BAB IIISI2.1 Tinjauan Pustaka2.1.1 Definisi kankerKanker adalah pertumbuhan sel tidak beraturan yang muncul dari satu sel. Kanker merupakan pertumbuhan jaringan secara otonom dan tidak mengikuti aturan dan regulasi sel yang tumbuh normal. Kanker merupakan kumpulan sel abnormal yang terbentuk oleh sel-sel yang tumbuh secara terus-menerus, tidak terbatas, tidak terkoordinasi dengan jaringan sekitarnya dan tidak berfungsi fisiologis. Kanker terjadi karena timbul dan berkembang biaknya jaringan sekitarnya (infiltratif) sambil merusaknya (dekstrutif), dapat menyebar kebagian lain tubuh, dan umumnya fatal jika dibiarkan (Alfred and Bruce, 1997; Kodner and Robert, 1999)Pertumbuhan sel-sel kanker akan menyebabkan jaringan menjadi besar dan disebut sebagai tumor. Tumor adalah istilah umum untuk semua bentuk pembengkakan atau benjolan dalam tubuh yang menunjukkan massa dari pertumbuhan jaringan abnormal. Sel-sel kanker yang tumbuh cepat dan menyebar melalui pembuluh darah dan pembuluh getah bening. Penjalarannya kejaringan lain disebut sebagai metastasis (Allen, 1995).

2.1.2 Epigenetik dalam kankerKarsinogenesis merupakan proses pembentukan sel kanker yang patogenesisnya secara molekular merupakan penyakit genetik (Tjarta, 1973). Untuk waktu yang lama, kanker telah dianggap sebagai hasil dari berbagai perubahan genetik dan genomik, seperti amplifikasi, translokasi, delesi, dan mutasi titik. Namun, perkembangan kanker tidak terbatas pada perubahan genetik yang dijelaskan di atas, namun juga melibatkan perubahan epigenetik. Epigenetik berkaitan dengan warisan informasi berdasarkan tingkat ekspresi gen, berkebalikan dengan genetik, yaitu bahwa informasi yang dikirimkan berdasarkan urutan gen. Modifikasi utama epigenetik pada mamalia, dan terutama pada manusia, adalah metilasi DNA dan modifikasi histon post-translasi (asetilasi, metilasi, fosforilasi, dll) (Ropero and Esteller, 2007).Berbeda dengan mutasi DNA yang berakibat perubahan sekuen DNA dan perubahan ekspresi gen yang ireversibel, gangguan epigenetik adalah potensial reversibel, tetapi tetap stabil selama pembelahan sel sehingga perubahan epigenetik ini diwariskan (heritable) kepada sel anak saat pembelahan sel (Laird, 2005; Bird, 2007).Salah satu contoh terbaik perubahan epigenetik dalam biologi eukariotik adalah proses diferensiasi sel. Selama morfogenesis, sel punca (stem cell) totipoten sambil terus membelah berubah menjadi berbagai sel pluripoten yang pada gilirannya berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel seperti sel neuron, otot, epitel, dan lain-lain. Hal ini terjadi melalui aktivasi beberapa gen tertentu seraya menghambat/menekan (silencing) gen-gen tertentu yang lain (Wolf, 2007).Perubahan epigenetik yang biasanya terjadi dini dan kenyataan bahwa sel punca merupakan sel sasaran untuk menjadi kanker bersama-sama dengan bukti-bukti bahwa perubahan atau penyimpangan epigenetik mungkin dapat membedakan sel punca dari sel somatik, mengakibatkan munculnya pendapat bahwa perubahan atau penyimpangan epigenetik pada sel punca merupakan penyebab kanker (Feinberg et. al., 2006).Masalah epigenetik pada kanker mendapat perhatian besar pada tahun-tahun terakhir berdasarkan bukti-bukti bahwa mekanisme epigenetik merupakan mekanisme kunci pada perkembangan kanker. Peristiwa epigenetik dapat terjadi pada setiap tahap perkembangan kanker (Herceg, 2007; Weidman et al., 2007). Karena itu, peristiwa epigenetik seperti metilasi DNA dan asetilasi histone merupakan target menarik untuk terapi epigenetik. Perubahan epigenetik yang reversibel ini juga merupakan kesempatan yang menjanjikan untuk pengembangan strategi baru dalam pencegahan kanker.Ada tiga macam informasi epigenetik yang diwariskan melalui kromosom, yaitu (Herceg, 2007):1. Jenis pertama adalah metilasi DNA, di mana molekul DNA dimodifikasi oleh sejumlah enzim DNA methyl transferase (DNMT). Metilasi DNA terjadi pada posisi C5 basa cytosine yang terletak dalam nukleotida CpG. Metilasi DNA mempunyai banyak peran dalam proses selular, termasuk di antaranya pengaturan ekspresi gen. 2. Jenis yang kedua melibatkan RNA yang dalam bentuknya sebagai non-coding RNA (Xist) atau RNA interference (RNAi) dapat memelihara status transkripsi gen dalam bentuk yang heritable. Pola ekspresi RNAi diatur secara ketat dan mempunyai peranan penting pada proses proliferasi, apoptosis, dan diferensiasi.3. Jenis yang ketiga adalah modifikasi histone (kromatin) berupa asetilasi dan metilasi residu lysine pada ekor histone yang menyatakan keadaan pasca-translasi dari histone. Modifikasi ini mengakibatkan gangguan pada proses-proses yang berdasarkan DNA, misalnya gangguan proses transkripsi dan proses DNA repair.

