterhadap protein target (Fitriasari et al.2008). Kurkumin yang telah dimodifikasi(analog kurkumin) diperkirakan memilikiaktivitas yang sama dengan kurkumindalam menghibisi interaksi hormonandrogen terhadap reseptornya.

Studi interaksi molekular padakurkumin terhadap protein target telahbanyak dilakukan secara in silico melaluistudi bioinformatika menggunakan metode

molecular docking, di antaranya penelitianyang dilakukan oleh Pebriana et al (2008)berhasil membuktikan kurkuminberpotensi sebagai kandidat obat padapengobatan kanker payudara denganmenghambat aktifitas hormon progesteron.Selain itu kurkumin berpotensi dalampengobatan penyakit parkinson denganmenghambat enzim Monoamine oxidase(Singh R et al. 2012). Perangkat lunakyang digunakan pada penelitian ini adalahAutoDock Vina dengan aplikasibioinformatik yang memadai dalampenemuan suatu kandidat obat baru.Penelitian ini dirancang untuk mengetahuipotensi kurkumin dan analognya sebagaiSARMs pada reseptor androgen denganmemperhatikan afinitas dan interaksi liganketika terikat pada reseptor androgen(2PIV) melalui teknik molecular docking.

BAHAN DAN METODEBahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalamsimulasi docking teknik in silico ini berupastruktur dua dimensi dari ligan uji analogkurkumin dan ligan pembanding berupabikalutamida yang dapat di unduh diPubmed database (PMID: 12408714)(http://www..ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/).Sedangkan makromolekul yang dipilihadalah reseptor androgen (AR) dengankode 2PIV, dapat diunduh di Protein DataBank (PDB) (http://www.rscb.org/pdb/).Alat yang digunakan berupa perangkatkeras dan perangkat lunak. Perangkat kerasterdiri atas komputer dengan spesifikasiRAM (Random Access Memory) delapangigabyte, Quad Core Processor (IntelCoreI7, Amerika), Graphic Card NVIDIAGe Force GTS 9400 (Taiwan), dan sistemoperasi Microsoft Windows 8 (Amerika).

Arwansyah, Hasrianti (2014)

62

Perangkat lunak berupa LigPlot+ 1.5.4(Roman Lawkowski), PyMOL 1.3 (DelanoScientific LLC, Italia), AutoDock Vinaberbantu AutoDock Tools 1.5.6 (TheScripps Research Institute, Amerika).

Prosedur Penelitian

Preparasi struktur ligan

Preparasi struktur ligan senyawa ujidan ligan senyawa pembanding merupakanlangkah pertama yang harus dilakukan.Bikalutamida, senyawa kurkumin dananalognya (PMID: 12408714) dibuatdalam struktur dua dimensi (2D) kemudianditransformasikan menjadi struktur tigadimensi (3D) dengan paket programMarvinsketch 6.0 (Tabel 1). Ligandianggap memiliki potensi bioavabilitasyang tinggi jika memenuhi aturan Lipinski.

Tabel 1 Struktur dari bikalutamida, kurkumin dan analognya

No. Struktur Nama IUPAC

1. Kurkumin

2. Analog 1

3.

Analog2

4. Analog 3

5.

Analog 4


63

6. Analog 5

7. Bikalutamida

8. Androgen

Preparasi struktur makromolekul

Protein yang digunakan adalahreseptor androgen (kode PDB: 2PIV) yangdiperoleh dari database Protein Data Bank(PDB) pada situshttp/www/pdbbeta.rscb.org/pdb (Gambar1). Data tersebut memuat koordinat semuaatom residu, faktor struktur kristalografidan data eksperimen NMR sehingga dapatditentukan struktur tiga dimensi reseptorandrogen.

Gambar 1. Reseptor Androgen

Simulasi docking ligan uji dan liganpembanding terhadap reseptorandrogen

Struktur reseptor androgen (2PIV)dan ligan uji berupa kurkumin dananalognya dan ligan pembanding berupabikalutamida dalam format *.pdb diubahke dalam format *.pdbqt melalui programAuto Dock Tools 1.5.6 (Shi et al 2012).Metode docking dilakukan denganmenambatkan setiap ligan pada reseptorandrogen dengan koordinat penambatan(Grid Center) x = 21, y = 5, z = 11 Å danukuran Grid Box x= 50, y= 24, z= 48 Å.Masing-masing ligan berada pada kondisifleksibel yang akan berinteraksi denganbiomakromolekul pada kondisi rigid(Kumar et al 2012). AutoDock Vinadigunakan pada simulasi docking ligan ujidan ligan pembanding terhadap reseptorandrogen. Hasil docking di-scoring dandiperoleh nilai terbaik (ΔG paling negatif)diamati pada area penambatan liganterhadap reseptor androgen. Areapenambatan masing-masing ligan terhadapreseptor androgen dalam format *.pdbqtdikonversi ke dalam format *.pdb melalui


