KARSINOGENESIS

Dasar molekul kanker

Beberapa prinsip mendasar dasar genetik kanker

- Kerusakan genetik non telat merupakan hal sentral dalam karsinogenesis- Tiga kelas gen regulatorik normal (protoonkogen yang mendorong pertumbuhan, gen

penekan kanker (tumor supressor gene) yang menhambat pertumbukan (antionkogen), dan gen yang mengatur kematian sel terencana (programmed cell death) atau apoptosis) adalah sasaran utama dalam kerusakan genetik

- Gen yang mengatur perbaikan DNA yang rusak berkaitan dengan karsinogenesis- Karsinogenesis adalah suatu proses banyak tahap, baik pada tingkat fenotipe maupun

genotipe

Tiap gen terkait kanker (eg : TP53 yang sering mengalami mutasi, c-ABL yang mengalami perubahan pada leukemia tertentu) memiliki fungsi spesifik, yang disregulasinya ikut berperan dalam asal muasal atau perkembangan keganasan. Biasanya gen terkait kanker dijelaskan berdasarkan perkiraan fungsinya dan juga pertimbangan dalam konteks enam perubahan mendasar dalam fisiologi sel yang bersama sama menentukan fenotip ganas

1. Self sufficiency (menghasilkan sendiri sinyal pertumbuhan)2. Insentivitas terhadap sinyal penghambat pertumbuhan3. Menghindari apoptosis4. Potensi replikasi tanpa batas (yaitu mengalahkan penuaan sel)5. Angiogenesis berkelanjutan6. Kemampuan menginvasi dan beranak sebar

Mutasi pada gen yang mengendalikan sifat sel ini ditemukan pada semua kanker. Namun, jalur genetik pasti yang nenimbulkan ciri ciri ini berbeda antara kanker, bahkan pada organ yang sama. Secara luas dipercaya bahwa terjadinya mutasi pada gen penyebab kanker dikondisikan oleh sigapnya perangkat perbaikan DNA yang dimiliki sel. Apabila gen yang secara normal mendeteksi dan memperbaiki kerusakan DNA itu terganggu atau lenyap. Instabilitas genom yang terjadi akan cenderung memudahkan terjadinya mutasi pada gen yang mengendalikan keenam kemampuan didapat sel kanker di atas

Menghasilkan sendiri sinyal pertumbuhan

Gen yang meningkatkan pertumbuhan otonom pada sel kanker disebut onkogen. Gen ini berasal dari mutasi protoonkogen dan ditandai dengan kemampuan mendorong pertumbuhan sel walaupun tidak terdapat sinyal pendorong pertumbuhan yang norma. Produk gen ini, yang disebut onkoprotein, mirip dengan produk normal protoonkogen, kacuali bahwa onkoprotein tidak memiliki

elemen regulatorik yang penting, dan produksi gen tersebut dalam sel yang mengalami transformasi tidak bergantung pada faktor pertumbuhan atau sinyal eksternal lainnya.

Pada keadaan didiologik, proliferasi sel dibagi menjadi :

- Terikatnya suatu faktor pertumbuhan ke reseptor spesifiknya di membran sel- Aktivitas reseptor faktor pertumbuhan secara transien dan terbatas, yang kemudian

mengaktifkan beberapa protein tranduksi sinyal di lembar dalam membran plasma- Transmisi sinyal ditranduksi melalui sitosol menuju inti sel melalui perantara kedua- Induksi dan aktivitas faktor regulatorik inti sel memicu transkripsi DMA- Sel masuk ke dalam dan mengikuti siklus sel yang akhirnya memyebabkan sel membelah

Berbagai strategi sel kanker untuk memperoleh self sufficiency dalam sinyal pertumbuhan dikelompokkan berdasarkan perannya dalam jenjang tranduksi sinyal dan pengendalian siklus sel

