KONTROL GENETIK PADA PEMBELAHAN SEL: ONKOGEN DAN PROTOONKOGEN Pada sel eukariotik memiliki kontrol pembelahan yang lebih kompleks jika dibandingkan dengan sel prokariotik. Hal ini dikarenakan terdapat proses-proses yang lebih kompleks dimana tidak hanya ada pengaturan duplikasi kromosom dan sitokenesis, tetapi juga terdapat siklus sel yang mengatur pembelahan mitosis. REGULASI SIKLUS SEL MITOSIS PADA EUKARIOTA Pada sel yang sedang berkembang, membran sel dan sebagian besar komponen yang ada di sitosol akan mengalami peningkatan dalam hal ukuran dan kuantitas. Ketika sel mencapai masa kritis maka sel akan mengalami pembelahan dan menghasilkan dua progeni yang berukuran lebih kecil. Pada pembelahan sel ada dua hal yang penting yaitu materi genetic yang digandakan dan salinan materi genetic yang akan diturunkan pada keturunannya. Semua sel memiliki siklus serta waktu untuk memulai replikasi DNA. Sebuah faktor mitosis yang disebut MPF telah ditemukan pertama kali pada Xenopus. Ketika MPF disuntikkan ke oosit Xenopus , maka MPF akan merangsang oosit untuk memasuki fase M. Hal ini karena : 1. Adanya protein yang disebut siklin yang mengalami siklus sintesis dan akumulasi selama G1 dan G2 dan degradasi selama M fase . 2. Adanya pp34 dimana pp merupakan phosphoprotein yang merupakan sebuah protein yang memiliki gugus fosfat pada rantai samping asam amino tertentu, dan
memiliki berat molekul sebesar 34.000 bobot
molekul). PP34 ini merupakan produk dari gen Cdc2 S. pombe dan CDC28 gen S. cerevisiae. Adanya pp34 ini akan terlibat dalam awal fase M. KOMUNIKASI ANTAR SEL PADA EUKARIOTA MULTISELULER Mekanisme regulasi pembelahan dan pertumbuhan sel pada eukariot sangat komplek karena adanya komunikasi antar sel. Dan semua sel yang ada di dalam tubuh harus tumbuh dengan tepat dan mengikuti aturan yang diatur sinyalsinyal. Sehingga dalam pertumbuhan dan pembelahannya ada beberapa factor yang mendorong dan menghambat pembelahan sel.
Pembelahan sel berada di bawah kontrol genetik. Sehingga genlah yang mengatur semua prosesnya. Gen juga dapat mengalami mutasi oleh karena itu sering terjadi pembelahan yang abnormal, baik kemampuan untuk membagi sama sekali atau ketidakmampuan untuk berhenti membelah. Pembelahan sel pada hewan dikendalikan oleh suatu kontrol genetik. Akan tetapi saat ini telah ditemukan adanya virus gen yang disebut dengan oksogen yang dapat menyebabkan hilangnya kontrol pembelahan sel secara normal. Selain itu juga terdapat suatu protoonkogen pada sel normal yang dapat berubah menjadi onkogen selular tumor. Hal ini dikarenakan adanya mutasi pada suatu gen atau urutan –urutan baru pada proses rekombinasi. Pada fungsi sel yang normal, protoonkogen memiliki mekanisme tertentu untuk mengontrol pembelahan sel. Studi mengenai pembelahan sel yang abnormal dapat diamati pada sel kanker SEL-SEL KANKER: KEHILANGAN KONTROL PEMBELAHAN SEL Kanker
merupakan
golongan
penyakit
yang
diakibatkan
adanya
pertumbuhan dan pembelahan sel yang tidak terkendali. Dalam suatu sistem jaringan nonsirkulasi, pertumbuhan sel yang tidak terkendali tersebut akan menghasilkan tumor. Dalam hal ini ada kanker atau tumor ganas dan jinak. Pada kanker atau tumor ganas adalah sel-sel yang dapat berpisah dan bermigrasi ke bagian tubuh yang lain sehingga nantinya akan menyebabkan adanya tumor sekunder. Tumor atau kanker ganas akan mengalami metastasis. Hal ini berbeda dengan kanker atau tumor jinak yang tidak dapat bermetastasis. TUMOR- INDUKSI VIRUS : VIRUS ONKOGEN Onkogen diketahui dari hasil studi pada virus tumor RNA dan retrovirus. Retrovirus menyimpa informasi genetic