Dari ketiga jenis informasi epigenetik di atas, yang akhir-akhir ini mendapat perhatian besar adalah yang mengaitkan metilasi DNA dengan modifikasi histone. Penelitian-penelitian dalam bidang ini membuktikan bahwa metilasi dan modifikasi histone bekerjasama untuk menghasilkan dan memelihara status represif kromatin dan menekan (menghambat) transkripsi gen, dan pola epigenetik yang abnormal ini menyebabkan terjadinya berbagai penyakit, termasuk kanker (Cairns, 2001; Wolffe, 2001).

Gambar : Dua komponen utama kode epigenetik: Metilasi dan modifikasi histon

2.1.3 Modifikasi HistonHiston merupakan struktur protein yang bersama-sama dengan DNA membentuk kromatin. Histon membantu mengorganisasi untai-untai panjang DNA menjadi sebuah struktur yang dikenal sebagai nukelosom. Sebagai protein dasar yang kaya akan asam amino, lysin, dan arginin, histon dapat mengalami dua bentuk yang antagonis, yaitu asetilasi dan deasetilasi. Enzim yang bertanggung jawab terhadap mekanisme tersebut ialah histone acetyl transferases (HTAs) yang memproduksi asetilasi dan histone deacetylases (HDACs) yang akan mengembalikan proses tersebut (Monneret 2005).

