KONTROL GENETIK PADA PEMBELAHAN SEL: ONKOGEN DAN PROTOONKOGEN
Regulasi Siklus Mitotik Sel pada Eukariot Selama pertumbuhan, membran sel (dan dinding sel pada sel tumbuhan) serta sebagian besar komponen sitosol meningkat jumlah dan ukurannya. Ketika sel mencapai massa yang kritis, sel membelah, menghasilkan dua sel progeni yang lebih kecil. Pada kondisi yang tepat, sel progeni akan tumbuh dan membelah. Terdapat dua proses yang harus terjadi dengan akurat dan terkoordinasi: 1. Materi genetik harus diduplikasi (replikasi DNA semikonservatif), 2. Kopi materi genetik harus benar-benar terdistribusi antara dua sel progeni (mitosis). Sel harus memiliki beberapa mekanisme yang menjaga posisinya pada siklus sel. Studi mengenai siklus pembelahan sel mutan pada ragi Schizosaccharomyces pombe dan Saccharomyces cerevisiae dan pembelahan embrio awal pada Xenopus laevis menunjukkan bahwa ada 2 poin yang memastikan tiap fase siklus sel terjadi. Pertama, disebut Start, terjadi dekat dengan akhir fase G1. Pada start, sel melakukan inisisasi sintesis DNA sedikit lebih lambat dari fase S dalam siklus sel. Kedua adalah tanggungjawab untuk melakukan seluruh proses selama kondensasi kromosom dan pemisahan kromatid saat mitosis; ini terjadi tiap dimulainya fase M dalam siklus sel. Fakta terkini mengindikasikan bahwa kunci pasti dari fungsi regulasi protein adalah sebagai sinyal untuk dua mekanisme tersebut. Faktor ynag memulai mitosis (mitotic-promoting factor/MPF) pertama kali ditemukan pada Xenopus. Ketika MPF diinjeksikan pada Xenopus, akan menstimulasi oosit untuk memasuki fase M. MPF mengandung setidaknya 2 komponen esensial, yaitu (1) protein cyclin yang disintesis dan diakumulasi selama G1 dan G2 dan didegradasi selama fase M (dan kemungkinan juga setelah terjadinya Start) dan (2) Protein kinase yang spesifik pada fase Start dan M yang disebut pp34 (pp yaitu fosfoprotein, protein yang mungkin memiliki grup fosfat pada rantai samping asam amino spesifik, sedangkan 34 karena berat molekulnya 34000 molekul), yang merupakan produk dari gen cdc2 pada S. pombe dan gen CDC28 pada S. cerevisiae. Fakta terkini mengindikasikan bahwa pp34 terlibat dalam terjadinya 2 peristiwa tersebut. Bahkan, fosforilasi/defosforilasi residu satu tirosin (Tyr 15 –asam amino kelima belas dari NH2 terminus-) mungkin diregulasi, baik pada inisiasi replikasi DNA ataupun pada
fase M ketika pp34 berinteraksi dengan dua kelas protein cyklin, satu kelas, M-cyclin, terlibat pada terjadinya fase M, dan kelas kedua, G1-cyclin, terlibat dalam desisi Start. Salah satu aspek yang menarik dari keterlibatan satu atau lebih molekul pada dua langkah komitmen ini adalah menyediakan mekanisme yang dapat diingat oleh sel, berdasar pada status konformasi molekul ini, yang berada pada siklus sel, dan keakuratan koordinasi start dan onset fase M. Singkatnya, pengetahuan kita mengenai mekanisme molekular yang mengontrol lintasan sel selama siklus sel masih belum lengkap.
Gambar. 17.1 Diagram menunjukkan beberapa faktor yang meregulasi progres sel eukariot selama siklus mitosis sel. Komunikasi Interselular pada Eukariot Multiseluler Mekanisme yang mengontrol pembelahan sel dan pertumbuhan sel pada eukariot multiselular lebih kompleks karena adanya komunikasi intraselular. Masing-masing jaringan pada organ dan organ dalam tubuh organisme harus tumbuh hingga ukuran yang sesuai bagi spesies tersebut. Agar hal tersebut dapat terjadi, pembelahan sel harus dikendalikan secara tepat pada tiap jaringan dan harus menuruti sinyal yang tepat pada jaringan atau organ yang berbeda. Karena adanya hubungan yang kompleks pada jaringan berbeda di tumbuhan atau hewan, komunikasi interselular harus memiliki peranan yang sangat penting dalam proses pertumbuhan serta diferensiasi pada tumbuhan dan hewan. Untuk sementara ini sudah diketahui adanya host dari "faktor" yang menstimulasi atau menghambat pertumbuhan dan pembelahan dari tipe sel yang spesifik. Namun, masih belum dapat dimengerti bagaimanakah faktor-faktor tersebut dapat mempengaruhi pembelahan sel dalam level molekular.
