BIOLOGI MOLEKULER KARSINOMA COLORECTAL

Epidemiologi

Karsinoma colorectal merupakan suatu keganasan dari saluran pencernaan yang

paling sering didapatkan. Di Amerika Serikat, ditemukan lebih dari 145.000 kasus baru

sudah terdiagnosa dan 55.000 pasien meninggal karena karsinoma colorectal setiap

tahunnya. Karsinoma colorectal merupakan penyebab kematian urutan kedua di Amerika

Serikat. Perbandingan antara laki – laki dan perempuan kurang lebih sama, dan

insidensinya tidak berubah dalam kurun waktu 20 tahun terakhir.

Dengan mulai digunakannya tekhnik screening secara luas, angka insidensi dari

karsinoma colorectal dapat berkurang, begitu juga dengan angka kematian.

Akhir – akhir ini, telah berkembang tekhnik deteksi dini dari karsinoma colorectal

didukung juga dengan makin berkembangnya tindakan penanganan baik secara

pembedahan maupun secara medical, angka mortalitas dari karsinoma colorectal dapat

ditekan.

Pathogenesa Karsinoma Colorectal

Defek Genetik

Terjadinya karsinoma colorectal merupakan suatu kasus kelainan genetic, dimana

didapatkan adanya perubahan – perubahan genetic dan laju pertumbuhan sel yang

progresif. Secara garis besar, gen – gen yang berperan pada terjadinya karsinoma

colorectal di kelompokkan menjadi tiga, yaitu :

1. Onkogen : K-ras

2. Tumor supresor gen : APC

DCC

p 53

MCC

3. Mismatch repair gen : hMSH2

hMLH1

hPMS1

hPMS2

Pada dua decade terakhir ini, penelitian – penelitian difokuskan untuk mengetahui

adanya defek genetic dan abnormalitas molekuler yang berhubungan dengan

pertumbuhan dan perkembangan kasus – kasus adenoma colorectal maupun karsinoma

colorectal. Mutasi – mutasi yang terjadi, dapat menyebabkan aktivasi dari onkogen

seperti K-ras. Selain itu dapat juga mengakibatkan inaktivasi dari tumor suppressor gen,

diantaranya : - APC

- DCC ( deleted in colorectal carsinoma )

- p 53

Karsinoma colorectal dikatakan berkembang dari adenomatous polip yang terjadi dari

akumulasi beberapa mutasi genetic.

Pada tahun 1990, Fearon dan Vogelstein memperkenalkan pathogenesis genetic

terjadinya karsinoma colorectal, dikatakan paling tidak ditemukan adanya 5 ( lima )

mutasi gen.

A Genetic Model For Colorectal Tumorgenesis

Normal epithelium Chromosome Alteration Gene

5q Mutation or loss FAP

Hyperproliferation

Epithelium

Early Adenoma DNA hypomethilation

12p Mutation K-ras

Intermediate

Adenoma

18q Loss DCC

Late Adenoma

17p Loss p 53

Carcinoma

Other alteration

Metastasis

( Diambil dari Norton, Surgery Basic Science and Clinical Evidence, 2001 )

Berikut ini akan dijelaskan mengenai peranan masing – masing gen dalam terjadinya

karsinoma colorectal.

Gen APC

Gen APC ( adenomatous polyposis coli ) terletak pada lengan panjang kromosom

5 ( 5q ), gen ini mengkodekan 2843 asam amino peptida dengan berat molekul 300 kDa,

serupa dengan beberapa jenis protein yang lain. Gen APC ini diekpresikan pada sebagian

besar jaringan tubuh manusia.

Adanya defek pada gen APC didapatkan pada kasus familial adenomatous

poliposis ( FAP ). Dengan melakukan investigasi terhadap keluarga, gambaran atau

karakteristik mutasi dari gen APC dapat diketahui. Mutasi dari gen APC ini didapatkan

pada 80 persen kasus tumor colorectal yang sporadic. Sedangkan pada literatur yang lain

dikatakan bahwa, mutasi gen APC ini didapatkan pada 63 persen kasus adenoma dan 60

persen kasus karsinoma colorectal.

