BIOLOGI MOLEKULER SEL KANKER

dr. Hafiz Soewoto Sp.BK

KANKER : (neoplasma maligna):

• Segolongan penyakit yang ditandai dengan pembelahan/pertumbuhan sel yang tidak terkendali dan kemampuan sel-sel tersebut untuk menyerang jaringan biologis lainnya (invasi), baik dengan pertumbuhan langsung di jaringan yang bersebelahan atau dengan migrasi sel ke tempat yang jauh (metastasis).

• Sel-sel kanker mengandung gen onkogen yang berasal dari proto-onkogen (pada sel normal)

• Onkogen itu adalah materi genetik yg mengalami

gangguan/mutasi (yang tidak dapat diperbaiki) dan berperan penting bagi timbulnya pertumbuhan tumor (tumorigenesis).

Berbagai tipe kanker yang berasal dari jaringan berbeda yang terdapat dalam tubuh.

Kanker diklasifikasikan sbb:

Berdasarkan jenis sel yang menyusun tumor tersebutdan jenis jaringan yang merupakan asal tumor itu :

– Karsinoma: Tumor gans yang berasal dari jaringan epitel, dan merupakan jenis yang paling umum ditemukan seperti pada kel. Mammae, prostat,paru dan kolon,

– Sarkoma: Tumor ganas yang berasal dari jaringan ikat, atau dari sel-sel mesenkim,

– Limfoma dan leukemia: Jenis keganasan yang berasal dari sel-sel hematopoietik (pembentuk darah),

– Germ cell tumor: Tumor yang berasal dari sel-sel totipoten. Pada orang dewasa sering ditemukan pada testis atau ovarium, pada fetus, balita dan anak-anak sering ditemukan pada garis tengah tubuh antara lain pada ujung tulang ekor,

– Tumor blastik atau blastoma :tumor yang umumnya ganas dan menyerupai jaring embrio atau jaringan yang belum matang, umumnya ditemukan pada anak-anak.

Istilah-istilah yang digunakan dalam

proses perubahan menjadi sel neoplastik:

– Transformasi yaitu keadaan dimana sel-sel normal setelah memperoleh perubahan genetik berubah menjadi sel-sel neoplasma

– Transfeksi merupakan suatu prosedur untuk mentransfer gen dimana sebagian DNA dimasukkan pada gen sel eukariot

– Transduksi menunjukkan proses transmisi suatu gen dari suatu sel kepada sel lain melalui infeksi oleh virus. Transduksi juga digunakan sebagai suatu istilah untuk penyampaian suatu sinyal ke dalam sel yang berjalan dengan baik (Transduksi sinyal intra sel), maupun ekstrasel.

Kanker :• Kejadian yang disebabkan kerusakan DNA, yg

merupakan penyebab mutasi di gen vital yang mengontrol pembelahan sel.

• Beberapa macam mutasi mungkin dibutuhkan

untuk mengubah sel normal menjadi sel kanker.

• Mutasi-mutasi tersebut sering diakibatkan agen kimia maupun fisik yang disebut karsinogen atau yg berasal dari infeksi virus tertentu

PENYEBAB TIMBULNYA KANKER :

• Interaksi faktor eksogen dan endogen

• Faktor eksogen : – Sinar dengan radiasi besar (UV-dimer basa pirimidin DNA, Sinar X-cross

link basa-basa DNA, Sinar gama dan sinar kosmis terbentuknya radikal bebas) . kerusakan pada DNA, mutasi DNA efek karsinogenik

– Senyawa-senyawa kimia, pemaparan karena – faktor kerja (benzene dan asbes), – pengaruh diet (aflatoksin B1), – merokok dan obat-obatan tertentu.

– Senyawa-senyawa ini dikenal sebagai senyawa karsinogenik yang berinteraksi langsung dengan molekul sasaran (direct carcinogenesis) atau ada yang mengalami metabolisme dahulu sebelum aktif jadi senyawa karsinogenik (procarcinogen)

– Procarcinogen proximate carcinogen ultimate carcinogen ikatan kovalen dengan gugus fosfodiester DNA. unrepaired DNA.

(lanjutan,,,)

– Untuk dapat menimbulkan mutasi ireversibel DNA, diperlukan paling sedikit dua macam bahan yang akan bertindak sebagai inisiator dan promoter dari unrepaired DNA itu. Beberapa karsinogen ada yg berperan sebagai inisiator atau promoter.Promoter dianggap yang dapat meningkatkan proses proliferasi stem sel.

– Gangguan sistim repair DNA, yang bila tidak dapat diperbaiki mutasi gen (mutagenesis) juga disebabkan oleh gangguan dari fungsi

tumor suppresive gen.– Mutagenesis juga dapat ditimbulkan oleh virus, baik virus

DNA maupun virus RNA (retrovirus) yang mengubah proto-onkogen menjadi onkogen.

• Faktor endogen : hormon, reseptor, faktor tumbuh (growth factor), dan kelainan gen sendiri.

Karcinogenic agents :

• Bukti-bukti bahwa DNA sangat dipengaruhi dalam proses timbulnya kanker oleh bahan-bahan karsinogenesis:– Kanker diturunkan/ditransmisikan,– Iradiasi kuat dan bahan kimia tertentu merusak DNA

mutasi DNA– Umumnya tumor mempunyai kromosom yang

abnormal– Dengan eksperimen transfeksi diketahui bahwa DNA

murni (onkogen) dari sel kanker dapat menyebabkan sel-sel normal diubah menjadi sel kanker.

– Beberapa gen yang cenderung jadi penyebab kanker telah berhasil diisolasi.

Cancer merupakan penyakit genetik.Cancer merupakan penyakit genetik.• Adanya abnornalitas pada gen yang mengatur

proliferasi seluler menimbulkan pertumbuhan yg tidak terkontrol yg merupakan tanda khas sel yg berubah menjadi ganas

• UUntuk mendapatkan inisiatif dalam mendeteksi kanker dan melakukan pengobatan para onkologis harus mendalami secara molekuler timbulnya dan perjalanan penyakit itu, mulai dari gen, mRNA, dan macam protein yg dihasilkan oleh sel kanker tersebut yg tercakup dalam mempelajari biologi molekuler dari penyakit kanker.