Pembelahan sel berada di bawah kendali genetik. Gen tertentu harus meregulasi proses pembelahan sel yang diakibatkan respon terhadap sinyal-sinyal, baik interselular, intraselular, atau sinyal dari lingkungan. Gen regulatori tersebut tidak diragukan lagi dapat terpengaruh oleh mutasi, seperti halnya gen lain. Mutasi yang merubah fungsi dari gen regulatori tersebut dapat menyebabkan pembelahan sel yang abnormal, dalam keadaan yang ekstrem dapat menyebabkan sel tersebut tidak dapat membelah ataupun terus menerus membelah. Penelitian terbaru mengenai gen viral yaitu onkogen, yang dapat menyebabkan hilangnya kontrol terhadap pembelahan sel, telah menyebabkan adanya identifikasi dari satu set gen homolog yang disebut dengan protoonkogen pada genom dari hewan normal, termasuk manusia. Protoonkogen normal pada sel dapat dirubah menjadi onkogen yang dapat menyebabkan tumor dengan cara mutasi ataupun terhubung dengan sekuens baru melalui proses rekombinasi. Sel Kanker: Hilangnya Kontrol pada Pembelahan Sel Kanker merupakan penyakit yang menunjukkan adanya pertumbuhan sel dan pembelahan yang tidak terkontrol. Pada jaringan nonsirkulatori, pertumbuhan sel yang tidak terkontrol menimbulkan massa sel yang disebut dengan tumor. Tumor ganas merupakan kanker yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain dalam tubuh, yang dapat menimbulkan tumor sekunder (dalam proses yang disebut dengan metastasis). Tumor jinak merupakan massa sel yang belum bermetastasis. Untuk saat ini, sudah terdapat banyak bukti mengenai keterlibatan dari kurang lebih 40 jenis onkogen yang menyebabkan kanker pada hewan. Virus Penginduksi Tumor: Onkogen Viral Informasi mengenai Onkogen berkaitan dengan penelitian virus-virus yang menyebabkan tumor RNA atau retrovirus. Virus-virus ini menyediakan informasi genetiknya dari sebuah genom strain tunggal yang kemudian diubah menjadi bentuk DNA double strand setelah menginfeksi sel inang. Biasanya, informasi genetik berasal dari DNA yang kemudian ditranskripsi menjadi RNA selama transkripsi. Retrovirus mengkode enzim khusus yang dapat mengkatalisis sintesis sekuens DNA homolog dari template molekul RNA, yaitu enzim reverse transcriptase. Genom retrovirus seperto virus polioma SV40 (simian virus 40) dan adenovirus juga memiliki onkogen yang dapat menginduksi pertumbuhan tidak terkontrol pada sel hewan dalam suatu jaringan. Meskipun demikian, onkogen virus DNA ini lebih sulit dipelajari
daripada retrovirus. Hal ini dikarenakan bahan-bahan penginduksi tumor paa virus DNA ini sulit dibedakan dari efek yang disebabkan oleh replikasi kromosom virus dan ekspresi gen virus lainnya yang dapat menyebabkan kematian pada sel inang. Siklus Hidup Virus Rous Sarcoma Retrovirus yang paling banyak dikenal adalah virus Rous sarcoma (Rous adalah orang yang menemukan virus tersebur, dan sarcoma adalah jenis penginduksi kanker) yang menginduksi kanker pada sel-sel ayam. RNA virus sarcoma terdiri atas arc oncogen, genom RNA, kapsid virus, dan selubung luar virus. Genom RNA virus mengalami replikasi DNA nya dengan enzim reverse transcriptase yang kemudian dapat berintegrasi (menggabung) dengan DNA pada kromosom sel inang. Setelah terintegrasi, DNA virus juga akan mengalami tranksripsi seperti gen-gen normal pada sel inang. Genom virus Rous sarcoma terdiri dari 4 gen, yaitu (1) gag, yang mengode protein kapsid birus; (2) pol, yang mengode enzim reverse transcriptase; (3) env, yang mengode duri protein pada selubung virus; (4) onkogen src, yang mengode enzim membrane-bound protein kinase. Genom virus juga membawa promoter kuatnya, jadi keempat gen yang disintesis memiliki jumlah yang banyak. Gen src bertanggung jawab penuh terhadap kemampuan virus Rous sarcoma yang menjadi pemicu kanker. Delesi salah satu gen ini dapat mengasilkan suatu virus yang mengeinfeksi dan bereplikasi seperti virus src, tetapi bersifat nononkogen total. Keanekaragaman Onkogen Retrovirus Terdapat sekitar 20 jenis onkogen virus yang telah diketahui sampai saat ini, dan banyak jenis lain yang belum ditemukan. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa macammacam retrovirus yang menginduksi jenis kanker yang sama, biasanya membawa onkogen yang relative sama. Secara keseluruhan, ada sekitar 40 gen yang berbeda telah diidentifikasi, mencakup onkogen virus DNA dan asal sel.
Produk Onkogen sebagai Regulator Pembelahan Sel Onkogen menginduksi pertumbuhan sel yang tidak terkendali menyebabkan tumor, produk dari gen ini bertindak dengan menstimulasi pembelahan sel dalam beberapa cara. Produk dari onkogen v-sis dari virus sarcoma simian sangat berhubungan dengan hormon pertumbuhan polipeptida disebut dengan faktor pertumbuhan derivat-platelet (plateletderived growth factor/PDGF). PDGF diproduksi oleh sel-sel platelet yang mengawali proses penyembuhan dengan menstimulasi pertumbuhan sel-sel pada daerah luka. Virus Sarcoma Simian membawa gen v-sis yang menginduksi sarkoma ketika diinjeksi ke dalam monyet berbulu, mereka juga merubah fibroblas yang ditumbuhkan dalam kultur menjadi neoplastik atau keadaan tumor (tumorous state). Perubahan seluler menjadi keadaan kanker (cancerous state) terjadi oleh mekanisme yang berhubungan dengan pengaruh PDGF normal terhadap sel-sel pada daerah luka. Onkogen lain mengkode produk yang hampir sama dengan faktor pertumbuhan dan reseptor hormon. Onkogen erbB dan fms masing-masing mengkode protein yang berhubungan dekat dengan reseptor untuk faktor pertumbuhan epidermal dan faktor pertumbuhan GSF-1. CSF-1 adalah faktor pertumbuhan yang menstimuasi pertumbuhan dan diferensiasi dari makroag. Kedua reseptor faktor pertumbuhan ini merupakan protein transmembran dengan domain pengikatan faktor pertumbuhan terdapat pada luar sel dan domain protein kinase di dalam sel. Reseptor merupakan komponen kunci dalam jalur signaling transmembran. Produk gen erbA merupakan analog dari reseptor nuklear untuk hormon tiroid T3. Semua produk gen ini tidak diragukan lagi terlibat dalam jalur komunikasi