64

program AutoDock Tools 1.5.6. Interaksiberupa ikatan hidrogen, interaksihidrofobik, dan jarak ikatan dapatdivisualisasikan dengan menggunakanLigPLot+ 1.5.4 dan PyMOL 1.3 denganradius ineteraksi 5Å dari posisi ligantertambat.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kestabilan Struktur ReseptorAndrogen

Struktur tiga dimensi protein padareseptor androgen dapat ditentukan denganmetode kristalografi sinar-X (X-raycrystallography) dan juga dengan metodeNuclear Magnetic Resonance (NMR).Kedua metode tersebut dapatmempresentasikan aktivitas, stabilitas,fungsi, serta dapat memberikan informasistruktural tingkat atom dari protein padakeadaaan unfolding yang penting dalamkarakterisasi proses pelipatan protein.

Reseptor androgen merupakanprotein dari jenis reseptor inti (nuclearreceptor) yang aktivitasnya dapat diaktifkan oleh terbentuknya interaksi ikatandengan hormon androgen. Reseptor

androgen dikenal sebagai NR3C4 (nuclearreceptor subfamily 3, group C, member 4)yang berfungsi sebagai faktor transkripsipada regulasi ekspresi gen kususnyaperkembangan fenotip seksual pria.Reseptor androgen terdiri dari 249 residuyang membentuk struktur sekunder berupa2 pasang beta-hairpin, 13 turn, 1 helix-3/10, dan 13 alpha-helix (Gambar 2).

Struktur sekunder terbentuk karenaadanya ikatan hidrogen antara atomoksigen pada gugus karbonil dengan atomhidrogen pada gugus amida. Dalam prosespelipatan protein keseluruhan struktursekunder akan membentuk struktur tersierpada protein globular yang distabilkan olehempat jenis interaksi yag bekerja samamempertahankan simpul rantai polipeptidapada keadaan suhu, pH dan konsentrasi ionnormal. Interaksi tersebut berupa ikatanhidrogen di antara gugus R residu yangberdekatan di dalam rantai, gaya tarik ionikdi antara gugus R yang bermuatan,Interaksi hidrofobik pada residu nonpolar,dan terbentuknya jembatan kovalen padaresidu yang mempunyai gugus sulfida.

Gambar 2 Struktur sekunder reseptor androgen


65

Konformasi residu asam amino padaprotein reseptor androgen dapat ditentukandengan memperhatikan diagram padasetiap sudut dihedral dari masing-masingresidu. Setiap asam amino memiliki sudutφ dan ψ pada pembentukan struktursekunder protein. Kestabilan interaksi padamasing-masing residu ditentukan dengankombinasi tertentu dari sudut φ dan ψ yangdiperbolehkan karena efek sterik darimasing-masing asam amino (lampiran 2).Kombinasi sudut dihedral tersebut dapatdiinterpretasikan dengan membuatdiagram ramachandran (Gambar 3).

Gambar 3 Plot Ramachandran padareseptor androgen

Plot Ramachandran digunakandalam visualisasi koordinat tiga dimensiprotein yang telah ditentukan melaluieksperimen ke dalam koordinat internal.Koordinat internal terdiri dari sudutdihedral Φ (phi) sebagai sumbu x dan sudutψ (psi) sebagai sumbu y residu asam aminodari struktur protein (Bosco KH &Brasseur R 2005). Plot ini memperlihatkankonformasi yang mungkin dari sudut Φ danψ untuk polipeptida. Kuadran pertama dankedua pada plot ramachandran terdapatbanyak residu dari asam amino yangdisebabkan oleh rendahnya efek sterikpada konformasi dari asam-asam aminoyang membentuk struktur heliks dan β-Sheet pada rantai protein. Sedangkan pada

kuadran keempat hanya terdapat asamamino glisin. Hal tersebut disebabkan olehrantai samping dari residu glisin yanghanya terikat oleh hidrogen, sehinggaglisin memiliki efek sterik yang rendahterhadap asam amino yang lain padastruktur protein yang stabil.