dalam bentuk genom RNA tunggal dan kemudian dapat diubah menjadi bentuk DNA homolog yang memiliki double strain setelah virus menginduksi sel inang. Dalam peristiwa ini retrovirus akan mengkode enzim yang spesifik yang disebut dengan reverse transkriptase yang dapat mengkatalisis sintesi urutan DNA homolog dengan menggunakan molekul RNA sebagai template. Pada genom virus tumor DNA seperti polyomavirus, SV40 dan adenovirus juga mengandung onkogen yang mampu menginduksi pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Namun lebih sulit dipelajari karena tidak mudah dibedakan dari efek
yang disebabkan oleh replikasi kromosom virus dan ekspresi gen virus lainnya yang mengakibatkan kematian sel inang yang terinfeksi. Siklus hidup dari virus Rous sarcoma Contoh dari retrovirus adalah virus Rous sarcoma yang menginduksi kanker pada sel ayam. Ketika virus Rous sarcoma menginfeksi sel, kemudian genom RNA akan direplikasi ke dalam bentuk DNA selama transkripsi balik dan DNA virus akan diintegrasikan ke dalam DNA kromosom pada sel inang. Dalam keadaan yang terintegrasi ini, sel inang akan melakukan proses transkripsi dan translasi seperti gen-gen normal yang ada pada sel inang. Pada genom virus Rous sarcoma mengandung 4 gen yaitu: 1. Gen gag, yang mengkode protein kapsid virion. 2. Gen pol, yang mengkode transkrispi balik 3. Gen env, yang mengkode selubung protein virus. 4. Gen scr onkogen, yang mengkode ikatan membran protein kinase. Gen scr ini berperan dalam menyebabkan kanker karena adanya salah satu delesi dari gen virus yang menginfeksi dan bereplikasi. Keragaman onkogen retrovirus Pada saat ini terdapat 20 onkogen retrovirus yang sudah berhasil ditemukan. Dari hasil studi menunjukkan bahwa retrovirus yang berbeda akan menyebabkan kanker yang sering membawa onkogen yang saling terkait. Akan tetapi ada juga onkogen retrovirus yang belum berhasil ditemukan. Secara total termasuk onkogen virus DNA seluler terdapat 40 gen yang berbeda dan termasuk ke dalam onkogen. Produk Onkogen Sebagai Regulator Pembelahan Sel Oncogen dianggap sebagai penyebab pertumbuhan sel tak terkontrol yang mengakibatkan tumor, sebuah kekuatan yang mengantisipasi bahwa produk dari gen-gen ini akan berreaksi oleh stimulasi pembelahan sel dalam beberapa cara. Sebagai contoh, produk onkogen v-sis dari virus sarcoma simian berkaitan erat untuk sebuah hormon pertumbuhan polipeptida yang disebut platelet-derived growth factor (PDGF). PDGF diproduksi oleh sel-sel platelet yang berfungsi meningkatkan penyembuhan luka dengan menstimulasi pertumbuhan sel-sel pada daerah yang terluka.
Produk-produk encode onkogen lain yang mirip untuk faktor pertumbuhan dan reseptor hormon. Onkogen erbB dan protein enkode fms berhubungan erat dengan reseptor-reseptor untuk faktor pertumbuhan epidermis dan faktor pertumbuhan
CSF-1.
CSF-1
adalah
sebuah
faktor
pertumbuhan
yang
menstimulasi pertumbuhan dan diferensiasi dari makrofag. Keduanya dari reseptor faktor pertumbuhan adalah protein transmembran dengan domain jepitan faktor pertumbuhan pada bagian luar sel dan domain protein kinase pada bagian dalam sel. Reseptor ini adalah komponen kunci dalam jalan sinyal transmembran. Karena protein reseptor transmembran tirosin kinase mampu mengirimkan sinyal mitogenik, hal ini tidak mengejutkan bahwa perubahan struktur dan fungsi dari protein ini suatu saat akan menjadi onkogenik. Jika mereka gagal dalam memakai dan mengirimkan sebuah sinyal yang memerintahkan untuk membelah ketika dalam keadaan normal seharusnya tidak dapat membelah, akibatnya akan menjadi membentuk tumor. Grup terbesar dalam onkogen