(lanjutan......)• Pada tingkat molekuler sel kanker dapat dibedakan dari

sel normal karena adanya abnormalitas baik dari struktur atau ekspresi gen tertertentu. Abnormalitas ini terjadi secara langsung maupun tidak langsung akan menyebabkan gangguan pada regulasi siklus sel dan mengindulsi pertumbuhan yg tidak terkontrol pada sel-sel kanker.

• Perubahan-perubahan molekuler selama proses bertingkat dari karsinogenesis akan mmempunyai pola tertentu, dimana perubahan itu terjadi segera ( diperlukan untuk perkembangan tumor) diikuti perkembangan lanjutan (diperlukan untuk progresi atau invasi sel kanker)

• Leukemia dan lymphoma diketahui berasosiasi dengan beberapa faktor sitogenetik spesifik yang mutakhir dan abnormalitas komponen genetik, sedangkan pada tumor padat sering mengandung perubahan multipel baik yg spesifik maupun yg tidak spesifik.

• DNA merupakan gen yang berperan dalam pembemtukan protein tubuh yang ttrdiri dari protein struktural tubuh dan protein pekerja dalam sel seperti enzim, faktor tumbuh dan sitokin dan lainlaninya,

• Peran DNA pada sintesis protein atau lebih dikenal sebagai proses translasi sangat berperan dalam menghasilkan protein-protrin yang berperan dalam pengaturan siklus sel., antara lain adalah protein yang berperan dalam proses repair DNA, dan gangguan pada proses repair DNA itu akan menyebab faktor faktor yang berperan dalam perbaikan DNA selama proses replikasi akan terganggu, sehingga pembentukan DNA yang dihasilkan akan berubah perannya atau dengan kata lain terjadi perubahan pada gen yang dihasilkan. (perubahan protoonkogen menjadi onkogen atao kerja gen supresor tumor yang tiak lagi mengerem kerja siklus sel ---- terbentuk mutasi sel menjadi sel kanker ),

Perubahan genetik secara umum dapatdiklasifikasikan sbb:• Onkogen: protein dari sel normal yg mengalami

aktivasi secara abnormal.• Tumor suppressor genes: gen antiproliferasi

atau produknya yang teraktivasi.• DNA repair genes: jadi terinaktivasi sehingga

menyebabkan akumulasi mutasi yg secara potensial merusak.

• Regulator apoptosis: inaktivasi gen-gen pro-apoptosis atau terjadi aktivasi gen apoptosis yang mempromosikan ketahanan hidup sel.

Molecular biology of cancerMolecular biology of cancer • Dalam mempelajari proses-proses molekuler dan seluler

pada organisme yg menjadi model maka diketahui beberapa hal yang terjadi pada sel kanker yaitu ;

– Diferensiasi pada sel normal mengaiami gangguan.pada sel kanker.

– Sel kanker hilang kemampuannya untuk mengontrol proliferasi sehingga terjadi pembelahan sel yg tidak terkontrol.

– Sel kanker berkembang menjadi suatu klon yg berasal dari sel tunggal sebagai hasil dari terjadinya mutasi spesifik ( terjadi dalam untai DNA ) yang mempengaruhi proses-proses dasar dari sel semula.

– Mutasi terjadi multipel sehingga menghasilkan suatu kumpulan perubahan yg kemudian berubah menjadi sel kanker.

– Sel-sel kanker mempunyai tingkat instabilitas genomik yg tinggi terutama dalam penyusunan kembali kromosom.

– Adanya predisposisi familial yg diturunkan untuk kanker merupakan hasil yg diturunkannya salah satu mutasi yg selanjutnya akan menjadi kanker pada turunannya..

Sel Normal :• Terdapat lk 30 triliun sel dalam tubuh manusia• Sel 1) tumbuh berdiferensiasi, proses ini sangat terkendali dan diatur. 2) berproliferasi bila saatnya tiba, hal ini disebabkan adanya keseimbangan antara mekanisme yang mengatur promosi tumbuh ( growth promoting) dan proses penghambat tumbuh (growth inhibiting).

• Pada sel-sel kanker pengaturan itu dilanggar dan sel itu membuat aturan mereka sendiri terutama yang berhubungan dengan proses dan waktu reproduksinya. Sejalan dengan waktu, sel-sel itu meningkatkan kemampuan untuk bermigrasi dari tempat asalnya, menyerang sel-sel lain dan membentuk tumor baru metastasis

Siklus sel:• Siklus sel : proses duplikasi akurat untuk

menghasilkan jumlah DNA kromosom yg cukup dan mendukung segregasi untuk menghasilkan dua sel anak yang identik. Proses ini berlangsung berulang kali (siklik), sampai sel itu mati.

• Pertumbuhan dan perkembangan sel tidak lepas dari siklus kehidupan yg dialami sel agar bertahan hidup.

• Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi waktu pembelahan dan perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi atau translasi gen pada setiap sel dan menentukan pula proses diferensiasinya.

Fase pada siklus sel• Sel yg tidak membelah berada pada fase G0 misal sel-sel neuron dan

serat-serat otot akan tetap berada pada fase ini. Pada sel lain yg dpt membelah sel itu baru masuk ke siklus sel bila ada faktor-faktor eksternal dan internal yang menstimulasinya. Biakan fibroblast yg semula berada pada fase G0 akan masuk ke siklus sel bila terdapat „ Platelet derived grawth factor (PDRF)“ . Hal ini terlihat pada penyembuhan luka . Limfosit juga dapat memasuki siklus sel bila terdapat sitokin dan antigen yang dihasilkan oleh “T cells helper”

• Fase G0, sel berada dalam keadaan diam atau sel tidak melakukan pertumbuhan maupun perkembangan. Umum terjadi dan beberapa sel tidak melanjutkan pertumbuhan (dormant) dan akhirnya mati.

• Fase S (sintesis) Tahap terjadinya replikasi DNA• Fase M (mitosis) Tahap di mana terjadi pembelahan sel • Fase G (gap) Tahap pertumbuhan sel.

– Fase G1, sel eukariot mendapatkan sinyal untuk tumbuh, antara sitokinesis dan sintesis.