interseluler yang mengatur pembelahan sel selama pertumbuhan dan perkembangan dari jaringan dan organ yang aktif berdiferensiasi pada hewan multiseluler. Karena protein reseptor transmembran tirosin kinase ahli dalam mentransmisi sinyal mitogenik (sinyal yang memerintahkan sel untuk membelah), tidaklah mengejutkan bahwa alterasi struktur dan fungsi dari protein ini beberapa kali akan menjadi onkogenik. Jika mereka mengalami malfungsi dan mentrasmisi sinyal yang memerintahkan sel untuk membelah ketika seharusnya dalam keadaan normal tidak membelah, hasilnya akan terbentuk tumor. Kelompok terbesar pada onkogenes (termasuk src) dapat mengkode protein kinase yang akan memfosforilasi tirosin. Beberapa gen tersebut kemungkinan analog denga reseptornya yaitu untuk faktor pertumbuhan epidermal dan faktor pertumbuhan CSF-1, Protein src merupakan protein kinase yang sangat aktif dan dapat memfosforilasi tirosin yang spesifik, namun masih belum diketahui dasar molekular dari onkogen ataupun protein apa yang berperan sebagai faktor pengatur pada subjek tertentu. Oncogen ras mengkode protein yang mengikat GTP dan aktifitas dari GTPase. Kemungkinan mereka analog dengan protein G yang memiliki aktifitas GTPase dan berperan dalam regulasi enzim adeniliklase dan siklus AMP di sel. Fungsi dari ras gen-produk sangat menarik karena terbukti memiliki implikasi yang besar pada keterlibatan dari produk ras mutan pada kanker manusia. Oncogen lain diantarnya adalah jun, fos, erbA, dan myc mengkode faktor transkripsi nuclear yang mengaktifkn ekspresi pada gen khusus. Sehingga, beberapa gen dapat aktif dan dapat mengkode produk yang berfungsi pada regulasi positif pada pembelahan sel. Produk oncogen merupakan protein sederhana yang berperan pada pusat perangsang dari pembelahan sel pada satu atau lebih sel. Produk onkogen kemungkinan diubah menjadi “mutan” protein sebagai pemicu pembelahan sel yang seharusnya normal namun tidak dapat terbelah pada kondisi tertentu. Pada kasus lainnya, produk onkogen tersebut akan menstimulasi pembelahan sel yang abnormal. Protoonkogen dan Onkogen Seluler Gen dengan sekuen DNA yang sangat mirip dengan retroviral oncogen dan yang mengkode protein dengan properti serupa telah diidentifikasi pada genom hewan tingkat tinggi termasuk manusia dengan memakai dua pendekatan eksperimen:
1. Melibatkan pencarian sekuen DNA sel yang akan bersilang hibrida dengan oncogen virus hewan. 2. Melibatkan pencarian langsung gen penyebab kanker pada genom sel kanker dengan eksperimen transfeksi, eksperimen yang mana sel tumor DNA diisolasi dan ditambahkan ke kultur jaringan sel normal untuk melihat jika sel akan merubah beberapa bagi yang berpenyakit kanker. Homologi dengan Onkogen Viral Oncogen src pertama diidentifikasi pada genom virus Rous sarcoma diisolasi dari ayam. Ketika transcriptase balik digunakan untuk merubah oncogen src pada RSV ke bentuk dan cDNA ini dilabeli dengan 32P dan digunakan sebagai probe pada eksperimen hibridisasi southern blot (bab 13) dengan DNA genom dari ayam normal, cDNA src dihibridisasi dengan fragmen restriksi spesifik genom DNA pada setiap eksperimen. Hal ini tanpa menghiraukan sumber genom DNA ayam. Selain itu, sekuen DNA genom serupa yang menghibridisasi cDNA src probe telah diidentifikasi pada semua hewan vertebrata dan bahkan pada lalat buah Drosophila melanogaster. Eksperimen subsekuen telah mendemonstrasikan bahwa DNA genom dari sel normal (nonkanker) semua hewan tingkat tinggi berisi sekuen DNA yang hibrid dengan semua sekuen oncogene retroviral. Pada beberapa kasus sekuen homolog oncogen retroviral bahkan ditemukan pada eukariot rendah seperti Saccharomyces cerevisiae. Gen-gen sel normal yang homolog ke oncogen disebut protooncogen. Pada beberapa kasus, protooncogen bisa memutasi ke bentuk yang mampu menginduksi oncogenkemampuan untuk mengubah sel ke neoplastik atau bagian seperti kanker. Pada bentuk terakhir, mereka disebut sel oncogen (disingkat c-onc, e.g., c-src, c-sis, c-myc) untuk membedakannya dari counterpart viral mereka. Ini berarti bahwa kita harus menandai viral oncogen lebih tepat seperti v-onc’s, contohnya v-src, v-sis, v-myc. Eksperiman Transfeksi Deteksi sel oncogen dengan eksperimen transfeksi didasarkan pada kemampuan oncogen untuk mengubah pertumbuhan sel nonkanker pada kultur ke keadaan kanker (ditandai dengan pembelahan sel tidak terkontrol). Fenomena ini disebut transformasi sel atau sederhananya transformasi.
Pertumbuhan sel normal (nontransformed) pada kultur akan berhenti membelah ketika mereka membuat kontak dengan sel tetangga (fenomenanya disebut contact inhibition); jadi mereka akan membentuk sebuah monolayer sel pada permukaan labu kultur atau cawan petri dimana mereka sedang tumbuh. Sel yang bertransformasi tidak memperlihatkan contact inhibition. Mereka akan tetap membelah walaupun kontak dengan lingkungan mereka dan akan membentuk tumor pada permukaan labu kultur. Ketika DNA dari sel-sel normal digunakan dalam percobaan transfeksi, tingkat transformasi sel sangat rendah namun dapat dideteksi/dikenali. Ketika DNA dari sel-sel berubah dan digunakan dalam putaran kedua percobaan transfeksi, frekuensi yang lebih tinggi dari transformasi kadang-kadang diamati. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan genetik terjadi pada klon sel pertama, tetapi perubahan epigenetik (tidak mewarisi perubahan perkembangan) yang berpengaruh dalam perubahan dalam klon sel kedua. Eksperimen transfeksi juga telah digunakan untuk menunjukkan keberadaan onkogen seluler di jalur kultur sel yang berasal dari berbagai tumor hewan spontan yang terjadi dan kimiawi. Sebagian besar onkogen seluler terdeteksi oleh eksperimen transfeksi yang telah diisolasi menggunakan teknik rekombinan DNA dan kloning gen. Ketika onkogen seluler terisolasi dan dibandingkan dengan onkogen retrovirus oleh berbagai prosedur (DNA hibridisasi, analisis enzim restriksi, sequencing DNA), banyak diantara mereka yang homolog dengan salah satu onkogen retroviral. Sebagai contoh, onkogen c-H-ras diidentifikasi oleh eksperimen transfeksi DNA yang berasal dari sel carcinoma kandung kemih manusia yang ternyata homolog dengan onkogen v-H-ras virus sarkoma Harvey.