yang mengenkode protein kinase yang merupakan residu dari fosforilasi tirosin. Protein-protein encode enkogen ras yang menjepit GTP dan menunjukkan aktivitas GTPase. Mereka mungkin analog untuk protein yang disebut protein G yang memiliki aktivitas GTPase dan memainkan sebuah peran dalam regulasi enzim adenylcyclase dan level dari AMP di dalam sel. Fungsi dari produk gen ras adalah istimewa dan menarik karena menyangkut fakta bahwa produk ras mutan melibatkan beberapa kenyataan dari jenis-jenis kanker pada manusia. Jadi kesimpulannya, produk-produk onkogen adalah protein sederhana yang memainkan peran utama dalam stimulasi pembelahan sel dalam satu atau banyak tipe sel. Pada beberapa kasus, produk onkogen mungkin berubah atau protein mutan yang memicu pembelahan sel-sel yang pada normalnya tidak membelah dibawah kondisi hidup. Pada kasus lain, produk enkogen menstimulasi pembelahan sel yang abnormal dengan cara overproduksi- dengan mensintesis jumlah yang sangat banyak dari jumlah sel normal. PROTO ONKOGEN DAN ONKOGEN SELULER
Pendekatan eksperimental yang digunakan dalam mengidentifikasi : (1)Pendekatan yang pertama dengan
mencari urutan DNA sel yang akan
dihibridisasi dengan onkogen virus hewan. (2) Pendekatan kedua dengan melihat langsung sel kanker yang menyebabkan gen dalam genom sel kanker melalui eksperimen transfeksi. Kedua pendekatan telah berhasil dan dalam beberapa kasus keduanya telah menghasilkan identifikasi onkogen selular yang sama. Homologi Dengan Onkogen Virus Dalam beberapa kasus, sekuens onkogen retroviral yang homolog ditemukan pada eukariota rendah seperti Saccharomyces cerevisiae. Pada awalnya orang menduga adanya urutan genom DNA yang dihibridasi dengan onkogen hanya ada pada provirus yang terintegrasi. Akan tetapi ketika urutan genom DNA diisolasi dari genom, telah ditemukan gen seluler normal dengan struktur yang berbeda dari onkogen virus yang homolog. Gen-seg seluler yang normal yang homolog dengan onkogen disebut protoonkogen. Protoonkogen ini dapat bermutasi menjadi bentuk sel yang bisa merangsang onkogenesis yaitu kemampuan untuk mengubah sel menjadi neoplastik atau kanker. Experimen Transfeksi Deteksi onkogen seluler yang dilakukan melalui eksperimen transfeksi berdasarkan kemampuan onkogen untuk mengubah pertumbuhan sel normal menjadi
sel
yang
mengalami
pertumbuhan
abnormal
(kanker)
disebut
transformasi. Sel-sel yang normal akan tumbuh dan berhenti membelah jika sel tersebut melakukan kontak dengan sel tetangga. Peristiwa ini disebut inhibisi kontak yang nantinya akan membentuk lapisan tunggal sel yang ada di permukaan botol kultur atau cawan petri tempan sel tersebut tumbuh. Sel mengalami perubahan dan tidak mengalami inhibisi kontak dengan sel tetangga, maka sel tersebut akan terus membelah dan akan membentuk tumpukan sel-sel atau tumor. Transformasi dapat diamati jika DNA sel normal masih terdeteksi. Pada eksperimen transfeksi juga digunakan untuk menunjukkan adanya onkogen selular yang tejadi secara spontan ataupun kimia yang menginduksi tumor pada hewan. Sebagian besar onkogen seluler dideteksi melalui percobaan transfeksi yang melakukan isolasi dengan teknik DNA rekombinan dan kloning gen. Ketika
onkogen seluler terisolasi
tersebut dibandingkan dengan onkogen retrovirus,