– Fase G2, pertumbuhan sel eukariot antara sintesis dan mitosis.

• Fase tersebut berlangsung dengan urutan S > G2 > M > G0 > G1 > kembali ke S. Dalam konteks Mitosis, fase G dan S disebut sebagai Interfase.

Kelanjutan siklus sel tergantung pada keselarasan ekspresi dan aktivasi dari suatu enzim spesifik yang disebut Cylin dependent Kinase (Cdk) yg membentuk holoenzim dengan subunit regulasinya yaitu cyclin. CKI (p27KIP1 dan p21CIP1) yg dapat terikat pada enzim itu sehingga menghambat pengaktifan cyclin-CDK komplex . Bagian yang berwarna oranye yaitu CDC2 (cell division cycle-2) menunjukkan tempat dimana dilakukan intervensi terapetik pafa penyakit proliferasi pada organ vaskuler.

Cyclin dan Cdk yg digunakan Cell Cycle

Phase Cyclin Cdk

G1 D,E CDK4,CDK2, CDK6

S A,E CDK2

G2 A CDK2

M B CDK1

Checkpoint pada pengaturan siklus sel : • Terdapat dua checkpoint selama siklus sel itu

berjalan yaitu pertama pada akhir fase G1 dimana terjadi penentuan apakah sel itu akan memasuki fase S. Replikasi DNA hanya terjadi bila sel itu sudah siap untuk menjalaninya a.l. apakah DNA yang rusak sudah diperbaiki dll.

• Checkpoint kedua terjadi sewaktu akhir G2 dimana sel itu memastikan apakah akan memasuki fase mitosis. Mitosis hanya terjadi bila replikasi DNA telah komplit dan tetap utuh serta terjadi kondensasi DNA.

(lanjutan....)• Siklus sel perlu sintesis protein regulator untuk

mengatur apakah sel akan masuk ke siklus sel.• Beberapa hal terlihat sewaktu siklus sel :

– Ada faktor-faktor mitogen yang menentukan apakah sel yang dalam fase G0 akan masuk siklus sel

– Proliferasi sel hanya terjadi pada tempatnya berlabuh– Bila telah terjadi kontak dengan matrix intersel maka

pertumbuhan sel akan berhenti.– Sel itu bersifat mortal.

• Hal ini hanya ditemukan pada sel normal. Bila sel itu berubah menjadi maligna/sel kanker maka sel itu tidak lagi diatur oleh faktor-faktor yang mengatur pertumbuhan sel normal.

SEL KANKER :• Pengaturan pertumbuhan yg ada pd sel normal dilanggar

dan mengikuti cara-cara sendiri tanpa diatur lagi, hal ini disebabkan mutasi genetik.

• Sel-sel yang alami kerusakan genetik tidak peka lagi terhadap mekanisme regulasi siklus sel normal sehingga akan terus melakukan proliferasi tanpa kontrol.

• Mutasi terjadi pada DNA dari gen yg meregulasi siklus sel (pertumbuhan, kematian dan pemeliharaan sel) sehingga terjadi siklus sel yg tak teratur, dan salah satu akibatnya adalah pembentukan sel kanker atau karsinogenesis.

• Dengan berkembangnya sel kanker, sel itu memperoleh pula kesanggupan untuk bermigrasi dari tempat asal, menyerang sel-sel lain dan membentuk tumor baru metastasis.

• Sel itu jadi bersifat mematikan, karena dapat menyerang sel-sel normal yang penting untuk mempertahankan kehidupan

Lanjutan…• Sel kanker perlu sekitar 5-6 mutasi untuk ubah sel normal menjadi sel

kanker• Ada tiga faktor penting dalam proses terjadinya mutasi gen yaitu;

– (1) faktor lingkungan yang meliputi nutrisi, agen infektor, gaya hidup;

– (2) faktor kebetulan, dan – (3) faktor keturunan atau bawaan .

• Faktor lingkungan a.l. gaya hidup dan pola makan berkorelasi dengan insiden kanker; misalnya paparan sinar ultraviolet dgn kanker kulit, merokok dengan kanker paru. Tetapi tidak semua perokok atau berjemur menderita kanker, jadi ada faktor lain di luar faktor lingkungan yakni kesalahan replikasi DNA dan bawaan .

• Faktor kebetulan sbb:. Tubuh melakukan replikasi DNA secara akurat, tetapi masih terjadi kesalahan. Kemudian yg salah dalam replikasi, dikoreksi dan diperbaiki, tetapi replikasi DNA yang salah masih tersisa. Proses metabolisme normal dalam tubuh menghasilkan radikal bebas yg reaktif dan sebabkan kerusakan oksidatif pada DNA secara terus-menerus. Kanker terjadi akibat akumulasi DNA termutasi dalam gen terutama yang mengatur proses siklus dan pertumbuhan sel.

• Faktor ke tiga mutasi DNA melalui faktor keturunan, yang menyebabkan 5-10% kanker. Mutasi DNA di dalam gen yang meregulasi siklus sel akibatkan penyimpangan, dan salah satu dampak negatifnya adalah pembentukan kanker atau karsinogenesis

Gen yang terlibat dalam regulasi pertumbuhan sel • Tiga kelompok gen yang terlibat pada regulasi pertumbuhan sel yaitu

proto-onkogen, gen penekan tumor (tumor suppresor gene = TSG) atau gen gatekeeper. – Proto-onkogen menstimulasi dan meregulasi pertumbuhan dan

pembelahan sel. – Gen penekan tumor / dan gatekeeper biasanya hambat pertumbuhan sel

atau menginduksi apoptosis (kematian sel terprogram). Kelompok gen ini dikenal sebagai anti-onkogen, karena berfungsi melakukan kontrol negatif (penekanan) pada pertumbuhan sel. Gen p53 merupakan salah satu dari TSG yang menyandi protein dengan berat molekul 53 kDa. Gen p53 juga berfungsi mendeteksi kerusakan DNA, menginduksi reparasi DNA, Gen gatekeeper berfungsi mempertahankan integritas genomik dgn mendeteksi kesalahan pd genom dan memperbaikinya.(proses repair DNA)

• Mutasi pada gen-gen ini karena berbagai faktor membuka peluang terbentuknya kanker

• Pada keadaan normal, pertumbuhan sel akan terjadi sesuai dengan kebutuhan melalui siklus sel normal yang dikendalikan secara terpadu oleh fungsi ketiga gen: proto-onkogen, gen tumor supressor dan gen gatekeeper secara seimbang.