Ligan Yang Memenuhi Aturan Lipinski

Pemilihan suatu ligan yangdigunakan dalam penambatan terhadapprotein target dilakukan dengan skriningawal ligan. Ligan dianggap memilikipotensi dapat masuk ke dalam membran seldan diserap oleh tubuh jika memenuhiaturan Lipinski dengan kriteria: (1) beratmolekul <500 gram/mol, (2) jumlah grupdonor proton ikatan hidrogen <5, (3)jumlah grup akseptor proton ikatanhidrogen <10, (4) nilai logaritma koefisienpartisi dalam air dan 1-oktanol <5(Lipinksi et al. 2001). Kurkumin dananalog yang digunakan dalam penelitianini telah diseleksi dengan aturan Lipinski(Tabel 2) sehingga ligan tersebut dianggapmemiliki potensi bioavabilitas yang tinggibagi tubuh. Bioavabilitas merujuk padakemampuan suatu obat dapat diserap danberedar dalam tubuh (Veber et al. 2002).

Dalam pengembangan bahan obatmenjadi bentuk obat, koefisien partisiharus dipertimbangkan terlebih dahulu.Koefisien partisi (log P) merupakan rasiokonsentrasi dari suatu senyawa dari duacampuran yang tidak saling larut dalampelarut pada keadaan setimbang. Koefisienpartisi (P) menggambarkan rasiopendistribusian obat ke dalam pelarutsistem dua fase, yaitu pelarut organik danair. Ligan uji yang digunakanmenunjukkan harga log P <5 (Tabel 2 )sehingga kurkumin dan analog yang


66

digunakan berpotensi dapat diserap olehtubuh menuju ke protein target yangdiinginkan. Aturan Lipinski jugamenyebutkan pentingnyamempertimbangkan ikatan hidrogen yangterjadi antara ligan dan protein.

Menurut aturan Lipinski jumlah grupdonor proton ikatan hidrogen <5 danjumlah grup akseptor proton ikatanhidrogen <10. Hal tersebut berkaitan eratdengan kestabilan konformasi dari proteinyang berikatan. Protein diprediksikan akanmengalami perubahan konformasi yangstabil jika terdapat banyak ikatan hidrogenyang terjadi antara ligan (inhibitor) denganprotein yang ditargetkan. Selain itu, prosesabsorpsi obat perlu dipertimbangkan dalammerancang suatu kandidat obat karenajumlah obat yang dapat di absorpsiberkaitan dengan jumlah obat yang dapat didistribusikan ke area target yangdiinginkan. Penyerapan obat ke dalamtubuh membutuhkan proses yang tepatdisebabkan obat harus melewati barierabsorpsi yang kompleks. Barier absorpsi

merupakan epitelium yang berada padamembran sel.

Obat yang dirancang agar dapatmelewati barier absorpsi diperlukanadanya mekanisme transport. Padadasarnya obat bergerak secara difusi pasif,yakni pergerakkan obat dari konsentrasitinggi ke konsentrasi rendah, bersifatspontan, non selektif, bergantung padakonsentarasi dan proses transport akanberhenti jika konsentrasi obat dan areatarget telah mencapai konsentrasi yangsama. Sehingga dalam memilih suatukandidat obat perlu dipertimbangkanmengenai berat molekul suatu obat agardapat berdifusi ke dalam membrane sel.Aturan Lipinski menyatakan berat molekulyang ideal bagi suatu ligan adalah <500gram/mol agar ligan dapat diserap olehtubuh. Kurkumin dan analognya memilikiberat molekul <500 gram/mol sehinggaligan uji yang digunakan berpotensi dapatdiserap oleh tubuh.

Tabel 2. Karakteristik molecular kurkumin dan analognya

Karakteristik Kurkumin

Analog

1

Analog

2

Analog

3

Analog

4

Analog

5

Koefisien Oktanol-air (logP)

3.36 3,97 3.95 2.79 2.76 3.63

Berat Molekul (BM) 368.37 396 336.37 376.44 340.32 344.30

Jumlah akseptorikatan hidrogen

6 6 6 6 6 4

Jumlah donor ikatanhidrogen

2 0 0 4 4 2


67

Hasil Analisis Molecular DockingKurkumin dan Analognya

Teknik In silico didefinisikansebagai aplikasi dari alat komputasi yangdigunakan dalam analisis danmenginterpretasikan data-data biologimolekul. Komputer dan program khususdigunakan untuk mengetahui mekanismepenambatan suatu ligan terhadap targetprotein. Berbagai software telahdikembangkan untuk membantu penelitiandi bidang farmakologi khususnya metodekomputasi melalui proses docking Dockingmerupakan interaksi penambatan antaraligan dan protein yang digunakankan untukprediksi posisi dan orientasi ligan ketikaterikat pada reseptor protein (Girija et al2010). Hasil dari moleculer docking berupaenergi ikatan (ΔG) dan interaksi yangterjadi antara ligan dan protein.