Onkogen Seluler Mengandung Intron-Homolog Viral Mereka adalah Ekson Tunggal Ketika onkogen yang diisolasi dengan teknik DNA rekombinan dan digunakan sebagai hibridisasi probe untuk mencari urutan homolog di sel inang normal, urutan tersebut hampir selalu ditemukan. Homolog urutan ini hadir dalam kromosom sel normal dari hewan normal maka oncogen tidak terintregasi, karena mereka berbeda dari onkogen virus dan memiliki urutan coding yang bermasalah, seperti kebanyakan gen eukariotik lainnya. Yaitu, onkogen dan protoonkogen memiliki beberapa ekson yang dipisahkan oleh inton, dimana virus onkogen adalah ekson tunggal. v-src dan c-src merupakan kedua gen kode untuk protein kinase yang memfosforilasi residu tirosin. Terlebih lagi, dua protein kinase ini memiliki ukuran yang sama dan struktur
yang mirip. Selain itu, kedua protein bereaksi dengan antibodi yang disusun menggunakan protein v-src sebagai antigen. Perbandingan urutan nukleotida dari gen c-src ayam dan gen vsrc dari satu strain dari RSV menunjukkan bahwa dua gen yang dikodekan sangat mirip. Protein c-src merupakan 533 asam amino yang panjang, sedangkan protein v-src merupakan 526 asam amino yang panjang. Perbedaan utama antara kedua protein terjadi pada ujung terakhir COOH, dimana 12 asam amino terakhir dari protein v-src diganti oleh 19 asam amino lengkap yang berbeda pada ujung terakhir dari protein c-src. Selain itu, mereka 18 pasangan nukleotida tunggal yang berbeda antara urutan koding dari v-src dan c-src menghasilkan perubahan 8 asam amino pada produk protein. Perubahan 8 asam amino ini di protein v-src dari strain Schmid-Ruppin tidak muncul untuk terlibat dalam onkogenitas dari protein v-src karena tidak satupun dari mereka yang ditemukan dalam onkogen v-src yang telah diurutkan dari ketegangan RSV lainnya. Jelasnya, perbedaan utama antara kedua gen tersebut adalah adanya 11 intron pada c-src dan ketidakhadiran mereka pada v-src. Pelestarian Protoonkogen selama Evolusi Satu argumen menyatakan pentingnya protoonkogen dan produk yang dihasilkan dalam mengkode pertumbuhan sel normal dan atau protoonkogen terpelihara dengan tinggi pada pembelahan sel selama evolusi. Gen c-src tidak hanya ditemukan pada ayam, tetapi juga pada burung lainnya, pada mamalia (termasuk manusia), pada ikan, dan pada serangga seperti Drosophila melanogaster. Selain itu, gambar protoonkogen ini membentang pada jarak luas pada spesies yang diamati untuk kebanyakan protoonkogen lainnya. Pada lalat buah Drosophila melanogaster berisi gen sel normal yang menunjukkan homologi kuat sel onkogen vertebrata yaitu c-abl, c-erbB, c-fps, c-raf, c-ras, dan c-myb, ditambah c-src yang juga homolog. Faktanya, genom pada D. Melanogaster berisi dua gen dengan homolog ke src dan tiga gen dengan homolog ke ras, seperti halnya pada genom vertebrata. Keadaan sebenarnya pada protoonkogen ras, genom pada Saccharomyces cerevisiae ditemukan berisi dua sekuen yang homolog. Hal ini menjelaskan bahwa berbagai protoonkogen mungkin terpelihara dengan luas selama proses evolusi berlangsung. Ketika sekuen protoonkogen homolog pada spesies yang berbeda dibandingkan, sekuen yang berdekatan selalu terpelihara dengan besar, sering berbeda oleh kurang dari 15 % dalam sekuen pasangan nukleotida. Keadaan sebenarnya secara relatif pada jarak jauh protoonkogen ras antara yeast dan vertebrata terkait, diprediksi sekuen asam amino (diprediksi dari sekuen nukleotida) pada dua-tiga amino terminal pada produksi protein identik dalam 75 % posisi asam amino. Rupanya, daerah yang sangat terpelihara dari hasil
protoonkogen homolog memiliki fungsi yang sama atau mirip pada spesies yang berbeda yang mengandung gen ini. Pengamatan sturktur protoonkogen di semua hewan vertebrata dan bahkan di banyak spesies invertebrata memperlihatkan bahwa gen ini mengkodekan produk penting, dan ternyata sekuens dari gene telah dipelihara secara alami bertindak untuk menjaga intergritas fungsional dari produksi gen penting yang dikodekan oleh gen ini. Meskipun belum dipahami peran yang tepat produk protoonkogen ini, nampaknya mereka terlibat langsung dalam pengendalian pembelahan sel. Produk Protoonkogen: Kunci Regulasi Pembelahan Sel Siat yang menyatukan protoonkogen sebagai kelompok yaitu mereka memainkan peran sentral dalam mengendalikan pembelahan sel. Klasifikasi berdasarkan fungsi, perbedaan dari protooncogens terdapat pada empat kelompok yaitu; 1. 2. 3. 4.
