KONTROL SEL Pada siklus sel ada titik penting yang disebut checkpoint. Checkpoint diperlukan untuk menentukan sel memasuki tahap berikutnya atau menghentikan siklus sel jika kondisinya tidak memungkinkan. Checkpoint adalah mekanisme yang menghambat siklus sel jika terjadi (! Proses Proses krisis tertentu" seperti replikasi #N$ yang tidak terselesaikan se%ara sempurna " atau (&! $da kromosom #N$ yang rusak (Karp" '''!. ntuk melakukan )ungsinya" Checkpoint memerlukan setidaknya tiga komponen" yaitu" . Komponen Komponen sesnso sesnsorr atau pemantau pemantau yang yang mendeteksi mendeteksi abnormali abnormalitas* tas* &. Komponen Komponen pensinyal pensinyal yang menyampaik menyampaikan an in)o* in)o* +. Suatu e)ektor e)ektor yang yang menginhibis menginhibisii mesin,mesin mesin,mesin siklus siklus sel (Karp" (Karp" '''!. '''!. -ika komponen komponen checkpoint gagal mendeteksi adanya kelainan" maka sel berlanjut ke tahap selanjutnya dari siklus sel. Kegagalan ini akan menyebabkan sel dengan kerusakan #N$ menuju ke tahap . Sel yang mutasi ini akan menimbulkan berbagai ma%am kelainan antara lain kanker (S%hoel%h et al, '''!. al, '''!. Namun jika komponen mampu mendeteksi adanya kerusakan #N$ atau kerusakan lain" seperti replikasi kromosom yang tidak lengkap" maka checkpoint akan memi%u respon dengan %ara menghentikan siklus sel untuk sementara" sebelum menuju ke tahap selanjutnya. Sel kemudian memperbaiki kerusakan atau menyempurnakan replikasi #N$ atau bila tidak dapat diperbaiki maka sel akan mengalami apoptosis ($lberts et al, ''/!. al, ''/!. Pada siklus sel" khususnya inter)ase" diduga ada dua checkpoint (Karp" '''!. Pada tahap ini mekanisme kontrol siklus sel di)okuskan" yaitu0 . 1nisiasi 1nisiasi replika replikasi si #N$ #N$ yang terjadi terjadi pada transisi transisi 2 ke tahap S &. 1nisiasi 1nisiasi dari dari mitosis mitosis yang yang terjadi terjadi pada pada transis transisii 2& ke tahap Kedua transisi tersebut adalah tahap krisis karena kromatin sel yang mereplikasi sangat sensiti) terhadap kerusakan (Karp" '''!. Checkpoint utama ditemukan pada )ase 2" 2&" dan . ntuk banyak sel " checkpoint 2 (disebut titik restriksi pada mamalia! tampaknya merupakan yang paling penting. -iia sel menerima sinyal maju,terus pada checkpoint 2 " sel biasanya akan menyelesaikan )ase 2" S" 2 &" dan dan akan akan membelah. -ika tidak menerima sel maju,terus pada titik ini" sel akan keluar dari siklus" beralih ke kondisi tak membelah yang disebut )ase 2 3. Sebagian besar sel dalam tubuh manusia sebenarnya pada )ase 2 3. Sel sara) dan sel otot otot de4asa tidak pernah membelah. Sel,sel lain misalnya sel hati" dapat 5dipanggil kembali6 dari )ase g3 ke siklus sel oleh petunjuk eksternal misalnya )aktor pertumbuhan yang dilepaskan saat terjadi %edera (7ampbell et al, &338!. al, &338!.