Energi Ikatan (ΔG) Bikalutamida danAnalog Kurkumin

Dari proses docking akan diperolehenergi bebas Gibbs (ΔG) yang merupakanparameter kestabilan konformasi antaraligan dengan reseptor androgen. Secaratermodinamika, interaksi ligan dan proteindapat terjadi apabila kompleks yangdihasilkan memiliki nilai ΔG< 0. Semakinkecil harga energy ikatan (ΔG), ikatanligan dengan reseptor semakin stabil.

Ligan uji yang digunakan berupa kurkumindan analognya sedangkan yang menjadiligan pembanding merupakanbikalutamida. Bikalutamida merupakanobat komersil yang digunakan dalampengobatan kanker prostat karenakemampuannya dalam menghambataktivitas reseptor androgen (Scher et al.1997). Selain itu, jika diperhatikan padatabel 1, kurkumin dan analognya memilikikemiripan struktur dengan bikalutamidakarena terdapat gugus fenil (aromatik)dikedua ligan sehingga struktur ligan akanberpengaruh pada geometri ligan setelahberinteraksi dengan reseptor androgendalam penentuan keadaan stabil darimasing-masing ligan-reseptor. Hasilmolecular docking menunjukkan kurkumindan analognya memiliki nilai energi ikatanyang lebih rendah dibandingkan energiikatan pada bikalutamida sebesar -6,8kkal/mol (Gambar 4), sehingga ligan ujiberupa kurkumin dan analognya berpotensisebagai SARMs bagi aktivitas reseptorandrogen dalam pengobatan kankerprostat. Dari kelima analog yang diujikanharga energi ikatan terbaik dimiliki olehanalog 2 (5-Hydroxy-1-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-7-(4-hydroxy-phenyl) -hepta-1,4,6-trien-3-one) sebesar -8,4kkal/mol.


68

Gambar 4 Nilai energi ikatan (ΔG) ligan uji dan ligan pembanding

Interaksi (ikatan hidrogen, interaksihidrofobik dan interaksi elektrostatik)Analog Kurkumin dan Bikalutamida

Hasil molecular dockingdivisualisasikan dengan program LigPlot+

1.5.4 (2D) dan PyMOL 3.1 (3D). Interaksiyang terjadi berupa ikatan hidrogen,interaksi hidrofobik, dan interaksielektrostatik pada area penambatan <5Å.Ikatan hidrogen melibatkan interaksi atomhidrogen yang terikat secara kovalendengan atom elektronegatif seperti flour(F), nitrogen (N), oksigen (O) (Glowacki etal. 2013).

Ikatan hidrogen pada bikalutamidaterhadap reseptor androgen terjadi pada

residu Leu704, dan Asn705. Jikadibandingkan dengan kandidat obat yangmemiliki energi ikatan yang terendah yaituanalog 2 (5-Hydroxy-1-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-7-(4-hydroxy-phenyl)-hepta-1,4,6-trien-3-one) menunjukkanbahwa ikatan hidrogen terbentuk padaresidu Arg752, Asn705 dan Thr877. Penelitianin vitro yang dilakukan oleh perpina et al(2007) menunjukkan bahwa ikatanhidrogen pada ligan alami berupa androgenterhadap reseptor androgen terjadi padaresidu Arg752, Asn705, dan Thr877 (Gambar5).

Gambar 5 Visualisasi interaksi (ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan interaksieletrostatik) hormon androgen terhadap reseptor androgen

-7,9 -7,7-8,4

-7,6 -7,1-7,9

-6,8

-10

-8

-6

-4

-2

0

Energi Ikatan (kkal/mol)


69

Adanya kesamaan residu yangterlibat pada area bindingsite dari reseptorandrogen menyebabkan analog 2 dapatmenghambat aktivitas reseptor androgendengan berkompetisi secara kompetitif(competitive inhibitor) dengan liganandrogen. Sedangkan pada liganbikalutamida terdapat satu residu yangsama dengan interaksi androgen denganreseptornya yaitu pada residu Asn705.Adanya pengikatan residu yang samadengan androgen menyebabkanbikalutamida dapat mengubah konformasidari reseptor androgen sehingga mencegahterjadinya ikatan antara androgen denganreseptornya dalam mengaktivasi prosestranskripsi mRNA.