• Jika terjadi ketidakseimbangan fungsi ketiga gen ini, atau salah satu tidak berfungsi dengan baik karena mutasi, maka keadaan ini akan menyebabkan penyimpangan siklus sel.

Mekanisme perubahan sel normal jadi sel kanker

• Pertumbuhan sel tidak normal pada proses terbentuknya kanker dapat terjadi melalui tiga mekanisme, yaitu – perpendekan waktu siklus sel, sehingga akan menghasilkan lebih banyak

sel dalam satuan waktu, – penurunan jumlah kematian sel akibat gangguan yg sebabkan proses

apoptosis, dan – masuknya kembali populasi sel yang tidak aktif berproliferasi ke dalam

siklus proliferasi. Misalnya, pada kondisi TSG kurang aktif atau proto-onkogen terlalu aktif.

Kurva pertumbuhan sel kanker• Kurva pertumbuhan ini merupakan kurva eksponensial.• Sel kanker mempunyai tingkat ketidak stabilan yang tinggi pada

genomnya, terutama pd proses pengaturan kromosom

Segolongan penyakit yang ditandai dengan pembelahan /pertumbuhan sel yang tidak terkendali dan kemampuan sel tersebut untuk menyerang jaringan biologis lainnya (invasi), baik dengan pertumbuhan langsung di jaringan yang bersebelahan atau dengan migrasi sel ke tempat yang jauh (metastasis).

• Sel-sel kanker mengandung gen onkogen yang berasal dari proto-onkogen (pada sel normal)

• Onkogen itu adalah materi genetik yg mengalami gangguan/mutasi (yang tidak dapat diperbaiki) dan berperan bagi timbulnya pertumbuhan tumor (tumorigenesis).

• Bedakan dengan tumor benigna yg bersifat terbatas (self limited), tidak melakukan invasi dan metastasis

KANKER : (neoplasma maligna):

Faktor diet dalam hubungan dengan kanker

Makanan adalah penyebab utama kematian akibatkanker di Amerika.Faktor makanan sebagai penyebab kanker a.l oleh

– Mikrokomponen genotoksik yang menyebabkan kerusakan DNA, a.l.

• Senyawa amin heterosiklik yang terbentuk selama memanggang dan menggoreng daging.

• Paparan nitrosamin dalam daging yang diolah menggunakan natrium nitrit meningkatkan insidensi kanker kolorektal.

• Kontaminasi Aflatoksin B1 dapat menimbulkan kanker termasuk kanker hati.

• Minuman beralkohol juga dapat memicu terjadinya kanker saluran cerna terutama kanker kolorektal,

• Konsumsi suplemen asam lemak omega-3 khususnya eicosapentaenoic acid (EPA) dan docosahexaenoic acid (DHA) diketahui bermanfaat selama terapi kanker.

Lanjutan ….

– Kerusakan oksidatif DNA disebabkan radikal bebas merupakan bagian dari karsinogenesis. Masyarakat yang mengkonsumsi banyak sayur dan buah lebih sehat dengan risiko penyakit degeneneratif//kanker rendah.

– Sifat protektif ini karena kandungan berbagai antioksidan yang terdapat di dalam sayur dan buah..

– Antioksidan mungkin mencegah inisiasi dan perkembangan kanker dengan meredam aktivitas sifat mutagenik radikal bebas atau meredam radikal bebas yang berperan penting pada peningkatan apoptosis. Ketidakseimbangan antioksidan dan radikal bebas memungkinkan kecepatan proliferasi dalam tumor melebihi kemampuan untuk apoptosis yang berakhir dengan karsinogenesis

Carcinogenesis• Karsinogenesis merupakan proses mutasi

genetik yang dapat diinduksi oleh agen–agen fisik maupun kimia

• Proses ini terdiri dari tiga fase yaitu : inisiasi, promosi, dan progresi.– Inisiasi meliputi perubahan genetik yang ireversibel

yg biasanya berupa perubahan mutasi pada suatu gen tunggal.

– Promosi berasosiasi dengan peningkatan proliferasi sel yg terinisaisi , sehingga meningkatkan populasi sel-sel yg terinisiasi.

– Progresi merupakan akumulasi mutasi-mutasi genetik tambahan yg mengarah pada pembentukan fenotip invasif yang malignan.

MUTASI PADA SEL KANKER• Mutasi terjadi secara spontan (diperoleh) ataupun diwariskan (mutasi germline).• Karsinogenesis berlangsung lama dan dibagi tiga tahap yakni inisiasi, promosi dan

perkembangan (progression). – Pada tahap inisiasi terjadi perubahan permanen di dalam genom sel akibat

kerusakan DNA yang berakhir pada mutagenesis.. Pada tahap ini proses mutasi akan mengaktivasi atau menghambat proto-onkogen. atau tumor suppressor gene..Penyebabnya a.l. adalah karsinogen yang mengubah struktur DNA, radiasi yang memicu pembentukan spesies kimia reaktif juga radikal bebas, dan virus. Tahap ini berlangsung dalam satu sampai beberapa hari.

– Tahap promosi bisa lebih dari sepuluh tahun. Suatu proses panjang yang disebabkan kerusakan yang melekat dalam materi genetik di dalam sel. Melalui mekanisme epigenetik akan terjadi ekspansi sel-sel rusak membentuk premalignansi dari populasi multiseluler tumor yang melakukan proliferasi. Senyawa yg merangsang pembelahan itu disebut promotor atau epigenetik karsinogen.