Sumber 07ampbell et al
2ambar 0 $nalogi mekanis bagi sistem kontrol sel
Sumber 07ampbell et al
a! -ika sel menerima sinyal maju,terus pada titik emeriksaan 2 "
2ambar 0 titik
(b! -ika sel tidak menerima sinyal maju, terus pada titik pemeriksaan 2" sel akan keluar dari siklus pemeriksaan 2 sel dan masuk ke 23 "
ekanisme pengontrol siklus sel merupakan mekanisme yang sangat kompleks. ekanisme ini terdiri dari berma%am,ma%am protein yang kerjanya saling mengindikasi tau menginhibisi (9ut%hison" '':!. Kelompok utama protein yang terlibat dalam pengontrolan siklus sel " yaitu0 Cyclins (cyclin D, E & A); Cyclin – dependent kinase (khususnya p;" p&" < p&=!* Gen supresor tumor (khususnya pRb dan p:+! (1stindiah" &33!. >eberapa protein ini melakukan )ungsinya" ada yang berikatan dan membentuk kompleks dengan protein lainnya. $da pula yang yang menghambat protein lain untuk membentuk kompleks ($lberts" ''/!. Kompleksitas dari jalur ini akan dijelaskan pada jalur retinoblastoma. • • •
Jalur Retinoblastoma Rb (atau R>! adalah gen supresor tumor yang meregulasi siklus sel. Pertama kali ditemukan" gen ini bertanggung ja4ab terhadap kanker retina mata pada
anak,anak sehingga dinamakan retinoblastoma. Pemeriksaan sel pada anak,anak penderita retinoblastoma menunjukkan hilangnya sebagian ke%il satu anggota kromosom homolog ke + (9ut%hison" '':!. Protein yang dikode oleh gen R> yaitu pR> (Rb! berperan penting untuk meregulasi siklus sel dari 2ke tahap S" yaitu saat terjadinya transkripsi dan sintesis protein. ekanisme kontrol dari R> adalah melalui pelekatannya dengan kelompok )aktor transkripsi yaitu E &?. Kelangsungan siklus sel dipengaruhi oleh lepasnya supresor yang bergantung pada kelompok Rb, E &?" bukan transkripsi yang bergantung pada E &?.
Komplek HDAC-Rb- E 2F berperan untuk menghambat transkripsi Rb menarik 9#$7 (histon deasetilase) membentuk kompleks Rb,9#$7. Kompleks ini menghambat transkripsi" karena saat Rb menarik 9#$7 " terjadi pelepasan grup asetil dari histon" sehingga ikatan #N$ dilonggarkan oleh 9$T (histone acetyltransferases, seperti 7>P@p+33!" sebagai prasyarat untuk terjadinya transkripsi menjadi kuat kembaliikatan yang kuat ini men%egah akses mesin,mesin transkripsi ke gen,gen yang responsi) terhadap E &?" sehingga transkripsi akan dihambat (1stindiah" &33!. Selain melekat pada 9#$7" Rb yang melekat pada akan membentuk kompleks Rb, E&?. Kompleks ini menghambat transkripsi dari gen,gen yang responsi) terhadap E&? seperti #9?R (dehydro)olate redutase! dan TK (thymidine kinase! yang keduanya penting dalam replikasi #N$" termasuk pula %y%lin E dan %y%lin $" yang penting untuk kelangsungan siklus sel (>rugarolas" ''8!. -adi untuk menghambat transkripsi" Rb membentuk kompleks 9#$7,Rb, E &?. Rb berperan penting dalam membentuk kompleks ini supaya transkripsi tidak terjadi terus menerus. Sebaliknya" jika transkripsi terus,menerus dihambat oleh kompleks ini maka siklus sel akan terhambat. Supaya siklus sel dapat berlanjut ke tahap selanjutnya maka kompleks ini harus dipe%ah dengan %ara mem)os)orilasi Rb (Karp" '''!.
2ambar 0 Pada baris atas" komplek 9#$7,Rb,E&? menghambat transkripsi. Setelah kompleks dipe%ah" maka transkripsi dapat terjadi (Sherr" '';!.