Selain itu energi ikatan (ΔG) yangdimiliki oleh analog 2 lebih rendah yaitusebesar -8.4 kkal/mol jika dibandingkandengan bikalutamida sebesar -6.8 kkal/mol(Gambar 4). Perbedaan nilai energi ikatan(ΔG) pada bikalutamida dengan analog 2diprediksikan karena adanya perbedaanpengikatan ligan terhadap asam aminopada reseptor androgen (Gambar 6).Residu yang terlibat dalam interaksi ligan-reseptor akan mempengaruhi kestabilamkonformasi dari reseptor androgen.

Karakteristik dari residu yang terlibatdalam interaksi juga menentukankestabilan interaksi ligan-reseptor. Padaanalog 2 melibatkan residu Arg752, Asn705,dan Thr877. Residu-residu tersebutmerupakan asam amino yang memilikisifat hidrofilik yang tinggi jikadibandingkan dengan residu Leu704 danAsn705 pada bikalutamida sehingga residuyang bersifat hidrofilik akan berinteraksidengan molekul-molekul air yang adadipermukaan protein dan menjaga bagianinterior protein yang bersifat hidrofobik.

Gugus fungsi ligan dan jarak ikatandari ligan-reseptor juga berperan pentingdalam pengikatan terhadap residu reseptorandrogen sehingga modifikasi terhadapgugus fungsi pada kurkumin (analogkurkumin) dapat menentukan stabilitasligan berinteraksi dengan reseptorandrogen. Ikatan hidrogen terbentuk padagugus hidroksil (-OH3) analog 2 terhadapgugus hidroksil (-OH) dari Asn705 danThr705 serta pada gugus hidroksil (-OH1)analog 2 terhadap gugus amina (-NH2) dariArg752 pada jarak ikatan sebesar 2,48Å2,92 Å, dan 2,86Å, sehingga ikatanhidrogen yang terbentuk lebih kuat dalammempertahankan kestabilan darikonformasi ligan-reseptor jikadibandingkan dengan bikalutamida yangmemiliki jarak ikatan sebesar 3,23Å, dan2,96Å.

Interaksi hidrofobik juga berperandalam menentukan stabilitas ligan terhadapreseptor androgen. Interakasi hidrofobikmerupakan interaksi yang bersifatmenghindari lingkungan cair dancenderung berkelompok di sebelah dalamstruktur globular dari protein sehinggameminimalkan interaksi residu nonpolardengan air (Lins & Brasseur 1995). Padabikalutamida interaksi hidrobik terhadapligan terjadi pada area <5Å pada residuMet749, Met745, Val746, Met780, Gly708,Met742, Leu873, Trp741, Val903, Met895

sedangkan analog 2 melibatkan residuPro682, Ala748, Leu744, Met745, Val715,Gly708, Trp741, Met 749, Phe764, Leu704.Residu yang terlibat pada interaksihidrofobik merupakan residu dari asamamino yang bersifat nonpolar. Residu asamamino yang bersifat non polar (hidrofobik)cenderung membentuk kelompok (cluster)


70

berupa selimut rantai pada bagian interiorprotein.

(a) (b)

Gambar 6 Visualisasi molecular docking dari interaksi (ikatan hidrogen, interaksi hidrofobikdan interaksi eletrostatik) (a) bikalutamida, (b) analog 2 terhadap reseptorandrogen dengan PyMOL 1.3

Hasil visualisasi dua dimensi (2D)dan tiga dimensi (3D) pada areapenambatan ligan dan reseptor hanya dapatmenunjukkan ikatan hidrogen dan interaksihidrofobik sedangkan interaksielektrostatik belum dapat divisualisasikandegan sofware yang digunakan. Namundapat kita analisis bahwa residu-residuyang terlibat pada interaksi ligan-reseptormelibatkan residu yang cenderungmembentuk interaksi elektrostatik.Interaksi elestrostatik merupakan interaksiantara atom yang disebabkan perbedaankepolarannya. Interaksi ini termasukinteraksi yang lemah dan bersifat nonkovalen sehingga mudah lepas, tetapikarena jumlahnya yang banyak, interaksielektrostatik memiliki kontribusi yangbesar dalam pembentukan konformasiprotein yang stabil (Sharp & Honig 1990).Hasil molekular docking pada analog 2menunjukkan residu-residu yang berperandalam terbentuknya interaksi elektrostatik

melibatkan residu-residu yang bermuatanseperti Arg752, Thr877, Asn705, Glu681,Gln711 dan gugus hidroksil (-OH) padaligan (tabel 3).