Gen APC merupakan suatu tumor supresor gen, dimana mutasi yang terjadi sangat

berperan sebagai factor inisiasi terbentuknya polip. Adanya mutasi gen APC ini

mengakibatkan terhentinya aktivitas codon dan selanjutnya rantai protein APC akan

terputus. Pada kasus familial adenomatous poliposis ( FAP ), lokasi dari mutasi gen

yang terjadi sangat berhubungan dengan berat ringannya gejala klinis yang

ditimbulkannya. Sebagai contohnya, mutasi dari gen APC pada lengan 3 dan 5 akan

mengakibatkan gejala klinis FAP yang lebih ringan, sedangkan apabila lokasi mutasi

terletak di sentral akan menimbulkan gejala klinis yang lebih berat ( lebih virulen ). Oleh

karena itu, dengan mengetahui karakteristik mutasi yang spesifik dalam suatu keluarga

sangat berguna dalam menentukan tindakan penanganan selanjutnya.

Hambatan aktivitas gen APC belum dapat menimbulkan karsinoma colorectal

tanpa disertai dengan adanya mutasi – mutasi gen yang lain. Adanya akumulasi dari

beberapa kerusakan genetic dapat menimbulkan suatu keganasan melalui hilangnya

proses heterozygot ( loss of heterozygosity ; LOH pathway ). Mutasi – mutasi gen lain

yang berperan adalah adanya aktivasi dari K-ras onkogen, hilangnya peran tumor

supresor gen seperti DCC, p 53.

Mutasi pada gen APC ini hanya didapatkan pada adenoma dan karsinoma, sedangkan

pada jaringan sekitarnya tidak didapatkan, hal ini dikarenakan mutasi gen APC ini

merupakan suatu mutasi somatic. Gen APC merupakan slah satu tumor supresor gen,

sehingga apabila terjadi hambatan pada aktivitas dari gen ini akan mengakibatkan

hilangnya supresi pada pertumbuhan sel tumor. Mutasi dari gen APC terjadi pada awal

dari perkembangan karsinoma colorectal.

Fungsi dan peranan dari protein APC belum sepenuhnya diketahui, akhir – akhir

ini berkembang suatu pendapat yang mengatakan bahwa protein APC ini berperan

penting dalam adhesi dan komunikasi antar sel.

Gen K - ras

Gen K-ras diklasifikasikan sebagai proto – oncogen karena meskipun terjadi

mutasi hanya pada satu alela, sudah dapat mengganggu siklus sel yang berlangsung. Gen

K- ras terletak pada lengan pendek dari kromosom 12 ( 12p12.1 ). Produk dari gen K-ras

adalah protein – G yang merupakan suatu sinyal tranduksi intraseluler. Dalam keadaan

aktif, K-ras mengikat guanosine triphosphate ( GTP ); proses hidrolisis dari GTP menjadi

guanosine diphosphate ( GDP ), nantinya dapat manghambat aktivitas dari protein – G.

Dari penjelasan di atas, apabila terjadi mutasi dari gen K-ras akan mengakibatkan

kegagalan dalam proses hidrolisis GTP sehingga protein – G tetap akan berada dalam

keadaan aktif. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya pertumbuhan sel yang tidak

dapat dikontrol. Pada karsinoma colorectal yang sporadic, mutasi gen K-ras meliputi

kodon 12, 13 dan 61. Mutasi gen ini didapatkan pada 47 persen kasus karsinoma dan 50

persen kasus adenoma colorectal.

Gen DCC

Gen DCC ( deleted in colorectal carcinoma ) merupakan tumor supresor gen,

dimana adanya mutasi pada setiap alelanya dapat mengakibatkan terjadinya degenerasi

maligna. Gen DCC ini terletak pada lengan panjang dari kromosom 18 ( 18q).