ternyata onkogen seluler tersebut homolog dengan salah satu onkogen retroviral. Onkogen Seluler Berisi Introns- Homolognya Virus Mereka Berupa Ekson Tunggal Onkogen virus berbeda dengan onkogen seluler. Onkogen seluler dan protoonkogen memiliki beberapa ekson yang dipisahkan oleh intron, sedangkan onkogen virus adalah ekson tunggal. Gen v-src dan gen c-src berfungsi untuk mengkode protein kinase yang memfosforilasi residu tirosin. Perbedaan utama antara kedua protein ini terjadi pada ujung COOH, di mana 12 asam amino yang terakhir dari protein v-src diganti dengan 19 asam amino yang sama sekali berbeda di ujung protein c-src. Selain itu adanya 18 pasang nukleotida yang berbeda diantara kode urutan dari vsrc dan c-src yang mengakibatkan
8 perubahan asam amino dalam produk
protein. Konservasi Protooncogenes Selama Evolusi Pada lalat buah terdapat onkogen sel yang homolog dengan onkogen seluler vertebrata. Bahkan, genom Drosophila melanogaster berisi dua gen dengan homologi src dan tiga gen yang homolog dengan ras, seperti genom vertebrata. Sedangkan pada protoonkogen ras yang ada pada genom ragi Saccharomyces cerevisiae telah ditemukan mengandung dua sekuens homolog. Jadi dapat diketahui bahwa berbagai protooncogenes telah banyak dilestarikan selama evolusi. Produk Protoonkogen: regulator kunci dari pembelahan sel Protoonkogen ini daapat diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) jenis: (1) protoonkogen yang mengkodekan faktor pertumbuhan dan reseptor faktor pertumbuhan, (2) protoonkogen yang mengkodekan protein pengikat GTP dengan aktivitas GTP (3) protoonkogen yang mengkodekan protein kinase. Protoonkogen yang memproduksi faktor pertumbuhan dan protein reseptor. Protein reseptor faktor pertumbuhan bekerja dengan cara mengikat faktor pertumbuhan pada sisi ekstraselulernya kemudian meneruskan pesan faktor pertumbuhan tersebut melalui transmisi alosterik. Transmisi alosterik ini akan
mengaktifkan protein kinase dan menginduksi phosporilase protein intraseluler. Proses ini akan menyebabkan autophosporilasi protein tirosin kinase, dimana pada akhirnya protein tirosin kinase ini akan menyalurkan pesan dari faktor pertumbuhan ke nucleus dan mengaktivasi jalur sintesis protein yang berperan dalam pembelahan seluler. Protonkogen juga dapat membentuk protein yang memiliki aktivitas yang serupa dengan protein tirosin kinase. Protein yang dibentuk oleh protoonkogen ini bukan merupakan protein trans-membran, namun dua unit protein yang menempel di sisi sebelah luar dan dalam membrane sel. Protein yang melekat di sebelah luar membrane sel berfungsi sebagai reseptor sedangkan protein disisi sebelah dalam berfungsi sebagai protein tirosin kinase. Terdapat tiga jenis protein seperti ini yakni c-ras, c-fos dan c-jun. pjun dan pfos Sebagai Activator Transkripi Gen Produk c-jun merupakan factor transkripsi AP-1 yang dikatahui pertamakali sebagai factor nuclear induksi transkripsi komponen yang menyebabkan tumor. Factor transkripsi AP-1 (pjun) berikatan spesifik dengan elemen enhancer pada genome SV40 dan gen metalothionin IIA pada manusia. Tapak ikat DNA untuk AP-1 (pjun) memiliki sebuah inti umum sequence TGACTCA. Produk protooncogen c-fos merupakan sebuah ikatan kompleks dengan produk gen c-jun. Produk c-jun dan c-fos membentuk sebuah kompleks yang berfungsi sebagai trans-activator transkripsi dari daerah enhancer/promotor yang terdapat sequence TGACTCA. Pembentukan mutasional ras Oncogen Selular Keberadaan oncogene pada sel kanker kadang diidentifikasi oleh kemampuanyya merubah pertumbuhan sel. Oncogene dari sel kanker manusia setelah dikloning, diketahui merupakan derivat dari protooncogen c-ras. Genome vertebrata dibedakan menjadi tiga yang mengubungkan ras protooncogen. Dua diantaranya yakni c-H-ras dan c-K-ras yang berhubungan dengan v-rasoncogen.sedangkan yang ketiga adalah N-ras. Ketiganya mengkode pengikatan protein pengikat GTP dengan aktivitas GTPase.