Gambar 4 Asetilasi dan deasetilasi histonAsetilasi adalah hasil keseimbangan kegiatan histon acetyltransferase(HAT) dan histone deacetylase (HDAC). Histon asetilasi memainkan peran penting dalam renovasi kromatin dan dalam regulasi transkripsi gen. Histon deasetilasi meningkatkan interaksi ionik antara histon yang bermuatan postitif dan DNA yang bermuatan negatif, yang menghasilkan struktur kromatin lebih kompak dan menekan transkripsi gen dengan membatasi transkripsi (Adam et al., 2005).N-terminal pada histon memainkan sebagian besar peran dalam regulasi transkripsi. Mengingat asetilasi berkorelasi dengan perubahan bentuk dan aktivasi transkripsi nukleosom, deasetilasi histon menginduksi penahanan transkripsi melalui kondensasi kromatin. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa netralisasi pengisian residu lysin dalam rantai N-terminal oleh proses asetilasi menyebabkan N-terminal pada histon memainkan sebagian besar peran dalam regulasi longgarnya rantai histon dan DNA. Relaksasi struktur kromatin ini memudahkan masuknya faktor yang bervariasi ke DNA. Pergantian grup asetil pada molekul histon yang cepat di dalam sel dan tingkat asetilasi dikontrol oleh keseimbangan kedua aktivitas tersebut, asetilasi dan deasetilasi (Monneret 2005).Pentingnya modifikasi histone diperlihatkan dengan kenyataan bahwa mekanisme yang melibatkan modifikasi ini merupakan hal yang esensial selama perkembangan dan bahwa deregulasi dalam mekanisme itu bisa mengakibatkan terjadinya kanker (Feinberg et al., 2006; Lund, A.H. et al 2004; Wolf, 2007).2.1.4. Histone Deacetylase Inhibitor (HDACI)Histone Deacetylase Inhibitor (HDACI) merupakan enzim penghambat proses deasetilasi. Ia terbagi menjadi empat kelompok: asam lemak rantai pendek, asam hidroksamid, tetrapeptida siklik, dan benzamid. Masing-masing jenis HDACI memiliki fungsi yang berbeda; agen-agen ini menghambat enzim deasetilase histon yang akan mendorong akumulasi asetilasi di dalam histon serta diikuti pula oleh perubahan intrasel (Yoo et al., 2006). Selama 20 tahun terakhir, berbagai macam HDACI telah dikembangkan berdasarkan struktur inhibitor alami, atau ditemukan secara random dalam skrining pengujian HDAC. HDACI yang tersedia saat ini dapat diklasifikasikan berdasarkan metal binding group menjadi beberapa kategori, seperti hydroxamic-based, carboxylic based, disulfide based, epoxide-based, dan anilide-based inhibitor. Asam hidroksamid dapat di sub-klasifikasi kan berdasarkan cap structure nya (Elaut et al., 2007). Menurut IUPAC Gold Book (McNaught dan Wilkinson 1997), Asam hidroksamid adalah ''Senyawa, RC(=O)NHOH, berasal dari oxoacids RI(OH)(I0) dengan mengganti -OH oleh -NHOH, dan turunan hidrokarbil. Contoh spesifiknya disebut sebagai amida N-hidroksi amida. kelompok inimengandung oksim (N-OH) dan karbonil (C=O) dan memilikistruktur sebagai berikut:

Asam Hidroksamik adalah senyawa organik hidrofilik yang dapat menghambat tautomer keto-iminol, dan kedua tautomer tersebut dikenal sebagai diastereomer Z (zusammen) atau E (entgegen). Kedua senyawa tersebut adalah asam yang lebih lemah dari asam karboksilat RC(=O)OH, dan menghasilkan ion hydroxamate. Pengelompokan asam hydroxamic berdasarkan sifat chelating dan turunan N-tersubstitusi, yang berfungsi sebagai ligan bidentat di-oksigenterhadap berbagai ion logam seperti Fe (III) dan Cu (II). Kompleks ini sangatberwarna dan berguna untuk spektrofotometri (Agrawal dan Patel 1980) dangravimetri (Agrawal dan Roshania 1980) pada analisis ion logam.Ion Hydroxamate yang dikenal sebagai chelators besi. Beberapahidroksamat merupakan senyawa yang dihasilkan oleh mikroorganisme (Miller 1989).Berbagai turunan asam hydroxamik baru-baru ini dikabarkan memiliki potensi untuk digunakan sebagai inhibitor hipertensi, pertumbuhan tumor, peradangan, agen infeksi, asma, arthritis, dan banyak lagi. Aplikasi biologi lainnya termasuk penghambatan enzim seperti prostaglandin H synthase, peroksidase, ureases, dan matriks metalloproteinases (MMP) yang terlibat dalam pertumbuhan tumor (Chittari, 1998; Hashimoto and Nakamura 1996; Hashimoto et al., 1998).