Selain terjadi pada analog 2,interaksi juga terjadi pada empat liganlainnya. Jika kita perhatikan pada tabel 2,kurkumin (5-Hydroxy-1,7-bis-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-hepta-1,4,6-trien-3-one) dan analog 5 (1-(3,4-Dimethoxy-phenyl)-5-hydroxy-7-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-hepta-1,4,6-trien-3-one))memiliki energi ikatan yang sama yaitusebesar -7,9 kkal/mol. Ikatan hidrogenpada kedua ligan uji tersebut terjadi padagugus hidroksil (-OH4) ligan terhadapresidu yang sama yaitu gugus amina padaresidu Lys808. Asam amino lisinmerupakan kelompok asam amino yangmemiliki gugus rantai samping yangbermuatan positif dan memiliki sifathidrofilik yang tinggi jika dibandingkandengan asam amino yang lain sehingga


71

residu lisin cenderung untuk membentukikatan hidrogen dan interaksi elektrostatikdengan ligan ataupun residu yang lainuntuk membentuk konformasi yang stabil(Gambar 7).

Interaksi elektrostatik melibatkanresidu yang bermuatan dan bersifat polarseperti Asn705, Gln711 Leu744, Met745, Arg752

Thr877 , Glu681 pada kurkumin dan analog 5.Interaksi hidrofobik juga berperan dalammenentukan stabilitas kurkumin dananalog 5 terhadap reseptor androgen, dapatkita perhatikan pada tabel 3 bahwa

kurkumin pada area <5Å cenderungmembentuk interaksi hidrofobik yangmelibatkan residu nonpolar seperti residuPro682, Val715, Leu704, Leu707, Gly708, ,Leu744, Met745, Ala748, Phe 764, Met780.Sedangkan pada analog 5 melibatkanresidu Leu873, Met895, Leu704, Trp741,Phe764, Leu707, Met745, Leu744, Gln711,Pro682, Ala748, Val715. Residu yang terlibatpada interaksi hidrofobik akan berada padawilayah interior protein yang akan menjagakestabilan dari struktur tersier protein.

(a) (b)Gambar 7 Visualisasi molecular docking dari interaksi (ikatan hydrogen, interaksi

hidrofobik dan interaksi elektrostatik) (a) kurkumin, (b) analog 5 terhadapreseptor androgen dengan LigPlot+ 1.5.4

Analog kurkumin berupa analog 1(5-Hydroxy-1,7-bis-(4-hydroxy-3-methoxy-phenyl)-hepta-1,4,6-trien-3-one),analog 3 (1,7-Bis-(3,4-dimethoxy-phenyl)-5hydroxy-hepta-1,4,6-trien-3-one) dananalog 4 (5-Hydroxy-1,7-bis-(4-hydroxy-phenyl)-hepta-1,4,6 trien-3-one) jugaberpotensi sebagai inhibitor bagi aktivitas

reseptor androgen karena memiliki energiikatan (∆G) yang lebih stabil jikadibandingkan dengan bikalutamida yaitusebesar -7,7 kkal/mol, -7,6 kkal/mol dan -7,8 kkal/mol. Residu yang terlibat padaarea penambatan (docking) analog 1,analog 3 dan analog 4 terhadap reseptorandrogen ditunjukkan pada tabel 3. Pada


72

analog 1, ikatan hidrogen terjadi padaresidu Arg752 terhadap gugus keton (-CO2)pada ligan (Gambar 8). Arg752 merupakansalah satu residu pada pengikatan liganandrogen dengan reseptor androgensehingga dengan adanya pengikatanterhadap residu Arg752 oleh ligan yang lainmaka ligan tersebut dapat menghambatterjadinnya interaksi androgen terhadapreseptor androgen.

Gambar 8 Visualisasi molecular dockingdari interaksi (ikatan hidrogen,

interaksi hidrofobik daninteraksi eletrostatik) analog 1terhadap reseptor androgen

Pada analog 3, ikatan hidrogenterjadi pada residu Arg752 dan Thr877

terhadap gugus keton (-CO2) dan metoksi(-OCH3) pada ligan. Area bindingsitereseptor androgen terhadap ligan androgenmelibatkan residu asparagin, arginin danthreonin, pada analog 3 memiliki duaresidu yang sama dengan androgensehingga diprediksikan analog 3 dapatmenghambat interaksi antara androgendengan reseptornya. Sedangkan analog 4,ikatan hidrogen terjadi pada residu Gly683

dan Gln711 yang berikatan dengan gugushidroksil (-OH3) pada ligan (Gambar 9).residu Gln711 diprediksikan merupakanresidu yang terlibat pada area bandingsitekarena disetiap interaksi ligan ujimelibatkan residu glutamin sehingga dapatmenghambat aktivitas reseptor androgen.