Pengkode faktor pertumbuhan (c-sis) atau reseptor faktor pertumbuhan (c-fms dan c-erbB) Pengkode ikatan GTP protein dengan aktivitas GTPase (c-H-ras, c-K-ras, dan N-ras) Pengkode protein kinase, atau protein tyrocine-spesifik kinase (c-mil, c-mos, dan c-raf) Pengkode regulator transkripsi (c-fos, c-jun, c-erbA, c-myc, dan pos-sibly c-myb dan c-ets) Kebanyakan dari produk protooncogene adalah faktor pertumbuhan atau reseptor
faktor pertumbuhan, misalnya reseptor faktor pertumbuhan dikode oleh c-fms dan c-erbB. Struktur prototip dari reseptor faktor pertumbuhan yang memiliki aktivitas protein kinase tyrocine-spesifik pada intraselulernya. Namun, fungsi dari protein tersebut belum benar-benar diketahui, tetapi jelas diketahui jika protein tersebut berpengaruh pada transfer signal dari permukaan sel ke nukleus. Protein tersebut mengikat faktor pertumbuhan pada sisi pengikatan ekstraseluler dan mentransmit signal, diperkirakan melalui transmisi allosteric sisi tyrocine kinase di intracelluler. Aktivitas sisi tirosin kinase berbengaruh terhadap autofosforilasi, karena reseptor protein kinase tersebut menunjukan bahwa autofosforilasi mengalami reversible dari residu tirosin spesifik di dekat COOH termini dari protein di intraseluler. Reseptor faktor pertumbuhan epidermal telah diketahui mengalami fosforilasi protein kinase seluler dan berinteraksi dengan protein faktor yang mengatur aktifitasnya. S-rc protein dan produk dari beberapa protoonkogen terkait juga memiliki aktivitas protein kinase tirosin yang spesifik. Namun, protein kinase ini bukan protein transmembran, melainkan berhubungan dengan permukaan sitoplasma dari membran plasma. Sepertinya, protein kinase ini juga terlibat dalam transduksi sinyal, tetapi belum diketahui sinyal apa yang
akan menanggapi atau bagaimana sinyal ini ditransmisikan. Sebagai model kerja, tampaknya masuk akal untuk mengasumsikan bahwa fosforilasi target protein intraseluler utama adalah yang paling mungkin sebagai model aktivitas dari produk protoonkogen ini. Mekanisme kerja dari gen-produk c-ras dan produk protoonkogen yang berfungsi sebagai aktivator transkripsi berbeda dari mekanisme kerja dari produk protoonkogen. Gambar 17.5 Gambar skematik dari struktur
prototipe
pertumbuhan
reseptor
transmembran
faktor dengan
kegiatan protein kinase tirosin. Protein reseptor ini memainkan perang kunci transduksi sinyal dari permukaan sel ke inti sel, rincian mekanisme molekuler dimana cara mengirimkan sinyal ini masih belum diketahui.
Pjun dan pfos sebagai Aktivator pada Gen Transkripsi Produk dari dua protooncogen, diantaranya adalah c-jun dan c-fos baru-baru menunjukan sifat seperti proteinyang sebelumnya telah didemonstrasikan komponen kompleks nuklearnya yang aktif pada transkripsi pada gen yang spesifik. Produk dari c-jun sekarang diketahui menjadi faktor transkripsi AP-1, yang diidentifikasi sebagai faktor nuclear untuk transkripsi yang diinduksi oleh tumor-promotin. Sebuah model untuk aktivitas kompleks yang mengandung produk protein c-jun dan c-fos ditunjukkan pada gambar 17.6. Catatan bahwa produk dari protoonkogen ini biasanya ditunjuk hanya c-Jun dan c-fos (gen yang sesuai adalah c-jun dan c-fos). Aktivasitrans dari transkripsi gen responden dengan kompleks c-jun / c-fos kini telah ditunjukkan dalam beberapa laboratorium. Penelitian ini diarahkan untuk mengidentifikasi lebih dari gen yang diatur oleh c-Jun / c-Fos kompleks ini dan untuk menentukan faktor apa yang mengatur ekspresi c-jun dan c-fos protoonkogen.
Gambar 17.6 Diagram ilustrasi dari interaksi pjun dan pfos dan peranannya dalam transaktivasi transkripsi gen dengan sekuens TGACTCA mengikat urutan penambah / promotor yang mengendalikan elemen. Interaksi pjun dan pfos, khusus untuk mengikat DNA di sekuens TGACTCA, dan efeknya pada transkripsi yang telah jadi, aspek-aspek lain dari model yang ditampilkan masih spekulatif.
Mutasi asal dari ras Oncogen Seluler Onkogen hadir dalam sel-sel kanker yang kadang dapat diidentifikasi oleh kemampuan mereka untuk mengubah sel tumbuh (secara khusus sel tumbuh pada tikus disebut NIH 3T3) dalam situasinya ke keadaan neoplastik dengan cara eksperimen transfeksi. Ketika oncogen dari sel kanker manusia diklon dan ditandai, sel tersebut sering ditemukan menjadi derivate c-ras protooncogen. Genom dari vertebrata terdiri dari tiga bagian tetapi ikatannya masih erat dengan ras protooncogen. Dua dari tiga, c-H-ras dan c-K-ras masih erat kaitannya dengan v-ras oncogen dari strain Harvey dan Kristen pada virus sarcoma pada tikus. Ketiga, ditunjukkan oleh N-ras, yang belum memiliki gen homolog dalam setiap genom retroviralnya. Ketiga dari ras protooncogen seluler ini diketahui untuk mengkode protein pengikat GTP yang sama dengan aktivitas GTPase. Ketiga dari ras protooncogen untuk membelah mutasi ke derivate oncogen yang dideteksi oleh eksperimen transfeksi yang dilakukan genom DNA secara spontan atau induksi karsinogen tumor. Mayoritas dari sel transformasi NIH 3T3 oncogen dideteksi dalam sel tumor manusia berubah menjadi satu dari tiga ras protooncogen seluler. Oncogen seluler pertama ras protooncogen yang ditandai berasal dari karsinoma sel kandung kemih manusia disebut EJ. Ketika onkogen selular sel tumor kandung kemih EJ dikloning dan disekuensing, yang ditemukan pada derivat dari c-H-ras protoonkogen. Hasil mutasi ini menyebabkan substitusi valin untuk menjadi glisin sebagai asam amino kedua belas (dari terminal amino) di c-H-ras protein normal. Berbeda dengan kebanyakan onkogen retrovirus, EJ pada c-H-ras onkogen dari karsinoma kandung kemih manusia tidak mengakibatkan sintesis abnormal sejumlah besar