Mekanisme yang berperan pada proses osorilasi Rb Rb disos)orilasi pada restriction point () yang berada di bagian akhir 2 dab beberapa saat sebelum memasuki tahap S. Saat ini" sel memerlukan sinyal ekstraseluler seperti )aktor pertumbuhan" untuk menentukan" untuk menentukan apakah harus mele4ati R dan meneruskan siklus sel. Setelah melalui R" siklus tidak berpengaruh oleh sinyal ekstraseluler lagi . sel dapat mengenali )aktor pertumbuhan jika ada reseptor yang spesiAk terhadap )aktor pertumbuhan" misalnya reseptor tirosin kinase (RTK! (Karp" '''!. RTK berupa protein transmembran tunggal dengan tirosin kinase di bagian sitoplasmik dari reseptor. Ketika reseptor mengikat )aktor pertumbuhan" RTK akan mendimerkan dan mentrans)os)orilasi residu tirosin pada sitoplasmik reseptor. Reseptor yang diakti)kan akan menarik protein. Protein yang ditarik" biasanya sitoplasmik" harus menempel ke membran untuk melakukan )ungsinya. #alam hal ini" phosphorylated tyrosine (!"#) ber)ungsi sebagai tempat merapatnya protein yang mengandung domain $% (src"homolo'y ). #omain S9& melekat ke B,P" yang memba4a protein ke membran. 7ontok protein sitoplasmik yang ditarik yaitu Gr. 2rb & (komplek 2rb& SOS! adalah adaptor protein yang mengandung domainj S9& (yang melekat pada residu B,P! dan & domain $% (src"homolo'y ). #omain S9+ ini melekat ke regio yang kaya proline dari protein lainnya" misalnya $*$. $*$ ialah 'uanine mucleotide e+chan'e factor (GE) untuk 2,protein as yang ke%il (1stindiah" &33!. Ras sangat penting untuk melalui R. -adi" untuk mengakti)kan Ras" SOS harus sampai ke membran. Ketika SOS mengakti)kan Ras" SOS mengubah 2#P yang melekat menjadi 2TP. Ras yang nmelekat pada 2#P menjadi non,akti). Saat Ras melekat pada 2TP" Ras menjadi akti) dan mengubah kon)ormasinya sehingga dapat berinteraksi dengan e)ektor hilir" seperti af. -adi Ras" seperti 2,3protein lainnya" beroperasi sperti s-itch molekuler0 2#PC2TP dan 2TPCon (Karp" '''!. Sekarang " Ra) merupakan serine theorine kinase yang ditarik ke membran denagn melekat pada Ras akti). >egitu sampai ke membran" Ra) diakti)kan. Ra) yang akti) kemudiaan mem)os)orilasi dan mengakti)kan ER/ (E+tracelluler e'ulated #rotein /inase atau 0A#/ – 0ito'en Acti1ated /inase) adalh serine @theorine kinase yang kemudian mem)os)orilasi protein sitoplasmik" seperti p'3RSK " atau translokasi ke nukleus untuk mem)os)orilasi )aktor transkripsi. -adi urutan akti)asi ERK (as 2 af2 0E/ 2 E/ ) merupakan jalur kritis pada transisi 2 ke tahap S yang distimulasi oleh )aktor pertumbuhan. $kti)asi darin )aktor,)aktor pertumbuhan. $ktiDasi oleh )aktor,)aktor transkripsi ini" se%ara langsung oleh ERK atau tidak langsung oleh pprotein sitiplasmik seperti P'3 RSK " akan mengakti)kan transkripsi gen cyclin D yang penting uuntuk mele4ati R. Cyclin, seperti namanya" )ungsinya adalah berputar . jadi" tergantung di bagian mana suatu sel di dalam siklus selnya" makan cyclin yang berbeda akan
diekspresikan (eijer" ''=!. Cyclin tersebut antara lain0 cyclin D, cyclin A dan cyclin 3 (#epinho" ''8!. Supaya akti) cyclin hharus melekat ke 7#K (cyclin" dependent kinase). 7#K ialah kinase yang berperan untuk men)os)orilasi beragam komponen dari mesin,mesin siklus sel. 7#K di)os)orilasi oleh 7$K (7#K, acti1atin' kinase) dan dide)os)orilasi oleh %d%&: (suatu tirosin )os)atase! (>rungarolas et al, ''8!. ntuk %y%lin diatas ada + 7#K yaitu0 7#K& dan 7#K (%d%&! (1stindiah" &33!. 7y%lin # melekat pada 7#K/ dan 7#K; (7#K /@;! membentuk komplek %y%lin #,7#K/@;. >egitu %y%lin # melekat" 7#K /@; menjadi akti) dan mem)os)orilasi substratnya yaitu Rb (9ut%hison" '':!.
Kompleks !y!lin " CDK dan CK# berperan pada mekanisme kontrol Rb -ika transkripsi terus dihambat oleh komplesks 9#$7,Rb,E&?" maka kelangsungan siklus sel akan terhambat. Supaya siklus sel bisa berlanjut" disinilah cyclin D berperan. Kompleks %y%lin #,7#K/@; mem)os)orilasi 7 terminus dari Rb. Residu yang telah di)os)orilasi ini kemudian berlipat ke Rb" yang berasosiasi dengan potongan lisin yang bermuatan positi). Potongan lisin ini ternyata ada pada empat melekatnay 9#$7 pada Rb. -adi ketika )os)orilasi" 7 terminus yang melipat kembali ke Rb akan melepaskan 9#$7 dan melepaskan transcriptional suppression (#ePinho" ''8!. Saat ini Rb tidak lagi berikatan dengan 9#$7" tetapi Rb masih melekat pada E&?. #isinilah %y%lin E berperan" %y%lin E yang berikatan dengan 7#K& (kompleks %y%lin E,7dk&! bertugas untuk melepaskan E &? dari Rb. ntuk tugas ini Rb perlu di)os)orilasi se%ara berurutan oleh %y%lin #,7dk/@; dan %y%lin E,7dk&. 