Faktor pertumbuhan

Semua sel normal memerlukan rangsangan dari faktor pertumbuhan agar dapat mengalami proliferasi. Sebagian besar faktor pertumbuhan yang dapat larut dibuat oleh salah satu jenis sel dan bekerja pada sel disekitanya untuk merangsang pertumbuhan (kerja parakrin). Namun, banyak sel kanker memperoleh kemampuan untuk tumbuh sendiri karena mampu menyintesis faktor pertumbuhan yang sama sebagai mana sel tersebut responsif. Hal ini terjadi pada platelet derivated growth factor (PDGF, faktor pertumbuhan yang berasal dari trombosit) dan transforming growth factor a (TGF a). Namun banyak kasus, gen faktor pertumbuhan itu sendiri tidak mengalami perubahan atau mengalami mutasi, tetapi produk onkagon lain (misal, RAS) menyebabkan ekspresi berlebihan gen faktor pertumbuhan. Oleh karena itu, sel dipaksa mengeluarkan sejumlah besar faktor pertumbuahan seperti TGF a. Selain menghasilkan PDGF, gen gen yang mengkode homolog dari faktor pertumbuhan fibroblas (mis, hst-1 dan FGF-3) pernah ditemukan pada beberapa tumor saluran cerna dan payudara

Reseptor faktor pertumbuhan

Kelompok berikut dalam rangkaian transduksi sinyal melibatkan reseptor faktor pertumbuhan, dan telah ditemukan beberapa onkogen yang mengkode reseptor faktor pertumbuhan. Pada beberapa tumor dapat ditemukan mutasi dan ekspresi berlebihan patologik normal reseptor faktor pertumbuhan. Protein reseptor mutan menyalurkan sinyal mitogenik kontinu ke sel, walaupun tidak terdapat faktor pertumbuhan di sekitanya. Yang lebih sering ditemukan pada mutasi adalah ekspresi berlebihan reseptor faktor pertumbuhan. Ekspresi berlebihan ini dapat menyebabkan sel kanker bereaksi berlebihan terhadap kadar normal faktor pertumbuhan, suatu kadar yang biasanya tidak memicu proliferasi. Contoh reseptor terkait, disebut HER2 (EBRR2) mengalami amplifikasi pada 25% sampai 30% kanker payudara. Tumor ini sangat peka terhadap efek mitogenik faktor pertumbuhan dalam jumlah kecil

Protein tranduksi sinyal

Mekanisme yang relatif sering digunakan oleh sel kanker untuk memperoleh otonomi pertumbuhan adalah dengan mutasi gen yang mengkode berbagai komponen di jatur penghantara sinya. Molekul penghantar sinyal ini menghubungkan reseptor faktor pertumbuhan ke sasaran di inti sel. Banyak protein semacam ini berhubungan dengan lembar dalam membran plasma, tempat protein ini menerima sinyal dari reseptor faktor pertumbuhan yang telah aktif dan menyalurkan sinyal tersebut ke inti sel. Eg : RAS dan ABL

Sekitar 30% dari semua tumor manusia mengandung versi mutan gen RAS. Mutasi gen RAS adalah kelainan onkogenik yang paling umum pada tumor manusia. Famili gen RAS berkaitan dengan nukleotida guanosin (guanosin trifosfat/GTP) dan guanosin difosfat (GDP). Protein RAS normal berpindah bolak balik antara keadaan tereksistensi (menyalurkan sinyal/aktif) dan keadaan tenang (inaktif). Pada keadaan inaktif, proyein RAS berikatan dengan GDP, saat sel terangsang oleh faktor pertumbuhan, RAS inaktif menjadi aktif dengan menukar GDP untuk GTP. RAS aktif kemudian mengaktifkan berbagai regulator proliferasi, termasuk jenjang mitogenik RAF-MAP kinase, yang membanjiri inti sel dengan sinyal untuk proliferasi sel. Namun, keadaan tereksistensi penyaluran sinyal pada protein RAS normal berlangsung singkat karena aktivitas intrinsik guanosin trifosfatase (GTPase) menghidrolisis GTP menjadi GDP, membebaskans atu gugus fosfat, dan mengembalikan protein ke keadaan asalnya yang inaktif. Aktivitas GTPase pada protein RAS aktif diperkuat secara dramatis oleh suatu famili protein pengaktif GTPase (GAP’s). GAP’s berfungsi sebagai rem molekular yang mencegah pengaktifan RAS tak terkontrol dengan mendorong hidrolisis GTP menjadi GDP. Protein RAS mutan dapat berikatan dengan GAP’s, tetapi aktivitas GTPase-nya tidak mengalami penguatan. Oleh karena itu, RAS mutan terperangkap dalam bentuk aktif (terikat GTP), dan sel didorong untuk percaya bahwa proliferasi harus terus berlanjut

Dari sekenario ini dapat disimpulkan bahwa akibat mutasi pada protein RAS akan sama dengan akibat mutasi di GAP’s yang gagal menahan protein RAS normal.