– Pada tahap perkembangan, terjadi instabilitas genetik yg sebabkan perubahan- mutagenik dan epigenetik. Proses ini menghasilkan klon baru sel-sel tumor yang memiliki aktivitas proliferasi, bersifat invasif dan potensi metastatiknya meningkat. Selama tahapan ini, sel-sel maligna berkembang biak menyerbu jaringan sekitar. Jika tidak ada yang menghalangi pertumbuhannya, akan terbentuk dalam jumlah yg cukup besar untuk mempengaruhi fungsi tubuh, dan gejala kanker muncul. Tahap akhir ini berlangsung lebih dari satu tahun, sehingga seluruh proses karsinogenesis dapat berlangsung selama 20 tahun.

Angiogenesis.Angiogenesis. • Pertumbuhan dan ekspansi tumor atau metastasisnya

tergentung pada angiogenesis atau pembentukan pembuluh darah baru.

• Angiogenesis diatur oleh suatu kompleks stimulator d ada an inhibitor tertentu.

• Sel Tumor dapat mensekresikan faktor-faktor proangiogenic paracrine, yg menstimulasi sel endotel untuk membentuk pembuluh darah baru.

• Angiogenesis tidak terdapat lagi pada dewasa, hanya ditemui pada sel embrionik berupa timbulnya kapiler-kapiler baru dari pembuluh yg sudah ada. Pada wanita dewasa ditemukan kekecualian sewaktu siklus reproduksi atau pada proses penyembuhan luka.

• Salah satu faktor terlarut yg menentukan pada angiogenesis adalah suatu growth faktor yang disebut VGEF ( vascular endothelial growth factor)

Figure 1.14. Stimulators and inhibitors of angiogenesis. Under hysiological conditions, the balance of factors that affect angiogenesis is precisely regulated. However, under pathophysiological conditions,normal angiogenesis is disturbed because of the continued production ofstimulators.

Stimulators Inhibitors• Fibroblast growth factor• VEGF• HGF• PDGF• EGF

Inhibitor• Angiostatin• Endostatin• Thrombospondin-1• Troponin I• Vasostatin

Stimulation of angiogenesisand neovascularization

Inhibition of angiogenesisand vascular quiescence

Bukti bahwa VEGF berperan pada tumor

angiogenesis.

1. VEGF terdapat pada hampir semua macam tumor manusia. Terdapat dalam kadar yg tinggi disekitar pembuluh darah dan regio hipoksia dari tumor itu.

2. VEGF receptor ditemukan pada pembuluh darah didalanm atau disekitar tumor.

3. Monoclonal neutralizing antibodies terhadap VEGF dapat melakukan supresi pada pertumbuhan VEGF expressing solid tumors pada tikus, hal ini tidak ditemui pada sel normal.

Terdapat pula sitokin dan growth factor lainnyayg berperan mempromosikan angiogenesis.

• Beberapa diantaranya bekerja langsung terhadap sel endotel, dan ada pula menstimulasi sel-sel peradangan yang berdekatan.

• Selain itu adapula yg dapat menyebabkan migrasi dan bukan pembelahan sel seperti :– angiotropin, macrophage-derived factor, dan TNF,

atau menstimulasi proliferasi seperti EGF, acidic dan basic fibroblast growth factors (aFGF, bFGF), transforming growth factor (TGF), dan VEGF.

– Tumor dapat pula mensekresikan faktor-faktor yg menstimulasi migrasi endotel, proliferasi , aktivitas proteolitik, dan mofogenesis kapiler.

PENYEBAB GENETIK PERUBAHAN SEL NORMAL

MENJADI SEL KANKER :• Kelainan pada materi genetik dari sel yang

mengalami perubahan (transformasi). proto-onkogen onkogen mutasi sel• Abnormalitas transformasi yang terjadi dapat

ditimbulkan oleh :– 1) pengaruh dari karsinogen, seperti asap rokok, radiasi

pengion, bahan kimia, agen yang infektius. – 2) abnormalitas genetik (misal pd proses repair DNA)

pemicu kanker dapat terjadi secara acak karena:• Kesalahan proses replikasi DNA a.l disebabkan radikal bebas• Atau dapat pula disebabkan kelainan genetik turunan, dimana

kemunculan kanker dipicu oleh adanya interaksi kompleks antara karsinogen dengan genom dari hospes.

DNA repair dan kanker

• Mutasi yang diturunkan yang mempengaruhi proses repair gen DNA sering dijumpai dan menyebabkan risiko kanker pada manusia.

• Hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC) sering dijumpai berasosiasi dengan mutasi spesifik yg terjadi pada jalur repair DNA yang tidak tepat. Mutasi dijumpai pada gen BRCA1 dan BRCA2, yang menyebabkan kanker mammae.

• Bila jumlah DNA yang rusak melebihi kapasitas sel untuk memperbaikinya maka pengumpulan kesalahan akan bertumpuk sehingga sel mengalami perubahan berupa proses penuaan dini, apoptosis atau kanker.

METASTASIS PADA KANKER :• Metastasis dan invasi sel kanker merupakan aspek yang mematikan

dari suatu proses keganasan.• Metastasis adalah kemampuan sel tumor untuk berpindah ke tempat

yang jauh dari tumor primer yang bilamana tiba pada organ lain akan bertumbuh. Oleh sebab itu metastasis menyebabkan peningkatan angka kesakitan dan bahkan  kematian. Kejadian tersebut juga merupakan salah satu tanda utama tumor ganas, sebab tumor jinak tidak mengadakan metastasis.

• Sifat sel  ganas  itu  antara lain karena – a) perubahan biokimia permukaan sel, seperti:

– pertambahan motilitas, – kemampuan mengeluarkan zat  litik, – dapat membentuk pembuluh darah baru (angiogenesis) 

– b) Berkurangnya adhesi sel tumor satu dengan lainnya dan hilangnya daya pertumbuhan bersama antara sesama sel tumor dan sel normal diantaranya.

• Ternyata tidak semua sel mempunyai kemampuan untuk bermetastasis. • Ini berarti bahwa sel-sel ganas tersebut mempunyai sifat sifat yang

berbeda, ada yang tidak mampu mengadakan metastasis dan ada yang mampu, tergantung pd subklonnya.

• Tumor sel-sel glia di otak dan tumor sel basal dikulit yang sangat destruktif secara lokal tetapi jarang sekali metastasis.