9al ini terjadi karena kompleks %y%lin E,7dk& melekat di 7 terminus dari Rb" padahaluntuk mem)os)orilasi harus berda di tengah protein (disebut pocket domain, pada Rb ada & yaitu $ dan > domain!. -adi untuk berada di pocket domain, %y%lin #,7dk/@8; mem)os)orilasi 7,terminus untuk melipat ke Rb" yang memposisikan %y%lin,7dk& dengan tepat pada pocket domain Rb. >egitu pocket domain ini di)os)orilasi oleh %y%lin E,7dk&" E &? lepas dari Rb. Lepasnya E &? ini kemudian memulai akti)asi transkripsi dari E &?, dependent"'enes (9arbor et al, '''!. $kti)asi %y%lin sendiri diregulasi oleh 7K1 (cyclin"dependent kinase inhiitors). 7K1 merupakan regulator negati) yang ber)ungsi pada proli)erasi" kontrol checkpoint dan supresor tumor.7K1 terdiri dari dua )amili yaitu 0 1NK/ dan 7ip@Kip1NK/ (1nhibitor o) 7dk/! terdiri dari p:1NK/b" p;1NK/$" p81NK/% dan
p'1NK/d. Pada dasarnya" 1NK/ melekat dan menginhibisi 7dk/@;. 1NK/ yang melekat paad 7dk/@; menyebabkan %y%lin # tidak dapat melekat pada 7dk/@; sehingga men%egah akti)asi dari 7dk/@;. Pada kondisi stres atau pada saat sel tidak boleh bersiklus" 1NK/ diekspresikan dan men%egah )os)orilasi Rb (7astellanos" ''=!. ?amili 7K1 lainnya yaitu 7ip@Kip terdiri dari p&a)@7ip" p&=Kip dan p:=Kip&. 7ip@Kip melekat dan menginhibisi %y%lin E,7dk& dan %y%lin $,7dk& ($lberts" ''/!. Pelekatan 7ip@Kip ini memandu inhibisi aktiAtas 7dk sehingga men%egah kemampuan untuk menstimulasi kelanjutan siklus sel. p&= meregulasi kompleks%y%lin E,7dk& dengan melekat dan menekan pada komplek ini. Saat stimulasi matogen" leDel %y%lin # bertambah dan leDel p&= diturunkan (2ambar F!. #engan mengingat bah4a p&= dan p& ialah assembly )a%tor untuk kompleks %y%lin #,7dk/@;" maka leDel %y%lin # dapat dihubungakan dengan inhibisi p&= pada %y%lin E,7dk&. #engan tiadanya p&= dari kompleks %y%lin #,7dk/@; untuk melekat pada kompleks %y%lin #,7dk/@;" maka kompleks %y%lin E,7dk& menjadi akti) dan dapat mem)os)orilasi Rb (dapat terjadi setelah leDel%y%lin # bertambah! (7astellanos" ''=!.
G2 Checkpoint
Selain checkpoint di antara fase G1 dan S, ada juga checkpoint antara G2 dan M.Salah satu syarat untuk masuk ke fase M adalah semua DNA telah tereplikasi. Jika tidak? ya tidak isa melanjutkan perjalanannya. !ntuk itu dientuklah mitotic CDK complex. Selain itu ada juga maturation Promoting Factor "M#$%. M#$ merupakan fakt&r pend&r&ng kede'asaan, namun kita isa menganggap M#$ seagai ‘M-phase promoting factor’ karena memi(u le'atnya sel melalui checkpoint G2 untuk memasuki fase M. )etika siklin yang terakumulasi selama G2 eras&siasi dengan m&lekul *dk, k&mpleks M#$ yang dihasilkan akan memf&sf&rilasi eragain pr&tein, dan mit&sis pun terinisiasi. M#$ ertindak se(ara langsung seagai kinase sekaligus ertindak se(ara tak
langsung dengan (ara menginakti+asi kinase lain. Misalnya , M#$ menyeakan f&sf&rilasi eragai pr&tein pada lamina nukleus, yang mend&r&ng fragmentasi selaput nukleus selama pr&metafase mit&sis. Ada pula ukti ah'a M#$ erk&ntriusi dalam peristi'a m&lekular yang diutuhkan untuk k&ndensasi kr&m&s&m dan pementukan gelend&ng selama pr&fase. Selama anafase M#$ memantu memadamkan dirinya sendiri dengan (ara menginisiasi pr&ses yang menyeakan nkehan(uran siklinnya sendiri. agian n&nsiklin dari M#$, *dk, ertahan di sel dalam entuk inaktif hingga eras&siasi dengan m&lekul siklin aru yang disintesis selama fase S dan G2 pada putaran siklus sel erikutnya "*ampell et al , 2--%.
Sumber 07ampbell et al
2ambar 0 kontrol molekuler siklus sel pada checkpoint 2&