Bagaimana peran dan pengaruh dari gen DCC beserta produknya belum sepenuhnya

diketahui, tetapi diduga hal tersebut berhubungan dengan deferensiasi seluler. Pendapat

lain mengatakan bahwa produk dari gen DCC ini berperan dalam adhesi antar sel,

interaksi matriks seluler, selain itu juga mempunyai peranan penting dalam mencegah

pertumbuhan sel tumor, mencegah invasi dan metastasis. Mutasi gen DCC ditemukan

pada lebih dari 70 persen kasus – kasus karsinoma colorectal tetapi mutasi ini tidak

mempengaruhi prognosis secara keseluruhan. Pada karsinoma colorectal yang sporadic,

gen DCC sangat berperan dalam terjadinya metastase tumor dan sebagai petanda

prognosis dari adanya suatu metastase dari tumor colorectal.

Gen p 53

Tumor supresor gen yang lain adalah p 53, gen p 53 ini berperan juga pada

terjadinya keganasan di tempat ( organ ) lain. Gen p 53 merupakan protein dengan berat

molekul 53 kDa, gen ini terletak pada lengan pendek dari

kromosom 17 ( 177p13.1 ). Gen p 53 mempunyai peranan yang paling penting dalam

terjadinya karsinoma colorectal, dimana berperan dalam proses transkripsi karena

kemampuannya dalam mengaktivasi ekspresi dari gen. Sebagai suatu tetramer, p 53

dapat mengikat DNA dari gen lain untuk meningkatkan aktivitas transkripsinya.

Beberapa gen yang diaktivasi oleh p 53 mempunyai peranan dalam menghambat

pertumbuhan sel tumor, sehingga apabila terjadi hambatan aktivitas dari p 53 ini akan

mengakibatkan terjadinya pertumbuhan yang tidak terkontrol dari sel – sel tumor

tersebut. Protein p 53 juga mempunyai peran yang sangat vital dalam terjadinya

apoptosis dari sel – sel yang mengalami kerusakan genetic yang irreversible. Mutasi dari

gen p 53 ini ditemukan pada 75 persen kasus keganasan colorectal.

Mismatch Repair Gen

Mismatch repair gen berperan dalam memperbaiki kerusakan dalam proses

repliklasi DNA dan hilangnya kemampuan melakukan repair secara spontan. Beberapa

DNA mismatch repair gen yang didapatkan pada manusia diantaranya hMSH2

( kromosom 2p ), hMLH1 ( kromosom 3p21 ), hPMS1 ( kromosom 2q31-33 ) dan

hPMS2 ( kromosom 7p22 ). Gen – gen ini berperan dalam terjadinya sindroma polyposis

non herediter, sindroma Lynch.

Genetic Pathway

Terdapat dua mekanisme utama yang berperan penting sebagai factor inisiasi dan

pertumbuhan dari suatu karsinoma, yaitu jalur / mekanisme LOH ( loss of

heterozygosity ) dan jalur RER ( replication error ).

Loss Of Heterozygosity Pathway

Jalur LOH digambarkan dengan adanya delesi dari kromosom dan sel tumor yang

aneuploid. 80 persen dari karsinoma colorectal terjadi dari mutasi melalui jalur ini,

sedangkan 20 persen sisanya terjadi melalui jalur replication error ( RER ).

Jalur replication error ini digambarkan dengan adanya kegagalan dalam repair pada saat

proses replikasi DNA. Beberapa contoh gen yang mengalami kegagalan dalam repair

diantaranya : - hMSH2

- hMLH1

- hPMS1

- hPMS2

- hMSH6 / GTBP

Terjadinya mutasi pada salah satu gen tersebut di atas, merupakan factor predisposisi

untuk mutasi dasi sel, yang dapat juga mengakibatkan terjadinya mutasi dari proto-

oncogen meupun mutasi tumor supresor gen. Akumulasi dari beberapa mutasi yang telah

terjadi akan menyebabkan instabilitas dari gen dan terbentuknya suatu karsinoma.