dari produk proteinnya. Saat ini, kita tidak mengetahui mengapa terjadi perubahan kecil seperti dalam protoonkogen, gen sel normal, harus mampu memproduksi beberapa oncogene dari transformasi sel ke dalam keadaan yang bersifat kanker. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kedua sel normal dan sel tumor beberapa pasien dengan karsinoma adalah heterozigot untuk c-H-ras onkogen dan protoonkogen. Hasil ini menunjukkan bahwa onkogen penyebab kecenderungan, bukan suatu perubahan langsung ke dalam keadaan yang bersifat kanker. Berikut merupakan karakteristik c-H-ras oncogene yang terdapat pada EJ karsinoma kandung kemih manusia, variasi oncogene dari tiga c-ras protooncogen telah mendeteksi dan mengkarakterisasi dalam jumlah besar perbedaan sel kanker pada mamalia. Ketika oncogene terdapat dalam sel kanker. Semua varian alel ras dengan potensial oncogenic diuji dengan transfeksi percobaan NIH 3T3 yang mengakibatkan substitusi asam amino pada salah satu posisi dari tiga asam amino pada produk gen ras. Semua alel ras dengan potensi oncogen diuji oleh percobaan transfeksi NIH 3T3 yang menghasilkan subtitusi asam amino dari tiga posisi asam amino dalam produk gen-ras. Proses tersebut meliputi beberapa kodon dengan nomor 12, 59 dan 61. Beberapa mutasi telah didokumentasikan dalam gen c-ras pada variasi sel kanker yang ditunjukkan pada table 17.2. Mutasi tidak terlihat mengubah ikatan GTP Gambar 17.2
dari protein ras, tetapi tidak mengurangi atau mengeliminasi aktivitas GTPase pada protein tersebut. GTP lain mengikat protein dengan aktivitas GTPase , yang disebut G protein . G protein adalah protein membran plasma yang tidak aktif kecuali ketika mendapat stimulasi oleh interaksi hormon - reseptor spesifik. Ketika terjadi stimulasi, protein G mengikat GTP dan termodulasi
aktivitas
adenylate
cyclase. Bagaimanapun, GTP yang terikat pada protein G akan dihirolisis oleh GTPase, pengembalian proteisn pada keadaan inaktif. Jika protein ras mendapat tindakan oleh mekanisme yang hampir sama, maka hilangnya mutasi dari aktivitas GTPase dapat mengikat protein ras dalam bentuk aktif, yang mungkin memicu secara terus-menerus pembelahan sel dan terbentuknya tumor.
Saat ini, tampak bahwa derivat mutan onkogen dari gen c-ras ada dalam sel kanker dan akan memberikan petunjuk penting yang mengarah pada penemuan dari fungsi seluler normal c-ras proto-oncogenen. Apapun fungsinya, dapat disimpulkan bahwa produk gen c-ras mempunyai peran penting dalam kontrol pembelahan sel. Tempat Putusnya Translokasi pada Lokus Protooncogene Translokasi (lembar yang terputus dan transfer bagian dari kromosom ke kromosom non homolog) dan penghapusan atau kekurangan (lembar yang terputus dan hilangnya bagian kromosom) yang melibatkan kromosom tertentu, dan, lebih penting lagi, sering terjadi putus pada posisi yang sama dalam kromosom ini, berulang kali diamati pada beberapa jenis sel kanker. Contoh paling terkenal dari hal ini adalah apa yang disebut "Philadelphia" kromosom, sebuah perubahan dari kromosom 22 yang telah kehilangan sebagian besar segmen lengan panjang. Kromosom yang abnormal ini telah ditemukan dalam berbagai penelitian hingga 90 persen daripasien yang menderita jenis kanker tertentu yang disebut leukimia myelogenous kronis. Awalnya, kromosom Philadelphia dianggap penghapusan sederhana dari bagian distal dari lengan panjang kromosom 22. Selanjutnya, kromosom Philadelphia terbukti telah diproduksi oleh translokasi timbal balik yang melibatkan ujung lengan panjang kromosom 9 dan 22 di titik pemutusan pada kromosom 9 yang menimbulkan translokasi ini terjadi sangat dekat denganc-abl proto onkogen, dan pertukaran transfer genc-abl pada kromosom 22 pada beberapa pasien, transkripsic-abl abnormal diproduksi; pada pasien lain,titik pemutusan terjadi jauh dari, tapi selalu 5' (relatif terhadap arah transkripsi) kec-abl (gambar 17.8).
Gambar 17.8 Pada gambar 17.7 merupakan gambar lokasi kromosom dari lima belas protooncogenes manusia dan breakpoints (panah di sebelah kanan kromosom) diamati pada translokasi ditemukan secara konsisten terkait dengan jenis kanker tertentu. simbol untuk
berbagai protooncogenes berasal dari nama-nama retrovirus yang membawa onkogen virus homolog.