Abnormalitas genetik pd sel kanker

• Mempengaruhi dua jenis material genetik gen – 1) Onkogen materi genetik untuk promosi kanker mengalami pengaktifan

dari materi genetik normal (proto-onkogen), menyebabkan sel itu memperoleh sifat-sifat baru, seperti pertumbuhan/pembelahan yang hiperaktif, proteksi terhadap apoptosis (kematian sel yang terprogram), hilangnya pembatas antar jaringan dan kemampuan untuk tetap eksis dalam bebagai perubahan lingkungan jaringan.

Gen-gen itu bersifat dominan.– 2)Tumor suppressor genes merupakan materi genetik yg mengalami

inaktivasi pada sel-sel kanker yang mengakibatkan lenyapnya fungsi normal sel, seperti replikasi DNA tidak akurat, kontrol thd siklus sel (cell cycle) orientasi dan adhesi jaringan, dan interaksi dengan sistem imun yang memproteksi sel.

– Mutasi pada macam ini bersifat resesif, dan gen ini disebut juga anti onkogen.

– Sel yang bertumbuh mempunyai pembatasan melalui 2 macam cara : • 1) inaktivasi jalur pertumbuhan • 2) melalui aktivasi jalur apoptosis atau jalur lainnya.

– Suatu tumor dapat berkembang hanya bila telah menemukan jalan untuk memintas jalur (bypass) kedua jalur diatas,

Proto-onkogen • Proto-onkogen (suatu gen normal dalam sel) merupakan

gen yg mempunyai kode protein yang berperan pada regulasi pertumbuhan sel/pembelahan sel dan diferensiasi sel.

• Proto-onkogen menghasilkan protein yang terlibat pada proses transduksi sinyal dalam sel atau mengeksekusi sinyal-sinyal mitogenik (sinyal yg berperan pada proses pembelahan sel).

• Bila suatu proto-onkogen atau produknya mengalami aktivasi dia dapat berubah menjadi suatu agen penginduksi tumor yang disebut onkogen. Contoh proto-onkogen misalnya c-RAS, c-SRC, c-MYC, c-SIS, dan c-ERB-B.

• Proto-onkogen yang bermutasi ini diketahui ada dua macam yaitu – Sebagai onkogen–gen yang mengalami transformasi dari mutasi

atau infeksi oleh retrovirus– Melalui transfeksi DNA dari lini sel tumor (tumor cell lines) ke sel

normal sehingga timbul keadaan tumorigenesis.

Onkogen terbentuk bila proto-okogen bermutasi atau dipindahkan ke bagian lain suatu genom sehingga ekspresinya jauh meningkat,misal suatu virus dapat memasukkan DNA-nya pada kromosom manusia bersebelahan dengan proto-onkogen.Onkogen adalah bentuk bermutasi dari gen sel normal, terutama yang berperan dalam pengaturan sinyal pertumbuhan dari proto-onkogen . Bila gen tersebut bermutasi tidak diperlukan lagi sinyal pertumbuhan (misal: growth factor) dalam sel itu sehingga berlangsung siklus sel dengan pertumbuhan yang tidak terbatas/terkendali...

Faktor Transkripsi sebagai onkogen : • Faktor transkripsi adalah senyawa yg dapat

mengkodekan protein nuklear , yg berperan pada transduksi sinyal dalam sel, dan diantaranya ada yg berupa onkogen.

• Contohnya adalah AP-1 dan c-myc. Activator protein-1 (AP-1) merupakan anggota keluarga Fos (c-fos, fos B, Fra 1, dan Fra 2) dan Jun family members (c-jun, jun B, and jun D), yang dapat berdimerisasi melalui interaksi domain protein/protein yg dikenal sebagai leucine zipper .

• Fos-jun heterodimer merupakan yg paling aktif sedangkan junjun homodimer lebih lemah dan fos-fos homodimer terbentuk hanya pada keadaan yg sangat jarang.

FUNCTION OF PROTO-ONCOGENE- ENCODED PROTEINS

EXAMPLE

Control of DNA transcription (found in nucleus)

Signaling of hormone/growth factor binding such as a tyrosine kinase

src is a membrane-bound tyr kinase.

GTP-binding proteins involved in signal transduction from a surface receptor to the nucleus

ras

Growth factorssis is an altered form of platelet-derived growth factor B chain

Growth factor receptors

erb-B is a homolog of the epidermal growth factor receptor (it is also a tyrosine kinase). fms is a homolog of the macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) receptor

Proto-onkogen diklasifikasikan dalam berbagai grup berdasarkan peran/fungsi normal dari protein yg dihasilkan dalam sel atau berdasarkan deret homologinya dengan protein lainnya dalam sel, contoh :

Growth Factors, Receptor Tyrosine Kinases (growth factor receptors), Membrane Associated Non-Receptor Tyrosine Kinases, G-Protein Coupled Receptors, Membrane Associated G-Proteins, Serine/Threonine Kinases, dan Nuclear DNA-Binding / Transcription Factors.

Mutasi yang bersifat dominan (proto-onkogen onkogen) merupakan salah satu fungsi yang diperoleh dan bersifat dominan, dimana kedua alel mengalami mutasi

Rb dan adenovirus E1A  Pada retinoblastoma, lesi bersifat resesif, dimana kanker yang disebabkan mutasi menimbulkan hilangnya fungsi tumor suppressor tersebut.

• Telah diketahui pada umumnya tumor ditimbulkan oleh adanya mutasi yang dominan misalnya fungsi yang menyebabkan pertumbuhan sel sedangkan seharusnya dalam keadaan normal hal itu tidak terjadi.

• Sebagai contoh bila ada suatu reseptor yang memberikan sinyal bila terikat pada suatu faktor tumbuh (growth factor) melalui pengaktifan suatu tirosin kinase dimana reseptornya mengalami mutasi sehingga untuk seterusnya aktivitas tirosin kinase terus berlanjut/menjadi permanen. Dan sel itu akan mengalami pertumbuhan tak terbatas yg juga ditemukan pd heterozigot. Dalam hal ini alel mutan itu bersifat dominan bila dibandingkan dengan alel normal.

• Mutasi pada factor yang menginduksi dan mengatur pertumbuhan sel, proliferasi dan diferensiasi, meliputi gen yang menghasilkan growth factor,reseptor growth factor dan berbagai protein yang berperan pada proses kaskade transduksi sinyal dapat menjurus ke proses transformasi seluler.

