Awal.docx

Penapisan Fitokimia Herbal Indonesia sebagai Antagonis Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 pada Kanker Payudara (In Silico)

SKRIPSI

Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran

Tuti Ratnasari G0014232

FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2018

PENGESAHAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul : Penapisan Fitokimia Herbal Indonesia sebagai Antagonis Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 pada Kanker Payudara (In Silico) Fakultas Kedokteran UNS Tuti Ratnasari, NIM: G0014232, Tahun: 2018

Telah diuji dan sudah disahkan di hadapan Dewan Penguji Skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Pada Hari Kamis, Tanggal 18 Januari 2018

Pembimbing Utama Nama

: Sri Wulandari,dr., M.Sc

NIP

: 19780503 200608 2 001

(................................)

Pembimbing Pendamping Nama

: Balqis,dr.,M.Sc,CM.FM

NIP

: 19640719 199903 2 003

(.................................)

Penguji Nama

: Dono Indarto,dr., M.Biotech.St, PhD

NIP

: 19670104 199601 1 001

(................................)

Surakarta, 18 Januari 2018 Ketua Tim Skripsi

Kepala Program Studi

Kusumadewi Eka Dmayanti, dr., M.Gizi NIP. 19830509 200801 2 005

ii

Sinu Andhi Jusup, dr., M.Kes NIP. 19700607 200112 1 002

PERNYATAAN

Dengan ini menyatakan dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, 12 Januari 2018

Tuti Ratnasari NIM G0014232

iii

ABSTRAK

Tuti Ratnasari, G0014232, 2017. Penapisan Fitokimia Herbal Indonesia sebagai Antagonis Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 pada Kanker Payudara (In Silico). Skripsi. Fakultas Kedokteran, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Latar Belakang: Kanker payudara merupakan jenis kanker penyebab kesakitan dan kematian tertinggi di dunia termasuk Indonesia. Trastuzumab merupakan terapi lini pertama untuk jenis kanker payudara dengan peningkatan ekspresi Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 (HER2). Namun penggunaan obat antibodi monoklonal ini memiliki beberapa efek samping. Sehingga, tujuan penelitian ini adalah untuk mencari fitokimia herbal Indonesia sebagai antagonis HER2 pada kanker payudara (in silico). Motode Penelitian: Penelitian ini merupakan penelitian bioinformatika dengan menggunakan 517 fitokimia herbal Indonesia yang memenuhi kriteria Lipinski’s rule of five. Struktur 3 dimensi (3D) kompleks trastuzumab dengan HER2 diperoleh dari Protein Data Bank dengan kode: IN8Z. Karena ukuran molekul trastuzumab besar, molekul tersebut dipotong menjadi 17 variasi pemotongan. Validasi standar dan fitokimia yang berinteraksi dengan HER2 menggunakan software AutoDock Tools versi 1.1.2. Visualisasi hasil docking menggunakan PyMOL versi 1.3. Hasil Penelitian: Potongan standar 1 dan 2 dengan HER2 memiliki rerata energi ikatan -4,056 kkal/mol dan -4,7 kkal/mol. Arg50 standar 1 berinteraksi dengan Glu558 dan Asp560 HER2. Sedangkan Gly103 standar 2 berinteraksi dengan Lys593 HER2. Hanya pulmatin yang memiliki energi ikatan lebih rendah dari standar 1 dan memiliki lokasi ikatan yang sama. Sedangkan Matairesinol, (-)Annonaine dan Cinchonain Id memiliki rerata energi ikatan sama atau lebih rendah dari standar 2 dan memiliki lokasi ikatan yang sama. Simpulan: Tidak ada fitokimia yang dapat berinteraksi pada semua lokasi ikatan di HER2. Pulmatin hanya menempati lokasi ikatan Glu558 dan Asp560 HER2. Sedangkan (-)-Matairesinol, (-)-Annonaine dan Cinchonain Id berinteraksi dengan Lys593 HER2. Kata Kunci: Kanker Payudara, Human Epidermal Growth Factor Receptor 2, Trastuzumab, Fitokimia Herbal, In Silico.