Gambar 17.7 Penyisipan Aktivasi Protooncogenes Virus RNA tumor terdiri dari dua jenis yang berbeda: (1) akut mengubah virus seperti virus Rous sarcoma yang membawa onkogen seperti v-src dan (2) virus transformasi lambat yang tidak membawa onkogen dan menginduksi transformasi sel untuk bagian neoplastik setelah periode laten diperpanjang (biasanya beberapa bulan). Virus transformasi lambat sering menyebabkan kanker dengan mengintegrasikan sebagai provirus berdekatan dengan protooncogenes dan, dengan demikian, mengaktifkan protooncogenes ini "diekspresikan" ke bagian. Mengulangi terminal panjang (LTRs) bentuk provirus DNA virus tumor RNA mengandung unsur penambah / promotor yang sangat kuat, dan integerasi dari provirus ini dapat menyebabkan peningkatan tingkat transkripsi gen yang berdekatan. Salah satu contoh yang paling terkenal dari aktivasi retroviral dari protoonkogen seluler normal melibatkan limfoma sel B disebabkan oleh virus avian leukosis (ALV). Limfoma dihasilkan dari ekspresi lebih dari c-myc disebabkan oleh integrasi provirus LTRs dengan enhancer kuat / promotor yang berdekatan dengan c-myc. Pada gambar 17.9 merupakan diagram yang menunjukkan sifat dari peristiwa translokasi timbal balik yang menimbulkan abnormal 14q + kromosom lazim di sel tumor pasien dengan limfoma Burkitt. meskipun translokasi biasanya melibatkan pertukaran timbal balik dari ujung lengan panjang kromosom 8 dan 14, hanya translokasi kromosom 14q + yang membawa kedua protoonkogen c-myc dan gen antibodi rantai berat ditampilkan (fig 17.9)
Gambar 17.9 Amplifikasi dari Protooncogen pada Sel Kanker Contoh yang paling terkenal dari amplifikasi gen induksi meliputi teoleransi sel binatang tumbuh pada budidaya ke obat metotreksat. Methotrexate menghambat enzim reduktase dihydrofolate yaitu enzim katalisis yang merupakan bagian penting dalam sintesis dTMP (dan, jadi, dalam sintesis DNA). Methotrexate terikat pada sisi aktif dari reduktase dihydrofolate dan mencegah terjadi pengikatan oleh substrat normal. Jika satu pemilihan sel dengan toleransi peningkatan konsentrasi secara bertahap dari methotrexate, bebeerapa sel akan menjadi toleran disebabkan oleh penguatan gen mengkode reduktase dihydrofolate. Sel toleran methotrexate terdiri dari banyak kopian dari gen ini dan mensintesis lebih banyak dihydrofolate reduktase daripada sel normal. Sebagai hasil mereka dapat mentolerir level yang lebih tinggi dari metotreksat tanpa harus mati. Beberapa molekul enzim akan mengikat methotrexate dan dihambat, tetapi dengan enzim yang lebih, moleku enzim cukup bebas akan tetap mengijinnkan sel untuk hidup dan tumbuh. Lebih banyak gen kopian yang dihasilkan (derajat amplifikasi lebih besar) lebih banyak enzim yang dapat disintesis, dan lebih tinggi konsentrasi darimethotrexate maka sel dapat mentolerir dan tetap bertahan hidup. Perbanyakan ekstra gen enzim dihydrofolat reduktase pada barisan sel toleransi methotrexate diperlihatkan pada (1) kromosom berukuran ekstra kecil yang disebut “double minutes” atau DMs atau (2) sebagai dua bagian sekuen berulang di bagian dalamnya disebut “homogeneusly staining regions” atau HSRs di bagian lain kromosom normal pada genom. Kromosom double-minutes merupakan kromosom yang jumlahnya lebih banyak yang terdiri dari gen amplifikasi dan kromosom DNA yang berdekatan pada molekul circular ekstrakromosom DNA. Ini terdiri dari molekul circular DNA yang dibungkus pada nukleosom dan benang-benang kromatin seperti pada kromosom normal. Kromosom dengan ukuran kecil ini seperti dua titik kecil pada bentangan kromosom (inilah yang dinamakan
“double minutes”). Molekul circular DNA pada kromosom DM mendominasi bagian akhir replikasi dengan dua lingkaran DNA yang saling mengikat satu sama lainnya, ini menjelaskan struktur yang terdiri dari dua bagian. Unit kromosom yang mengalami proses amplifikasi sering bertindak sebagai amplicon. Pada data sebuah study kasus, ukuran dari amplicon lebih besar dibandingkan ukuran gen pengkode enzim target yang biasanya digunakan dalam proses seleksi. Unit amplicon yang sama yang terdapat pada DMs sering ada sebagai dua bagian berulang di bagian dalam daerah HSR pada kromosom yang terdiri dari gen amplifikasi. Model ini telah menunjukkan keakuratan pada detail gross pada kasus amplikasi gen dihidrofolat reduktase dari protozoa Leishmania tropica pada respo seleksi untuk toleransi obat methotrexate. Efek amplifikasi dari protoonkogen seluler adalah hasil dari produksi yang berlebihan pada hasil protoonkogen. Peristiwa amplifikasi kemungkinan tidak terkait pada inisiasi onkogenesis, tetapi bisa berkontribusi pada tahap subsequent dari jalur onkogenik. Peristiwa amplifikasi bisa menjadi tidak lebih dari efek sekunder dari tahap-tahap lain pada jalur onkogenik. Meskipun demikian, amplifikasi yang berulang dari protoonkogen yang spesifik faktanya tipe-tipe kanker memberi kesan bahwa hubungan ini mungkin menjadi lebih dari sekedar kesempatan dan tentunya memerlukan pembelajaran yang lebih lanjut. Selain itu, fungsi utama dari produk beberapa protoonkogen jalur komunikasi interseluler , sepertinya terlihat bahwa produksi yang berlebihan pada produk protoonkogen tertentu bisa berkontribusi baik bagi onkogenesis. Asal Mula Onkogen Viral Terlepas dari bagaimana onkogen menginduksi kanker, onkogen retroviral telah berevolusi dari sel proto-onkogen normal. Awalnya, ia berpikir bahwa homolog selular dari vira; onkogen mungkin peninggalan dari provirus retroviral terintegrasi. Namun, hal ini jelas tidak terjadi. Perbandingan urutan basa nukleotida onkogen virus dan homolog seluler protoonkogen telah menunjukkan bahwa gen ini berbagi wilayah utama urutan identitas. Perbedaan utama adalah bahwa sel proto-onkogen mengandung intron, sedangkan onoogenes virus yang ekson tunggal. Ini tidak konsisten dengan ide bahwa seluler proto-onkogen telah berevolusi dari v-onkogen pada provirus terintegrasi. Sebaliknya, sangat menunjukkan bahwa v-onkogen berasal dari leluhur seluler proto-onkogen. Perbedaan ini diharapkan jika vonkogen berevolusi dari sel proto-onkogen. Genom retrovural adalah RNA, dan urutan intron dari RNAtranscripts dari proto-onkogen harus disambung keluar selama pemrosesan RNA (Bab 10). Semua yang perlu terjadi adalah untuk salinan mRNA dari protoonkogen yang akan
diligasi ke dalam genom mRNA retrovirus dengan mekanisme rekombinasi yang melindungi daerah LTR dari genom virus. Reverse transcriptase virus maka akan mengkonversi mRNA virus RNA hybrid menjadi DNA homolog untuk integrasi ke dalam genom inang. Dalam beberapa kasus, retrovirus yang berbeda yang infedistantly terkait secies telah memperoleh salinan dari protoonkogen selular yang sama. Misalnya, virus sarkoma simiar dari monyet dan virus SARCOM P1 kucing kucing baik membawa onkogen virus berasal dari protoonkogen c-sis. Dalam kasus, ditutup virus terkait mengandung onkogen berasal dari protoncogenes seluler sama sekali tidak berhubungan. Dengan membandingkan urutan nukleotida dari v-onkogen dan homolog cprotooncogenes situs kerusakan dan bergabung dalam peristiwa rekombinasi yang memunculkan
v-onkogen
kadang-kadang
dapat
diidentifikasi.