MUTASI DOMINAN

Faktor pembelahan sel/faktor tumbuh (Growth factors)

• Faktor pembelahan sel, atau mitogen, umumnya dihasilkan oleh beberapa sel khusus untuk menginduksi pembelahan sel.

• Bila suatu cell yang umumnya tidak memproduksi growth factors tiba-tiba mulai memproduksinya (karena berubah menjadi onkogen), sel tersebut akan mengalami pembelahan tak terkontrol.

• Onkogen merupakan bentuk protein regulasi yang bermutasi yang terdapat pada kedua jalur diatas, antara lain memproduksi faktor tumbuh (growth factor) dalam jumlah besar, misalnya membangun reseptor aktif atau molekul-molekul perantara yang termodifikasi sehingga meningkatkan ekspresi protein yang berperan menghambat apoptosis,

• Hal ini dapat juga menyebar ke sel-sel yang berdekatan sel kanker.

Virus :• Virus termasuk penyebab kanker karena virus itu dapat membawa

suatu kopi salah satu gen atau mengubah ekspresi proses kopi dari sel itu yang berasal dari salah satu gennya.

Proses aktivasi proto-onkogen menjadi onkogen terjadi karena :

• retroviral transduction atau retroviral integration , • point mutations atau insertion mutations, • gene amplification, • chromosomal translocation dan/atau interaksi protein dengan protein.

Rantai sinyal (transduksi sinyal ) dalam sel terdiri dari protein yang merupakan :

1. Faktor tumbuh (growth factors)2. Reseptor faktor tumbuh (growth factor receptors)3. Protein-protein untuk transduksi sinyal dalam membran sel (signal transducing proteins in cell membranes),4. Enzim fosfokinase di sitoplasma (phosphokinases)5. Protein yang ditransportasi dari sitoplasma ke dalam inti sel yang kemudian terikat pada DNA.

Lokalisasi berbagai produk onkogen (Sis, ErbB, Ras, Src, Myc) yg berperan pada rantai sinyal (transduksi sinyal ) diperlihatkan secara skematis

Virus dan Kanker

• Sel tumor dapat tumbuh melalui cara non-genetik misalnya melalui infeksi oleh suatu virus tumor khas. Terdapat virus tumor yang berasal dari – a) genom DNA ( misal: papilloma dan

adenovirus) – b) genom RNA (retrovirus).

• Virus tumor RNA sering dijumpai pada ayam, tikus dan kucing dan jarang dijumpai pada manusia kecuali “human T-cell leukemia viruses” (HTLV) dan “human immunodeficiency virus” (HIV).

VIRUS TUMOR DNA BERPERAN PADATIMBULNYA KANKER PADA MANUSIA

• Tahun 1930 Richard Shope menemukan virus fibroma pada kelinci dan virus papiloma.

• Papiloma merupakan tumor benigna seperti pada kutil pada kulit kelinci liar. Dari ekstrak sel epitel dari tumor itu dan kemudian disuntikan pada kelinci liar lain menghasilkan pertumbuhan papiloma pada kelinci itu.

• Akan tetapi bila filtrat itu disuntikan pada kelinci peliharaan hasilnya adalah karsinoma yang merupakan suatu tumor ganas, dan virus itu sekarang tidak berhasil diisolasi dari pertumbuhan ganas tsb.

• Hal disebabkan oleh karena virus itu telah berintegrasi pada kromosom sel sehingga terbentuk tumor ganas.

Aliran informasi pada DNA tumor adalah sama dengan yang ditemukan pada sel eukariot

Virus dapat dianggap sebagai suatu elemen parasit genetik yang perlu menginfeksi sel agar dapat berreplikasi. Proliferasi sel merupakan syarat mutlak untuk menunjang replikasi virus. Pada akhirnya virus memperoleh kesanggupan untuk menginduksi proliferasi pada sel yang terinfeksi melalui berbagai mekanisme. Sebagai tambahan banyak virus sanggup membangun fenotip sel yang bertransformasi dalam sistem in vitro dan membentuk tumor pada model binatang percobaan. Virus juga berperan pada timbulnya proses keganasan (malignancy) pada manusia. Virus-virus itu a.l. human papillomavirus (HPV) dan human hepatitis B dan C (HBV and HCV)..

RETROVIRUS• Retrovirus dapat menginduksi perubahan transformasi dalam sel yang

diinfeksinya melalui dua macam mekanisme, dimana kedua mekanisme ini berhubungan dengan siklus hidup virus itu :– 1) Bila retrovirus menginfeksi suatu sel maka genom RNA nya diubah menjadi DNA oleh enzim “RNA-dependent DNA polymerase II” (reverse transcriptase). – DNA itu kemudian berintegrasi pada genom sel hospes yg akan ikut

dikopi.– Pada deret paling akhir dari genom yang berasal dari retrovirus

terdapat suatu promoter transkripsi yang disebut “long terminal repeats” (LTR). LTR tersebut mempromosikan transkripsi DNA yang berasal dari virus yang akan menghasilkan partikel virus baru.

– 2) Transformasi sel oleh retrovirus yg berhubungan dengan efek transkripsi yang kuat dari LTR, karena bila suatu genom retrovirus berintegrasi pada genom hospes, integrasi itu dapat terjadi secara acak. Bila penempatan itu terjadi berdekatan dengan gen yang mengkode duatu protein yang mengatur pertumbuhan, bila protein itu diekspresikan dalam jumlah yg meningkat abnormal maka akan terjadi transformasi sel. Hal ini disebut transformasi seluler yang diinduksi oleh retrovirus. HIV diketahui menginduksi infeksi pada individu melalui cara ini.

Perbedaan antara onkogen pada retrovirus dan dalam sel :. Di dalam retrovirus penyebab tumor terdapat segmen yang berasal dari asam nukleat yg bertransformasi yg berasal dari suatu sel. Gen pada sel terpisah (gen mosaik) sedangkan pada virus bersambung kontinu. Penemuan ini sampai pd konklusi bahwa onkogen tidak menunjukkan suatu gen virus yang sesungguhnya akan tetapi merupakan suatu gen seluler yg telah diambil jauh sewaktu replikasinya dalam sel dan kemudian terus dibawa. Gen seluler ini mempunyai fungsi sentral dalam sel yg mempengaruhi pertumbuhan dan pembelahan sel.