LOH Pathway to Colorectal Carcinoma

APC gene mutation or 5q loss

( inherited mutation in adenomatous polyposis syndrome )

Hyperproliferation of crypt cells and clonal proliferation

of a stem cell results in small adenoma

Activation of K-ras oncogene with small adenoma

and proliferation of doubly mutated clone

Intermediate adenoma

Loss of DCC results in proliferation

of clone with multiple genetic alterations

Late adenoma with dysplasia

p 53 loss or mutation results in proliferation of malignant clone

Invasive carcinoma

Replication Error Pathway

Jalur replication error ( RER ) berhubungan dengan instabilitas mikro satelit.

Microsatelit merupakan bagain dari suatu genom, dimana terdiri dari beberapa pasang

segmen pendek yang berulang beberapa kali. Bagian ini mempunyai kecenderungan

untuk mengalami kegagalan replikasi, sehingga apabila terjadi mutasi gen pada gen – gen

yang mengalami kegagalan replikasi akan mengakibatkan panjang segmen yang

bervariasi, hal inilah yang dikatakan sebagai instabilitas dari mikrosatelit.

Tumor – tumor yang berhubungan dengan instabilitas mikrosatelit ( MSI )

mempunyai karakteristik biologis berbeda dengan tumor yang terjadi melalui jalur loss

of heterozigosity ( LOH ). Tumor dengan instabilitas mikrosatelit lebih sering didapati

pada kolon kanan, mempunyai DNA diploid dan prognosisnya lebih baik dibandingkan

dengan tumor dengan LOH yang mempunyai stabilitas mikrosatelit ( MSS ).

Sedangkan tumor – tumor yang terjadi melalui jalur LOH biasanya sering pada tumor

kolon bagian distal, mempunyai kromosom aneuploid dan prognosis yang lebih jelek.

RER Pathway To Colorectal Carcinoma

Mutation or loss of mismatch repair gene ( inherited in HNPCC )

Accumulation of somatic mutation within microsatelites

Altered function of genes that contains or are regulated by microsatelites

( type II TGR- B receptor gene )

Sequential accumulation of genetic changes in carcinoma related gene

Adenoma – Carcinoma sequence

Deskripsi Skematik ( Schwartz, 2005 )

Sel Epithel Normal

APC

Dysplatic Epithelium

Early Adenoma

K - RAS

Intermediate Adenoma

DCC / DPC 4

Late Adenoma

p 53

Carcinoma

Metastasis

Biologi Molekuler Karsinoma Colorectal

Genetic Factor Environmental Factor

Field Effect

Initial Mutation

Increased Mutational rate

Second ( inactivating ) mutation

APC gene MMR gene

LOH pathway RER pathway

Somatic mutation or allelic loss Microsatelite instability

K-ras, DCC, p 53 TGF-B, other

Clonal Growth

Carcinoma

Metastasis

( Allen JI. Moleculare Biology of Colorectal Cancer, 1995 )

DAFTAR PUSTAKA

1. Allen JI, Moleculare Biology Of Colorectal cancer : A Clinical view. Perspect

Colon Rectal Surgery, 1995. p 181 - 202

2. Welton L.Mark, Malignant Disease : Colorectal Polyps and Cancer in Norton

Basic Science and Clinical Evidence, International Edition, 1995. p 702 – 705

3. Bullard M.Kelli, Colon, Rectum and Anus in Schwartz’s Principles Of Surgery,

Eight Edition, 2005. p 1055 – 1110

4. Herbert Chen, Principles Of Tumor Biology in Basic Science For Surgeon, 2004.

p 613 - 620

UJIAN

METODOLOGI PENELITIAN

Oleh :

GUS RIYADI

PROGRAM PASCA SARJANA COMBINED DEGREE

FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS PADJADJARAN

BANDUNG