Dalam
kasus
lain,
rearangement luas telah terjadi, sehingga mustahil untuk mengidentifikasi situs rekombinasi terlibat dalam akuisisi pada onkogen oleh retrovirus. Dalam beberapa kasus, virus onkogen protein encode fusi yang berisi bagian dari protein gag dan produk onkogen. Dalam kebanyakan kasus (virus sarkoma Rous menjadi pengecualian paling terkenal), akuisisi retrovital dari onkogen telah disertai dengan hilangnya materi genetik virus diperlukan untuk replikasi. virus yang rusak tersebut dapat mengintegrasikan biasanya sebagai provirus, tetapi hanya dapat menghasilkan virus progeni di hadapan sebuah "virus pembantu" yang menyediakan fungsi yang hilang.
Gambar 17.12. Gambar skematis mekanisme amplifikasi gen. Model yang disajikan di sini telah terbukti akurat dalam rincian groos dalam kasus amplifikasi gen dihidrofolat reduktase dari tropica protozoa Leishmania dalam menanggapi seleksi
untuk toleransi terhadap methotrexate obat. Metotreksat khusus menghambat enzim dihydrofolate reductase, enzim penting dalam biosintesis DNA prekursor. Struktur dari DMs dan reaksi hiperpeka yang berisi diperkuat salinan protoonogenes khususnya jenis sel kanker manusia tampak sangat mirip. Meskipun rincian molekul struktur amplicom yang belum tersedia dalam kasus-kasus yang terakhir.
Kanker Sebagai Hasil Akhir Dari Proses Yang Banyak (Multistep) Induksi transformasi onkogen pada percobaan ini merupakan salah satu dari beberapa jalan yang kompleks. Pada kenyataannya, terdapat bukti yang nyata bahwa onkogen tertentu mungkin dapat berpengaruh secara kooperatif dalam transfomasi neoplastik, onkogen yang berbeda juga berperan pada jalan onkogenic yang berbeda pula pada sel tertentu. Hal yang dapat diambil dari adanya formasi pada tumor ini adalah kita dapat memperoleh informasi penting tentang untaian molecular yang mengontrol proliferasi sel pada eukariotik tingkat tinggi seperti pada manusia melalui investigasi atau penelitian proto onkogen dan onkogenini. Transformasi onkogen-diinduksi diamati pada kultur sel tidak diragukan lagi hanya satu bagian dari jalur yang lebih kompleks.Bahkan, ada bukti yang cukup yang menunjukkan bahwa onkogen tertentu mungkin memiliki efek koperasi dalam mempromosikan transformasi neoplastik. Selain itu, onkogen berbeda jalur dalam jenis sel yang berbeda. Akhirnya, ada kemungkinan bahwa peristiwa molekul yang berbeda yang terlibat dalam akuisisi kapasitas proliferasi ditingkatkan dari sel, dalam kemampuan tumor untuk metastasis. Sampai sejauh mana dan dalam kapasitas untuk metastasis. Sejauh mana dan apa peran protoonkogen dan onkogen terlibat dalam proses ini pada kanker manusia tetap ditentukan. Terlepas dari ectent dari keterlibatan mereka dalam pembentukan tumor ganas, investigasi yang sedang berlangsung dan masa depan protoncogenes dan onkogen berjanji untuk menghasilkan informasi penting tentang sirkuit molekuler yang mengontrol proliferasi sel pada eukariota bigher seperti manusia. PERTANYAAN : 1. Bagaimana proses pembelahan sel terjadi secara tidak terkendali? Jawab: Hal ini dikarenakan pembelahan sel berada di bawah kendali genetik. Gen tertentu harus meregulasi proses pembelahan sel yang diakibatkan respon terhadap sinyal-sinyal, baik interselular, intraselular, atau sinyal dari lingkungan. Gen regulatori dapat terpengaruh oleh mutasi, seperti halnya gen lain. Mutasi yang merubah fungsi dari gen regulatori tersebut dapat menyebabkan pembelahan sel yang abnormal, dalam keadaan yang
ekstrem dapat menyebabkan sel tersebut tidak dapat membelah ataupun terus menerus membelah. Penelitian terbaru mengenai gen viral yaitu onkogen, yang dapat menyebabkan hilangnya kontrol terhadap pembelahan sel, telah menyebabkan adanya identifikasi dari satu set gen homolog yang disebut dengan protoonkogen pada genom dari hewan normal, termasuk manusia. Protoonkogen normal pada sel dapat dirubah menjadi onkogen yang dapat menyebabkan tumor dengan cara mutasi ataupun terhubung dengan sekuens baru melalui proses rekombinasi. 2. Apa contoh amplifikasi pada protooncogen sel kanker? Bagaimana mekanismenya? Jawab: Contoh yang paling terkenal dari amplifikasi gen induksi meliputi teoleransi sel
binatang tumbuh pada budidaya ke obat metotreksat. Mekanisme dari amplifikasi tersebut dimulai saat Methotrexate menghambat enzim reduktase dihydrofolate yaitu enzim katalisis yang merupakan bagian penting dalam sintesis dTMP (dan, jadi, dalam sintesis DNA). Methotrexate terikat pada sisi aktif dari reduktase dihydrofolate dan mencegah terjadi pengikatan oleh substrat normal. Jika satu pemilihan sel dengan toleransi peningkatan konsentrasi secara bertahap dari methotrexate, bebeerapa sel akan menjadi toleran disebabkan oleh penguatan gen mengkode reduktase dihydrofolate. Sel toleran methotrexate terdiri dari banyak kopian dari gen ini dan mensintesis lebih banyak dihydrofolate reduktase daripada sel normal.