(a)(b)

Gambar 9 Visualisasi molecular docking dari interaksi (ikatan hidrogen, interaksi hidrofobikdan interaksi eletrostatik) (a) analog 3, (b) analog 4 terhadap reseptor androgendengan PyMOL 1.3

Modifikasi terhadap gugus fungsipada kurkumin (analog kurkumin)

menghasilkan interaksi ligan-reseptor yanglebih stabil jika dibandingkan dengan


73

bikalutamida. Berdasarkan hasil simulasidocking gugus hidroksil (-OH) padaanalog-analog kurkumin diprediksikangugus penting pada pengikatan denganreseptor androgen. Pada tabel 3, kurkumindan analog-analog yang digunakan secarakeseluruhan melibatkan gugus hidroksi (-OH) pada pengikatan ligan terhadapreseptor androgen, hal tersebut disebabkanoleh kecenderungan dari gugus-guguspenting ligan yang cenderung untukberikatan dengan residu yang berperanpenting pada area pengikatan ligan(binding site) hingga diperoleh konformasiyang paling stabil. Area binding sitemerupakan wilayah pengikatan proteinterhadap molekul-molekul dan ion-ion(ligan) yang melibatkan residu-residu asam

amino yang berperan penting padapengikatan dengan ligan, sehingga akanterbentuk suatu konformasi stabil dariinteraksi ligan-reseptor yang akanmempengaruhi struktur dan fungsi darireseptor. Interaksi yang terjadi pada liganterhadap residu asam amino dari reseptorandrogen melibatkan beberapa residu asamamino yang selalu muncul disetiapinteraksi ligan dan makromolekul. Padatabel 4 dapat kita lihat bahwa residu Lys808,Leu704, Gln711, selalu muncul disetiapinteraksi ligan dan reseptor androgensehingga residu-residu tersebutdiprediksikan berperan penting pada areabindingsite pada reseptor androgen.

Tabel 3 Interaksi yang terjadi di sekitar ligan dengan radius <5Å

Senyawa Jarak ikatanhidrogen (Å)

Residu Gugusfungsi

Residu yang terlibat padaarea <5Å

Kurkumin 3,30 Lys808 -OH4 Pro682, Asn705, Val715, Leu704,Leu707, Gly708, , Gln711

Leu744, Met745, Ala748, Arg752,Phe 764, Met780, Thr877

Analog 1 2,63 Arg752 -CO2 Trp718, Ala748, Lys808, Val715,Leu744, Gln711, Met742,Met745, Phe764, Leu707,Leu873, Gly708, Thr877,Met780, Leu704

Analog 2 2,48

2,92

2,86

Arg752

Asn705

Thr877

-OH1

-OH3

-OH3

Glu681, Pro682, Ala748, Leu744,Met745, Val715, Gln711, Gly708,Trp741, Met 749, Phe764,Leu704,

Analog 3 2,32

3,32

Arg752

Thr877

-CO2

-OCH3

Glu681, Pro682, Ala748, Trp718,Lys808, Val715, Gln711, Met745,Trp741, Leu704, Phe764,Met749, Gly708, Met895,Asn705, Met742, Ile899


74

Analog 4 2,85

2,88

Gly683

Gln711

-OH3

-OH3

Arg752, Val684, Glu681, Val685,Pro682, Met745, Val715, Leu744,Ala748, Lys808, Trp718

Analog 5 3,22 Lys808 -OH4 Leu873, Met895, Leu704,Trp741, Phe764, Leu707,Met745, Arg752, Leu744,Gln711, Pro682, Ala748, Val715,Glu681

Bikalutamida 3,23

2,96

Leu704

Asn705

-OH4

-OH4

Met749, Met745, Val746, Gln711,Met780, Gly708, Met742, Leu873,Trp741, His874, Val903, Met895,Thr 877, Leu701

DAFTAR PUSTAKA

Aggarwal BB. 2008. Prostate cancer andcurcumin. Cancer Biology &Therapy. 7(9): 1436-1440.