2.1.5 Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR)Metode kimia komputasi untuk tujuan disain molekul baru, tetutama senyawa obat, serta prediksi sifat fisiko-kimia telah menjadi metode pilihan utama sebagian besar industri farmasi berkaitan dengan pengembangan maupun penemuan obat. Aplikasi metode yang juga disebut in silico ini, berawal dari postulat dasar dalam paradigma disain obat klasik yang menyatakan bahwa efek obat dalam tubuh manusia merupakan suatu konsekuensi molecular recognition antara ligan (dalam hal ini obatdan sutau makromolekul (target) (Jorgensen, 2004)Aktivitas farmakologi ligan terhadap dudukan kerjanya (action site) sangat ditentukan oleh tatanan ruang dan kerapatan elektron atom-atom ligan, dan juga bagaimana atom-atom tersebut berinteraksi dengan molekul target atau biological conterpart (Bohm and Klebe, 1996). Struktur, dinamika, dan interaksi demikian memungkinkan suatu karakterisasi menggunakan kimia komputasi dilakukan. Misalnya, pendekatan berbasis mekanika molekular (molecular mechanics) secara efisien dapat membantu penemuan kandidat-kandidat obat baru, dan metode komputasi yang tidak mahal ini sekarang secara rutin digunakan di dalam disain obat (Jorgensen, 2004).Kimia komputasi yang digunakan dapat memberikan prediksi secara teori tentang muatan atom, dipol dan spektra senyawa sehingga dapat digunakan sebagai data pembuatan persamaan QSAR. Persamaan QSAR ini selanjutnya digunakan untuk mendesain senyawa baru dengan variasi aktivitas biologinya dari eksperimen, kemudian dibuat prediksi sintesis senyawa baru. Salah satu aplikasi kimia komputasi yang dapat diterapkan adalah metode perhitungan Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR). Metode perhitungan ini mempelajari hubungan secara eksperimen digunakan untuk mencari hubungan linear dari sifat suatu molekul dengan aktivitasnya sehingga akan mendapatkan suatu struktur baru yang mirip dengan molekul awal yang dimodelkan. Hasil dari perhitungan menggunakan metode perhitungan QSAR ini kualitasnya sebanding dengan molekul yang dimodelkan (Guha and Jurs, 2004).Kajian QSAR menjabar suatu model persamaan yang menghubungkan ketergantungan harga aktivitas suatu senyawa secara eksperimen dengan struktur molekul. Secara umum aktivitas senyawa adalah aktivitas biologis yang telah diuji secara klinis. Perkembangan kimia komputasi memungkinkan untuk perhitungan kuantum suatu senyawa sehingga dapat diperoleh dengan parameter muatan atom, momen dipol, kerapatan elektron dan lain-lain (Guha and Jurs, 2004).Metode yang biasa digunakan dalam perhitungan ini biasanya untuk senyawa yang akan disintesis dapat didesain terlebih dahulu berdasarkan hubungan antara sifat-sifat kimia, sifat-sifat fisiknya dengan aktivitas bioogisnya. Hubungan tersebut dapat memprediksi aktivitas teoritik suatu senyawa. Metode analisis yang dapat digunakan untuk perhitungan ini diantaranya adalah metode Free-Wilson, metode Hansch dam metode tiga dimensi (Guha and Jurs, 2004).Metode tiga dimensi atau 3D-QSAR mengacu pada penerapan perhitungan medan gaya membutuhkan struktur tiga dimensi, misalnya berdasarkan kristalografi protein atau molekul superimposisi. Menguji bidang sterik (bentuk molekul), daerah hidrofobik (permukaan larut dalam air) dan bidang elektrostatik. Kemajuan dalam teknologi komputer dan analisis data telah memungkinkan untuk memperluas parameter QSAR dengan tingkat sifat 3-D dari molekul yang menarik. 3-D metode QSAR saat ini meliputi analisis bentuk molekuler, hipotesis aktif situs kisi (HASL), program RECEPS, geometri jarak Crippen dan situs mengikat Voronoi dan analisis lapangan molekul komparatif (CoMFA) (Guha and Jurs, 2004).