iv

ABSTRACT

Tuti Ratnasari, G0014232, 2017. Screening of Indonesian Phythochemicals as In Silico Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 Antagonist in Breast Cancer. Mini Thesis. Fakulty of Medicine, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Background: Breast cancer is one of human cancer types that causes high morbidity and mortality rates in the world including Indonesia. Trastuzumab is the first-line therapy for HER2 overexpressed breast cancer but administration of this monoclonal antibody has some side effects. Therefore, the purpose of this study is find Indonesian herbal phytochemicals as in silico HER2 antagonist in breast cancer. Methods: This was a bioinformatics study which used 517 Indonesian herbal phytochemicals with full filling criteria of Lipinski’s rule of five. The 3D structure of trastuzumab-HER2 binding complexes was obtained from Protein Data Bank, with access code: IN8Z. Because the trastuzumab had large molecule weight, this molecule was truncated to 17 variances. Standard validation and phytochemicals interacting with HER2 used the AutoDock Tools version 1.1.2. Visualization of docking results was done using PyMOL version 1.3. Results: Interaction of truncated standard 1 and 2 with HER2 had binding energy mean -4,056 and -4,7 kcal/mol respectively. Arg50 at standard 1 bound to Glu558 and Asp560 of HER2 while Gly103 at standar 2 bound to Lys593 of HER2. Lower binding energy was observed in Pulmatin only and it had the same binding site with the standard 1. Whereas Matairesinol, (-)-Annonaine and Cinchonain Id had equal or lower energy binding mean compare with standard 2 and they had the same binding site. Conclusion: There were no phytochemicals that interacted with all of HER2 binding sites. Pulmatin only occupied Glu558 dan Asp560 residues in HER2. (-)Matairesinol, (-)-Annonaine and Cinchonain Id bond to Lys593 HER2. Keywords: Breast Cancer, Human Epidermal Growth Factor Receptor 2, Trastuzumab, Herbal Phytochemical, In Silico.

v

PRAKARTA

Alhamdulillah segala puji bagi Allah atas limpahan rahmat dan karuniaNya, penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul “Penapisan Fitokimia Herbal Indonesia sebagai Antagonis Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 pada Kanker Payudara (In Silico)”. Penelitian ini merupakan salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Program Sarjana Kedokteran di Kedokteran Universitas Sebelas Maret. Penelitian ini dapat terlaksana dengan baik berkat adanya bimbingan, kerja sama dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih dan penghargaan kepada: 1. Allah Subhaanahu wa Ta’ala, karena berkat karunia-Nya lah, penulis bisa menyelesaikan penelitian skripsi ini 2. Prof. Dr. Hartono, dr., M.Si, selaku Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret 3. Sinu Andhi Jusup, dr., M.Kes selaku Ketua Program Studi Kedokteran Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret 4. R. Aj. Sri Wulandari, dr., M.Sc selaku pembimbing utama dan Balqis, dr.,M.Sc,CM.FM selaku pembimbing pendamping yang telah menyediakan waktu untuk membimbing hingga selesainya skripsi ini 5. Dono Indarto, dr., M.Biotech.St, PhD selaku penguji yang telah memberikan saran dan masukan dalam penulisan skripsi ini 6. Keluarga saya tercinta, pak Maryono, bu Sri Wahyuningsih, ayuk Ria, ayuk Dewi dan adik saya Laras yang selalu memberikan motivasi, dukungan, cinta, kasih sayang dan doa yang tak terhingga 7. Kakak tingkat dan teman-teman dengan penelitian molecular docking mbak asma, mbak Safira, mbak Fadilah, mas Humam, mas Kamil, mas Kharis, Dika, Qias, dan Arin yang telah memberi arahan, bimbingan dan menemani dalam menyelesaikan penelitian ini 8. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung membantu proses penelitian tugas akhir ini yang tidak mungkin disebutkan satu persatu Meskipun tulisan ini masih kurang sempurna, penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Surakarta, 12 Januari 2018

Tuti Ratnasari

vi

DAFTAR ISI

PRAKATA…………………….....………................................................................ vi DAFTAR ISI…………………….....………............................................................. vii DAFTAR TABEL…………………….....………..................................................... xi DAFTAR GAMBAR…………………….....………................................................ xii DAFTAR SINGKATAN…………………….....……….......................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN

1

A. Latar Belakang Masalah

1

B. Perumusan Masalah

5

C. Tujuan Penelitian

5

D. Manfaat Penelitian

6

BAB II. LANDASAN TEORI

7

A. Tinjauan Pustaka

7

1. Kanker Payudara

7

a. Definisi dan Epidemiologi

7

b. Faktor Risiko Kanker Payudara

7

c. Patogenesis Kanker Payudara

8

1) Estrogen

8

2) Progesteron

9

3) HER2

10

4) BRCA1 dan BRCA 2

10

5) p53

11

d. Diagnosis Kanker Payudara 1) Anamnesis dan Pemeriksaan Fisik

vii

12 12

2) Pemeriksaan Laboratorium

14

3) Pemeriksaan Pencitraan

14

4) Pemeriksaan Patologi Anatomi

15

5) Tru-cut Biopsi atau Core Biopsy

15

6) Biopsi Terbuka dan Spesimen Operasi

15

7) Pemeriksaan imunohistokimia

16

e. Terapi Kanker Payudara 2. HER2

17 21

a. Gambaran Umum

21

b. Mekanisme Aktivasi

22

1) Homodimer HER2

23

2) Heterodimer HER2

25

a) HER2 dan HER1

25

b) HER2 dan HER3

27

c) HER2 dan HER4

27

c. Jalur Persinyalan PI3K-Akt-mTOR 3. Trastuzumab

28 29

a. Mekanisme Kerja Trastuzumab

29

1) Efek pada siklus sel

29

2) Efek pada jalur sinyal

30

3) Menghambat proteolisis HER2…………………....…... 30 4) Penghambatan angiogenesis……………….........…....... 31 5) Respon imun………………………......................…..... 31 6) Internalisasi dan degradasi protein HER2………........... 31 b. Resistensi trastuzumab……………………….......…….......... 32 1) Gangguan ikatan HER2 dan trastuzumab....................... 32 a) HER2 terpotong…………………….......……...... 32 b) Epitope masking…………………….......……….. 33 2) Meningkatkan jalur sinyal HER2…………………….... 33 viii

a) Hilangnya PTEN…………………….......……33 b) Peningkatan aktivitas sinyal PI3K/Akt…….…34 c) Perubahan PDKI……………...........................34 3) Jalur sinyal alternatif...................................................34 a) Peningkatan sinyal reseptor keluarga HER......34 b) Peningkatan sinyal dari reseptor lain………....35 4) Mekanisme sistem imun yang terganggu…………....36 c. Struktur dan Interaksi HER2 dengan Trastuzumab…….....37 4. Tanaman Herbal Indonesia...……………………………………...38 5. In silico………………...……………………………….................39 a. Gambaran Umum..................................................................39 b. Metode Molecular Docking atau In Silico............................41 1) Rigid ligan dengan rigid reseptor...............................41 2) Fleksibel ligan dengan rigid reseptor.........................41 3) Fleksibel ligan dan fleksibel reseptor.........................42 c. Penentuan Afinitas Ikatan 2 Molekul....................................42 d. Lipinski’s Rule of Five..........................................................43 2. Kerangka Pemikiran........................................................................45 3. Hipotesis..........................................................................................45 BAB III. METODE PENELITIAN........................................................................46 A. Jenis Penelitian

46

B. Lokasi Penelitian......................................................................................46 C. Sampel Penelitian.....................................................................................46 D. Instrumen Penelitian................................................................................47 E. Langkah Kerja..........................................................................................48 F. Rancangan Penelitian……………………......………………………....52 G. Teknik Analisis Data................................................................................53

ix

BAB IV. HASIL PENELITIAN............................................................................54 A. Validasi Lokasi Ikatan Trastuzumab dengan Reseptor HER2...............54 B. Hasil Docking antara Potongan Trastuzumab dengan HER2.................55 C. Hasil Docking antara Fitokimia dengan Herbal.......................................60 BAB V. PEMBAHASAN......................................................................................68 A. Analisis Kandidat Senyawa Fitokimia.....................................................70 1. Skor Docking..................................................................................70 2. Lokasi Ikatan..................................................................................71 3. Jumlah dan Jenis Ikatan..................................................................71 4. Kriteria Lipinski’s Rule of Five .....................................................72 5. Konformasi Senyawa Fitokimia dan Standar................................74 B. Potensi Terapeutik Senyawa Fitokimia yang Berpotensi sebagai Antagonis HER2......................................................................................74 1. Pulmatin.........................................................................................74 2. (-)-Annonaine.................................................................................75 3. (-)-Matairesinol..............................................................................78 4. Cinchonain Id. ...............................................................................79 C. Keterbatasan Penelitian............................................................................79 BAB IV. SIMPULAN DAN SARAN....................................................................80 A. Simpulan.................................................................................................80 B. Saran.......................................................................................................80 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................81

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi TNM Kanker Payudara.......................................................13 Tabel 2.2 Pengelompokan Stadium Klinis............................................................14 Tabel 3.1 Penentuan Kotak Grid HER2................................................................49 Tabel 4.1. Hasil Validasi Molecular Docking Standar 1 dan Standar 2................57 Tabel 4.2 Interaksi Atom dan Jenis Ikatan Senyawa Fitokimia dengan HER2.....58 Tabel 4.3. Hasil Docking Standar 1 dan Standar 2 dengan HER2........................59 Tabel 4.4 Perbandingan Lokasi Ikatan dan Lipinski’s Rule of Five antara Senyawa Fitokimia dengan Standar 1..................................................................64 Tabel 4.5. Perbandingan Lokasi Ikatan dan Lipinski’s Rule of Five antara Senyawa Fitokimia dengan Standar 2..................................................65