Anand P, Thomas SG, Kunnumakkara AB,Sundaram C. 2008. Reviewbioavability of curcumin : problemand promises. Mol Pharm, 4(6): 807-818.

Bosco KH, Brasseur R. 2005. TheRamachandran plots of glycine andpre-proline. BMC Struc Bio. 5:1-14.

Conney AH. 2003. Enzyme induction anddietary chemicals as approaches tocancer chemoprevention: the seventhdewitt s. Goodman lecture. CancerRes. 63: 7005-7031.

Deeb D, jiang H, Gao X, Hafner MS. 2004.Curcumin sensitizes prostate cancercells to tumor necrosis factor-relatedapoptosis-inducing ligand/Apo2L byinhibiting nuclear factor-KB throughsuppression of IKBAphosphorylation. Mol Cancer Ther.3(7): 803-812.

Donaldson MS. 2004. Nutrition andcancer: A review of the evidence foran anti-cancer diet. Nut Jour. 3:1-19.

Fitriasari A, Wijayanti NK, Ismiyati N,Dewi D, Kundarto W, SudarmantoBA, Meiyanto E. 2008. Studi potensikurkumin dan analognya sebagaiSelective Estrogen ReceptorModulators (SERMs): Docking padareseptor estrogen β. Pharmacon.9(1): 27-32.

Gan L, Chen S, Wang Y. 2009. Inhibitionof the androgen receptor as a novelmechanism of taxol chemotherapy inprostate cancer. Cancer Res. 69:8386-8394.

Gaurisankar S and Tanya D. 2008. Anticancer effects of curcumin: cycle oflife and death. Cell Div. 2008. 3:1-14.

Grynkiewicz & Ślifirski 2012. Curcuminand curcuminoids in quest formedicinal status. Acta Bio Pol. 59(2):201–212.

Lavery DN, Bevan CL. 2010. Androgenreceptor signalling in prostatecancer: the functional consequences


75

of acetylation. Jour Biomed Biotech.20(11):1-7.

Lins L, Brasseur R. 1995. The hydrophobiceffect in protein folding. Faseb J. 9:535-540.

Lipinski CA, Lombardo F, Segawa T, KoD. 2001. Experimental andcomputational approaches toestimate solubility and permeabilityin drug discovey and developmentsetting. Adv Drug Deliv Rev. 46: 3-26.

Nakamura K, Yasunaga Y, Segawa T, KoD. 2002. Curcumin down-regulatesar gene expression and activation inprostate cancer cell lines. Inter Jou ofOncology. 21: 825-830.

Ohtsu H, Xiao Z, Ishida J, Nagai M. 2002.Antitumor Agents 217. Curcuminanalogues as novel androgenreceptor antagonists with potential asanti-prostate cancer agents. J. Med.Chem. 45: 5037-5042.

Pchejetski D, Bohler T, Brizuela L. 2010.Fty720 (fingolimod) sensitizesprostate cancer cells to radiotherapyby inhibition of sphingosine kinase-1. Cancer Res. 70: 8651-8661.

Pebriana RB, Romadhan AF, Yunianto A,Rokhman MR. 2008. Dockingkurkumin dan senyawa analognyapada reseptor progesteron: studiinteraksinya sebagai selectiveprogesterone receptor modulators(SPRMs) Pharmacon. 9(1): 14-20.

Perpina EE, Arnold AA, Baxter D, WebbP. 2007. A surface on the androgenreceptor that allosterically regulatescoactivator binding. Proc Natl AcadSci U S A. 104: 16074-16079.

Scher H, Liebertz C, Kelly WK, MazumdarM. 1997. Bicalutamide for Advanced

Prostate Cancer: The Natural versusTreated History of Disease. Journalof Clinical Oncology. 15(8): 2928-2938.

Shahani K, Swaminathan SK, Freeman D.2010. Injectable sustained releasemicroparticles of curcumin: a newconcept for cancer chemoprevention.Cancer res. 70: 4443-4452.

Sharp KA, Honig B. 1990. Electrostaticinteractions in macromolecules:theory and applications. Annu RevBiophys Biophys Chem. 19: 301-322.

Singh R, Chaturvedi N, Singh VK. 2012. insilico study of herbal compounds asnovel MAO inhibitors for parkinsonsdisease treatment. Life Scie PharRes. 2: 81-98.

Zhuang L, Chen K, Davis C, Sherlock S,Cao Q, Dai H. 2008. Drug deliverywith carbon nanotubes for in vivocancer treatment. Cancer Res.68(16): 6652-6660.