Selain RAS, beberapa tirosin kinase yang tidak berkaitan dengan reseptor juga perperan dalam tranduksi sinyal. Protoonkogen ABL memiliki aktivitas tirosin kinase yang dihambat oleh domain regulatorik negatif. Pada leukemia meiloid kronik dan beberapa leukemia akut mengalami translokasi dari tempat normalnya di kromosom

Faktor transkripsi nukleus

Akhirnya, semua jalur transduksi sinyal masuk ke inri sel dan menimnulkan dampak pada sekumpulan gen responden yang mendorong sel masuk ke dalam siklus mitotik. Dapat terjadi otonom pertumbuhan akibat mutasi yang mengenai gen mengendalikan transkripsi DNA. Sejumlah onkoprotein, termasuk produk onkogen MYC, MYB, JUN, FOS, dan REL, dapat ditemukan di inti sel. Gen MYC paling sering terlibat pada tumor manusia. Protoonkogen MYC diekspresikan pada hampir semua sel, dan protoonkogen MYC cepat mengalami induksi apabila sel yang sedang tidak aktif membelah menerima sinyal untuk ber proliferasi. Protein MYC berikatan dengan DNA, menyebabkan aktivasi transkripsional beberapa gen terkait pertumbuhan, termasuk berbagai kinase dependen siklik (CDK), yang produknya mendorong sel masuk ke dalam siklus sel. Pada sel normal, kadar MYC turun mendekati kadar basal saat siklus sel dimulai. Sebaliknya, versi onkogenik gen MYC berkaitan

dengan ekspresi gen yang menetap atau berlebih sehingga proliferasi berlangsung terus menerus. Contohnya MYC mengalami amplifikasi pada kanker payudara, kolon, paru dan banyak kanker lain

Siklin dan kinase dependen siklin

Hasil akhir dari semua rangsangan yang mendorong pertumbuhan adalah masuknya sel yang semula dalam keadaan tenang ke dalam siklus sel. Kanker dapat terjadi otonom apabila gen yang mengerakkan siklus sel mengalami disregulasi akibat mutasi atau amo]plifikasi. Progresi atau perjalanan beratur sel melalui berbagai fase siklus sel dikenadalikan oleh CDK setelah CDK diaktifkan oleh pengikatannya ke famili protein lain yang disebut siklin (cyclin). CDK ini menyebabkan fosfolirasi berbagai protein sasaran yang penting dan diekspresikan secara konstitutif selama siklus sel, tetapi dalam bentuk inaktif. Sebaliknya, berbagai siklik tersebut baru disintesis sewaktu fase tertentu siklus sel, dan fungsi siklin adalah mengaktifkan CDK dengan berikatan dengannya

Siklus sel dapat dipandang sebagai suatu balap lari beranting yang setiap putarannya diatur oleh suatu siklin tertentu, dan sewaktu salah satu set siklin keluar dari jalur, set lainnya mengambil alih. Sementara siklin mengaktifkan CDK, inhibitor siklin, menekan CDK dan menimbulkan kontrol negatif terhadap siklus sel

Transisi dari G1 ke S diperkirakan merupakan tahap yang sangat penting dalam siklus sel. Apabila suatu sel menemukan sinyal yang mendorong pertumbuhan, kadar famili siklin D meningkat, dan CDK4 dan CDK 6 menjadi aktif. Tahap ini, dijaga oleh produk protein retinoblastoma (pRB).