DAFTAR PUSTAKAAdam S., Polo S. E., and Almouzni G. 2013. Transcription recovery after DNA damage requires chromatin priming by the H3.3 histone chaperone HIRA. Cell, 155: 94-106.Agrawal YK, Patel SA (1980) Hydroxamic acids: reagents for the solvent extraction and spectrophotometric determination of metals. Rev Anal Chem 4:237238.Agrawal YK, Roshania RD (1980) Non-aqueous titrimetric determination of N-p-chlorophenylbenzohydroxamic acids: visual and potentiometric titration in dimethylformamide. Bull Soc Chim Belg 89:175179.Alfred, M., C. Bruce D. M. 1997. Cancer of The Colon In: principles&Practice of Oncology 5th Ed. Editors: Devita V. T and Lippincott-Raben. USA pp, 1144-1185.Allen, J. I. 1995. Molecular Biology of Colorectal Cancer: a Clinicals View. Perspect Colon Rectal Surgary. 8: 181-201.Bird, A. 2007. Perceptions of epigenetics. Nature; 447: 396-8.Bohm, H. J. and G. Klebe. 1996. What can we learn from molecular recognition in protein ligand complexes for the design of new drugs? Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35(22), 2589-2614.Cairns, B. R. 2001. Emerging roles for chromatin remodeling in cancer biology. Trends Cell Biol 11: S15-S21.Chittari P, Jadhav VR, Ganesh KN, Rajappa S (1998) Synthesis and metal complexation of chiral 3-mono-2-hydroxypyrrlopyrazine-1,4-diones or 3,3,-bis-allyl-2-hydroxy-pyrollopyrazine-1,4diones. J Chem Soc, Perkin Trans I 13191324.Elauut, G., Rogiers, V. and Vanhaecke, T. 2007. The pharmaceutical potential of histone deacetylase inhibitors.Current Pharmaceutical Design. 13: 2584-2620.Feinberg A. P., Ohlsson R., and Hennikof S. 2006. The epigenetic progenitor origin of human cancer. Nat Rev Genet; 7:21-33.Guha, R. and P.C. Jurs. 2004. Development of linier, ensemble, and nonlinier models for the prediction and interpretation of the biological activity of a set of PDGFR inhibitors. J Chem Inf Comput Sci. 44(6): 2179-89.Hashimoto S, Nakamura Y (1996) Characterization of lanthanide-mediated DNA cleavage by intercalator-linked hydroxamic acids: comparison with transition systems. J Chem Soc, Perkin Trans 1 26232628.Hashimoto S, Yamamoto K, Yamada T, Nakamura Y (1998) Synthesis of bis(N-methylpyrroleoligopeptide-linked hydroxamic acids) and effective DNA cleavage by their vanadyl complexes. Heterocycles 48:939947Herceg, Z. 2007. Epigenetics and cancer: towards an evaluation of the impact of environmental and dietary factors. Mutagenesis 22: 91-103.Jorgensen, W.L. 2004. The many roles of computation drug discovery. Science 303.Kodner, I. J., Robert D. F. 1999. Colon, Rectum, and Anus In: Principles of Surgery 7th Ed Vol.2. Editors: Seymour I, Schwartz, McGrwa-Hill Health Professions Division. New York USA pp 1265-1380.Laird, P.W. 2005. Cancer epigenetics. Human Molecular Genetics. 14: R65-R76.Lund, A.H. and Lohuizen M. 2004. Epigenetics and cancer. Genes Dev. 18: 2315-35.

McNaught AD, Wilkinson A (1997) IUPAC compendium of chemical terminology, 2nd ed (theGold Book). Blackwell, Oxford.Miller MJ (1989) Synthesis and therapeutic potential of hydroxamic base siderophores and analogues. Chem Rev 89:15631579.

Monneret, C. 2005. Histone deacetylase inhibitors. Eur. J. Med. Chem. 40:1-13.Ropero, S. and M. Esteller. 2007. The role of histone deacetylases (HDACs) in human cancer [Review]. Molecular Oncology 1: 19-25.Tjarta, A. 1973. Neoplasma. In: Patologi. Bagian Patologi Anatomik Fakutas Kedokteran Universitas Indonesia. Pp: 77-82.Weidman J.R., Dolinoy D. C., Murphy S. K., and Randy L. 2007. Cancer susceptibility: epigenetic manifestation of environmental exposures. Cancer J 13: 9-16.Wolf, R. 2007. Stability and Flexibility of epigenetic gene regulation in mammalian development. Nature 447: 425-32.Wolffe, A. P. 2001. Chromatin remodeling: why it is important in cancer. Oncogene 20: 2988-90.Yoo, E.J., J.J. Chung, S.S. Choe, K.H. Kim, J.B. Kim. 2006. Down-regulation of histone deacetylases stimulates adipocyte differentiation. J Biol Chem 10; 281(10):6608-15.