Oncogene selular pertama diturunkan dari karsinoma urinaria manusia yang dinamakan EJ. Keberadaan oncogene selular pada sel tumor urinaria EJ yang dikloning dan dipisah-pisahkan, ditemukan merupakan derivate protooncogen cH-ras. Oncogenesi dari gen mutan c-H-rasEJ merupakan hasil dari subtitusi pasang basa tunggal. Oncogen diproduksi dari protooncogen oleh transversi GC→TA. Alel mutan dihasilkan dari subtitusi pasangan nukleotida (menghasilkan perubahan asam amino dasar menjadi netral atau asam amino asidik atau versa jahat yang kemudian berubah menjadi produk ras-gen mutan. Hilangnya mutasional pada aktivitas GTPase dapat mengunci protein ras kedalam bentuk aktif, yang dapat memicu pembentukan sel berkala dan pembentukan tumor. Produk c-ras memainkan kunci pada control pembentukan sel. Translokasi Breakpoint Pada Lokus Protooncogen Kromosom philadelpia merupakan kromosom ke 22 yang kehilangan segmen sepanjang lengannya. Kromosom ini ditemukan pada 90 % pasien penderita kanker cbronic myelogenous leukemia. Kromosom philadelpia dihasilkan oleh translokasi resiprok pada akhir lengan panjang kromosom ke 9 dan 22. Breakpoint pada kromosom ke 9 meningkatkan terjadinya translasi yang sangat dekat dengan protooncogen c-abl dan memindakan gen c-abl pada kromosom ke 22. Contoh lainnya pada lymphoma Burkitt, kanker pada limpfosit B yang memproduksi antibody. Tempat terpisahnya kromosomyang meningkatkan translasi yaitu antara kromosom ke 8 dan 14 pada pita q24 dan q32. Protooncogen c-myc berlokasi pada pita q24 kromosom ke 8 dan c-myc dipindahkan menambah rantai berat gen antibody pada kromosom ke 14dengan translokasi. Aktivasi Insertsional Protooncogen Virus tumor RNA ada dua tipe, yaitu. 1) Virus akut seperti Rous sarcoma virus yang membawa oncogene seperti v-src. 2) Virus lemah yang tidak membawa oncogene dan transformasi induksi sel pada neoplastic setelah periode latent. Virus lemah menginduksi kanker dengan bergabung sebagai provirus pada protooncogen dan mengaktivasi protooncogen ini menjadi terekspresi berlebihan. Ulangan termilan panjang (LTRs) proviral DNA membentuk virus tumor RNA yang mengandung elemen enhancer/ promotor yang sangat kuat, dan integrasi dari
provirus ini dapat meningkatkan transkripsi gen tambahan. Misalnya aktivasi retroviral pada protooncogen selular normal menyangkut induksi lymphomas sel B oleh avian leucosis virus (ALV). Amplifikas Protooncogen Pada Sel Kanker Meningkatnya produk gen khusus pada sel menjelaskan jumlah kopi gen yang mengkode produk tersebut. Misalnya induksi amplifikasi gen yaitu toleransi pertumbuhan sel hewan dalam kultur pada methotrexate. Sel toleran methotrexate mengandung banyak kopi gen yang menkode hydrofolate reductase dan sintesis hydrofolate reductase lebih banyak dari sel lain. Methotrexate menghabat enzim hydrofolate reductase. Unit kromosom yang menjalanakan proses amplifikasi dinamakan amplifikon yang lebih panjang dari gen yang berperan dalam proses seleksi. Efek amplifikasi protooncogen selular dihasilkadari produksi berlebihan produk protooncogen. Asal Oncogen Viral Sequence nukleotida oncogene viral dan protooncogen selular homolog memiliki gen yang tersebar dibanyak tempat sequence. Bedaya protooncogen selular terdapat intron, mengingat oncogene viral adalah exon tunggal. Genom retroviral yang adalah RNA dan sequence intron RNA transkrip protooncogen dipisah selama pemprosesan RNA. Transkripsi balik viral akan mengubah mRNA- hybrid RNA viral kedalam DNA homolog untuk berintegrasi ke genom inang. Retrovirus yang menginfeksi spesies yang berbeda berasal dari duplikat protooncogen selular yang sama. Misalnya simian sarcoma virus pada kucing yang membawa oncogene viral yang diperoleh dari protooncogen c-sis. Kemampuan transfer gen selular dari satu sel ke sel lainnya menyerupai pda transduksi pada bakteria. KANKER SEBAGAI PRODUK AKHIR PROSES MULTISTEP Oncogene mungkin memiliki efek kooperatif pada transformasi neoplastic promoting. Kejadian molekuler yang yang berbeda termasuk tambahan kapasitas poliferasi enhance sel
pada kemampuan tumor merusak jaringan dan pada
kapasistas dalam metastatis.
PERTANYAAN: 1) Bagaimana virus lemah dapat meicu kanker? Jawab: Virus lemah menginduksi kanker dengan bergabung sebagai provirus pada protooncogen dan mengaktivasi protooncogen ini menjadi terekspresi berlebihan. 2) Bagaimana protoonkogen berperan dalam regulasi seluler? Jawab:Protoonkogen yang memproduksi faktor pertumbuhan dan protein reseptor. Protein reseptor faktor pertumbuhan bekerja dengan cara mengikat faktor pertumbuhan pada sisi ekstraselulernya kemudian meneruskan pesan faktor pertumbuhan tersebut melalui transmisi alosterik. Transmisi alosterik ini akan mengaktifkan protein kinase dan menginduksi phosporilase protein intraseluler. Proses ini akan menyebabkan autophosporilasi protein tirosin kinase, dimana pada akhirnya protein tirosin kinase ini akan menyalurkan pesan dari faktor pertumbuhan ke nucleus dan mengaktivasi jalur sintesis protein yang berperan dalam pembelahan seluler.