Peran retrovirus pada karsinogenesis : • Retrovirus mempunyai genom dan mempunyai dua sifat

khas yang sama pada sel eukariot yaitu ujung 5’ dengan “cap”-nya dan bagian ekor dengan “polytail AAA”

• Selanjutnya pada retrovirus yang telah bertransformasi (onkogen) bisa terdapat gen ke 4 dan gen ini merupakan gen yang penting untuk proses transformasi misalnya dengan menghasilkan suatu enzim protein kinase yang bersifat “pleiotropik” (bermacam-macam variasi) misalnya suatu protein yang terdapat pada struktur perlekatan (adhesi) antar sel yang kemudian akan mengalami fosforilasi abnormal sehingga perlekatan antar sel menjadi berkurang.

• Nama suatu onkogen berasal darimana tumor itu pertama kali ditemukan, misal v-mos (Maloney sarcoma virus), v-abl (Abelson leukemia virus) dan v-sis (Simian sarcoma virus).

• Homolognya yang terdapat pada sel ditandai dengan c-onc (cellular oncogenes), misal c-myc .

“Tumor suppressor gene”

• Suatu tumor suppressor gene, atau anti-oncogene, merupakan suatu gen yang melindungi dalam suatu langkah dimana sel itu berubah menjadi sel kanker.

• Gen Resesif :– Meliputi tumor suppressor genes, growth suppressors, onkogen resesif atau

lebih dikenal sebagai anti-onkogen.• Bila gen ini bermutasi maka fungsi melindunginya akan berkurang/menghilang

dan akibatnya sel itu berubah menjadi sel kanker, dan biasanya disertai pula oleh perubahan genetik lainnya.

• “Tumor-suppressor genes”, atau protein yang dihasilkannya mempunyai efek meredam atau represif dalam pengaturan siklus sel atau membangkitkan proses apoptosis atau ke dua-duanya.

• Berikut ini adalah kategori fungsi dari protein yg dihasilkan tumor-suppressor :– Represi gen yg penting untuk kelanjutan siklus sel. Bila gen ini tidsk berekspresi

pembelahan sel terhambat dan siklus sel berhenti.– Kerusakan DNA dapat berangkai dengan siklus sel, dimana siklus sel terhenti, atau

siklus sel dapat kembali terjadi bila DNA telah diperbaiki (DNA repair).– Apabila kerusakan DNA tidak dapat diperbaiki maka sel itu akan menjalani apoptosis

(programmed cell death), untuk menghindari ancaman yg berat terhadap organisme itu.– Beberapa protein yang berperan pada proses adhesi sel mencegah sel tumor

berpencaran, memblokir kehilangan inhibitin untuk kontak dan menghambat metastasis, karena itu protein tsb disebut juga “metastasis suppressor”.

Human cancers that involve p53

cervix liver

breast lung

bladder skin

prostate colon

Suatu gen yg dikenal yaitu p53 menghasilkan protein yg diketahui berhubungan dengan timbulnya bermacam kanker dan beberapa diantaranya diturunkan. Pada kanker turunan ini juga ditemukan p53 yang telah bermutasi . Gangguan pada protein produknya ternyata merupakan dasar baik langsung maupun tidak pada terjadinya kanker pd manusia. Total 60& kanker manusia disebabkan oleh mutasi gen ini. 80% kanker kolon juga diketahui disebabkan oleh mutasi gen p53 ini.

TUMOR MARKERSTUMOR MARKERS• Adalah substansi biologis atau biokimia yang

dihasilkan oleh sel tumor dan disekresikan ke dalam darah urin, cairan atau jaringan tubuh lainnya pada berbagai tipe kanker dan disekresikan melebihi normal . TM dapat dihasilkan oleh tumor itu sendiri atau oleh tubuh sebagai respons adanya kanker ataupun keadaan non-kanker tertentu.

• Tumor markers berguna untuk membantu mendiagnosis kanker, meramalkan respons penderita terhadap pengobatan dan mendeteksi respons penderita terhadap pengobatan, atau untuk menentukan relaps kembali kanker seseorang.

• Secara umum TM tidak dapat digunakan tersendiri dan harus digunakan dengan dikombinasikan pemeriksaan lain untuk mendiagnosis secara lebih tepat.

Pemeriksaan TM berguna untuk :

• 1. Skrening penyakit.

• 2. Diagnosis gejala pada penderita.

• 3. Staging kanker

• 4. Indikator prognostik.

• 5. Mendeteksi penyakit kanker yg kambuh

kembali.

• 6. Memonitor respons terhadap terapi.

TUMOR MARKERS /PETANDA TUMOR dapat berupa :

1. Enzim dan isoenzim.(LDH -Lactic Dehydrogenase, PLAP (Placental Alkaline Phosphatase):- Membedakan sumber tumor antara hati, tulang dan germ sel)

2. Hormon.(Insulin - islet cell tumor, Calcitonin - medullary thyroid carcinoma, dan catecholamines -pheochromocytoma.

3. Immunoglobulin.(Thyroglobulin:- ditemukan pada follicular carcinoma, monoclonal immunoglobulin molecule is characteristic of multiple myeloma.)

4. Antigen (oncofetal dan CHO) (CA 15-3 (Cancer Antigen 15-3:-metastatic breast cancers)

5. Receptor.(Estrogen resetpr –ET, Progesteron reseptor-PR)6. Produk onkogen.(ras, HER-2/neu, bcl-2, c-myc.):dan Tumor

suppressor genes (Retinoblastoma, p53, BRCA1 and 2)7. Genetic marker/ petanda genetik(Philadelphia Chromosome

– Ph1- chronic myelogenous leukemia)

Bahan yg dapat digunakan untuk

pemeriksaan TM :

• 1- Blood, plasma, and Serum.

• 2- Pleural fluid, ascetic fluid, or pericardial

fluid.

• 3- Urine.

• 4- CSF.