Fosfolirasi pRB yang ditimbulkan oleh CDK mengalahkan hambatan G1 ke S sehingga sel dapat masuk ke dalam fase sintesis DNA. Perjalanan lebih lanjut dari fase S ke G2 dipermudah oleh peningkatan (upregulation) siklin A, yang berikatan dengan CDK 2 dan CDK 1. Pada awal fase G2, siklin B mengambil alih. Dengan membentuk kompleks dengan CDK1, siklin B membantu mendorong sel masuk dari fase G2 ke fase M

Aktifitas berbagai CDK diatur oleh dua famili inhibitor CDK (CDKI). Salah satu famili CDKI yang terdiri atas tiga protein yang disebut CDKN1A (p21, p27 dan p57) menghambat CDK secara luas, sedangkan famili CDKI yng lain memiliki efek selektif pada siklin D/CDK4 dan siklin D?CDK6. empat anggota dari famili ini p15, CDKN2A (p16, p18, dan p19)

Mutasi yang menyebabkan disregulasi aktivitas siklin dan CDK akan memudahkan sel berproliferasi. Kesalahan yang mengenai ekspresi siklin D atau CDK 4 tampaknya sering terjadi pada transformasi neoplastik. Gen siklik D mengalami ekspresi berlebih di banyak kanker, termasuk kanker payudara, esofagus, dan hati, serta pada suatu subset limfoma. Mutasi yang mengenai siklin B dan siklin E serta CDK lain terjadi pada beberapa neoplasma ganas, tetapi mutasi tersebut jauh lebih jarang dibanding dengan yang mengenai siklin D/CDK 4

Insensitivitas terhadap sinyal yang menghambat faktor pertumbuhan

Walaupun onkogen memproduksi berbagai protein yang mendorong pertumbuhan sel, terdapat produk gen penekan tumor yang menjadi rem bagi proliferasi sel. Gangguan terhadap gen ini

menyebabkan sel refrakter terhadap inhibisi bertumbuhan dan mirip dengan efek mendorong pertumbuhan onkogen. Prototipe gen penekan kanker / tumor yang pertama ditemukan adalah gen retinoblastoma (RB). Sekitar 60% retinoblastoma bersifat sporadik, dan sisanya familial, dengan predoposii terjangkit tumor diwariskan sebagai sifat dominan autosomal

Dari aspek molekular, two hits hypothesis mengenai kasus ini :

- Diperlukan dua motasi (hits) untuk menghasilkan retinoblastoma, keduanya melibatkan gen RB, yang terletak di kromosom 13q14. Kedua alel normal lokus RB harus diinaktifkan (dua hits) agar retinoblastoma dapat muncul

- Pada kasus familial, anak mewarisi satu salinan defektif gen RB di sel germativum, salinan lainnya normal. Retinoblastoma timbul apabila gen RB normal lenyap di retinoblas akibat mutasi somatik. Karena pada keluarga retinoblastoma hanya diperlukan satu mutasi somatik agar ekspresi penyakit terjasi, pewarisan familial mengikuti pola dominan autosomal

- Pada kasus sporadik, kedua alel RB normal hilang akibat mutasi somatik disalah satu retinoblas. Hasil akhirnya sama : sel retina yang kehilangan kedua salinan normal dari agen RB menjadi kanker

Walaupun hilangnya gen RB normal ditemukan pertama kali pada retinoblastoma, sekarang terbukti bahwa kehilangan yang bersifat homozigot pada gen ini cukup sering ditemukan pada beberapa tumor, termasuk kanker payudara, kanker sel kecil paru, dan kanker kandung kemih.

Serupa dengan sinyal mitogenik, sinyal yang menghambat pertumbuhan dapat berasal dari luar sel dan menggunakan reseptor, signal transducer, dan regulator transkripsi inti sel untuk menyelesaikan efeknya. Gen penekan tumor tampaknya mengkode berbagai komponen pada jalur inhibisi pertumbuhan ini

Secara prinsip, sinyal anti pertumbuhan dapat mencegah proliferasi sel melalui dua mekanisme komplementer. Sinyal anti pertumbuhan dapat menyebabkan sel yang sedang membelah masuk ke dalah G0 (tenang), yang selnya tersebut bertahan sampai syarat eksternal mendorong masuk kembali ke siklus proliferasi. Mekanisme lain adalah sel mungkin masuk ke tahap pascamitotik dan berdiferensiasi serta kehilangan potensi reflikatifnya.