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur domain ekstraseluler HER2 pada manusia........................22 Gambar 2.2. Keluarga EGFR dan konformasinya di domain ekstraseluler.........23 Gambar 2.3. Struktur kristal dimerisasi Fab ERBB2...........................................24 Gambar 2.4. Jalur sinyal RAS/Raf/MAPK juga dipicu oleh aktivasi HER2......25 Gambar 2.5. Struktur ekstraseluler EGFR dengan masing-masing ligannya......26 Gambar 2.6. Jalur sinyal PI3K-Akt-mTOR..........................................................28 Gambar 2.7. Resistensi trastuzumab.....................................................................32 Gambar 2.8. Struktur kristal dari subdomain IV HER2 yang berinteraksi dengan trastuzumab.......................................................................................37 Gambar 3.1 Skema rancangan penelitian............................................................52 Gambar 4.1. Visualisasi antara HER2 dengan trastuzumab heavy chain sebelum proses molecular docking.................................................................54 Gambar 4.2. Visualisasi HER2 dengan trastuzumab setelah proses molecular docking..............................................................................................58 Gambar 4.3 Visualisasi Pulmatin setelah molecular docking..............................66 Gambar 4.4 Visualisasi molecular docking fitokimia.........................................67 Gambar 5.1 Struktur kimia Pulmatin...................................................................74 Gambar 5.3 Mekanisme aksi (-)-Anonaine yang menginduksi apoptosis dan cell cycle arrest pada sel kanker..............................................................77 Gambar 5.2 Struktur kimia (-)-Anonaine.............................................................75 Gambar 5.4 Struktur kimia (-)-Matairesinol.......................................................78

xii

DAFTAR SINGKATAN

ADCC

: Antibody Dependent Cellular Cytotoxicity

AIs

: Aromatase Inhibitor

Akt

: A serine / threonine kinase

AR

: Amphiregulin

Arg

: Arginin

Asp

: Aspartat

ATM

: Ataxia Talangiectasia Mutated

BCT

: Breast Conserving Therapy

BRCA

: Breast cancer

BTC

: Betacellulin

CDH 1

: Cadherin 1, E-cadherin

CDK 2

: Cyclin Dependent Kinase 2

CHEK 2

: Checkpoint kinase 2

CT-Scan

: Computerized Tomography- Scanner

DCIS

: Duktal Karsinoma In Situ

EGFR

: Epidermal Growth Factor Receptor

EPG

: Epigen

EPR

: Epiregulin

ER

: Estogen Receptor

ERK 2

: Extracellular signal-regulated kinase

Fab

: Antigen-binding fragment

FDA

: Food and Drug Administration

GDP

: Guanosin difosfat

xiii

Gln

: Glutamin

Glu

: Glutamat

Gly

: Glysin

GRB2

: Growth factor receptor bound protein 2

GTP

: Guanosin-5'-triphosphate

HB-EGF

: Heparin-binding EGF like growth factor

HER

: Human epidermal growth factor receptor

HTS

: High-Throughput Screening

IGF-1

: Insulin Growth Factor -1

IGF-1R

: Insulin-like Growth Factor-1 Receptor

IHK

: Imunohistokimia

JKN

: Jaminan Kesehatan Nasional

LCIS

: Lobular Karsinoma In Situ

Lys

: Lysin

mAb

: Monoclonal antibody

MAPK

: Mitogen Activated Protein Kinase

MD

: Molecular Dynamics

MMP

: Matrix metalloprotease

MRI

: Magnetic Resonance Imaging

mTOR

: Mammalian target of rapamycin

NK

: Natural Killer

NRG

: Neuregulin

PDK-1

: Phosphoinositide-dependent protein kinase-1

PI3K

: Phosphatidylinositol 3 kinase

PIP2

: phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate

xiv

PIP3

: Phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate

PKC

: Protein Kinase C

PPKP

: Panduan Penatalaksanaan Kanker Payudara

PR

: Progesteron Receptor

PREs

: Progesterone Response Elements

Pro

: Prolin

PTEN

: Phosphatase and tensin homologue

RMSD

: Root Mean Square Deviation

RTKs

: Reseptor Tirosin Kinase

SBDD

: Structure-Base Drug Design

SBVS

: Structure-Based Virtual Screening

SH2

: Src homology region 2

SOS

: Son Of Sevenless

STAT-5

: Signal Transducer and Activator of Transcription 5

STK 11

: Serine/Theronine Kinase 11

T-DM1

: Trastuzumab emtansine

TGF

: Transforming Growth Factor

TNFα

: Tumor Necrosis Factor α

TORC

: Target Of Rapamycin Complex

Trp

: Triptofan

Tyr

: Tyrosin

USG

: Ultrasonography

VEGF

:Vascular Endothelial Growth Factor

xv