Di tingkat molekular sinyal anti pertumbuhan menimbulkan efek di tahap G1 ke S pada silus sel. Transisi ini dikendalikan oleh protein RB

Gen RB dan siklus sel

Produk gen RB adalah protein pengikat DNA. Protein tersebut berada dalam bentuk terhipofosforilasi aktif fan terhipofosfolirasi tifak aktif. Pada keadaan aktif, RB berfungsi sebagai rem untuk memperhambat melajunya sel dari fase G1 ke S pada siklus sel. Apabila sel dirangsang oleh faktor pertumbuhan, protein RB diinaktifkan melalui fosforilasi, rem dilepas, dan sel melewati tahap G1 ke S. Saat masuk fase S, sel bertekat (comitted) untuk membelah tanpa memerlukan stimulasi

faktor pertumbuhan. Selama fase M berikutnya, gugus fosfat dikeluarkan dari RB oleh fosfat selualr sehingga kembali dihasilkan bentuk RB terdefosforilasi

Dasar molekular efek pengereman :

Sel tenang (quiescent, pada G0 atau G1) mengandung RB berbentuk terhipofosfolarisasi yang inaktif. [ada status ini, RB mencegah replikasi sel dengan mengikat, dan mungkin menyebabkan sekuestrasi, famili E2F dari faktor transkripsi. Apabila sel yang tenang ini dirangsang oleh faktor pertumbuhan, konsentrasi siklin D dan E meningkat, dan aktivasi siklin D/CDK4, siklin D/CDK 6, dan siklin E/CDK 2 yang terjadi menyebabkan fosfolirasi RB. RB bentuk terhiperfosforilasi membebaskan faktor transkripsi E2F dan mengaktifkan transkripsi beberapa gen sasaran. Apabila tidak terdapat protein RB, atau apabila kemampuannya untuk menyingkirkan faktor transkripsi terganggu akibat mutasi, rem molekular terhadap siklus sel akan lepas dan sel berpindah secara bersemangat ke dalam fase S.

Mutasi pada gen lain yang mengendalikan fosforilasi RB dapat mirip dengan efek hilangnya RB. Gen ini mengalami mutasi pada banyak sel kanker yang tampaknya memiliki gen RB normal. Sebagai contoh, aktivasi siklin D atau CDK 4 akibat mutasi akan mendorong proliferasi sel melalui fasilitasi RB. Siklin D diekspresikan secara berlebihan di banyak tumor karena translokasi atau amplifikasi gen. Inaktivasi CDKI akibat mutasi juga dapat mendorong siklus sel melalui aktivitas tak terkendali siklin dan CDK. Salah satu inhibitor tesebut, yang dikode oleh gen CDKN2A (yang disebut juga inhibitor kinase 4 / INK4a), sangat sering menjadi sasaran inaktivasi mutasional atau deletif pada berbagai tumor

Paradigma yang berkembang adalah bahwa hilangnya kontrol siklus sel normal merupakan hal pokok bagi transformasi keganasan dan bahwa pada sebagian besar kanker manusia paling sedikit satu dari empat kunci siklus sel (CDKN2A, siklin D, CDK 4, RB) mengalami mutasi

Jalur transforming growth factor b

Walaupun telah banyak diketahui tentang sirkuit yang berperan sebagai rem bagi siklus sel, molekul uang menyalurkan sinyal antiproliferasi ke sel masih belum diketahui pasti. Yang paling terkenal adalah TGF – b, suatu anggota dari famili faktor pertumbuhan dimerik yang mencakup, baik protein morfogenik tulang maupun aktivin. Pada sebagian besar sel epitel, endotel, dan hematopoitenik normal, TGF b adalah inhibitor kuat bagi proliferasi.molekul ini mengendalikan proses sel dengn berikatan dengan tiga reseptor yang disebut tipe I, II dan III. Efek anti proliferasi TGF b diperantarai terutama oleh pengendalian jalur RB. TGF b menghentikan sel di fase G1 siklus sel dengan merangsag produksi CDKI p15 dan dengan menghambat transkripsi CDK2, CDK4, serta siklin A dan E. Perubahan ini menyebabkan fosforilasi RB menurun dan siklus sel terhenti

Jalur poliosis coli adenomatosa b – catenin

Gen APC (poliposis coli adenomatosa), yang sering hilang pada kanker kolon, menimbulkan efek anti proliferasi melalui cara yang tidak lazim. Ini merupakan protein sitoplasma yang fungsi utamanya adalah mengatur kadar intrasel b – katenin, suatu protein yang memiliki banyak fungsi. Di satu pihak,

b – katenin berikatan dengan bagian sitoplasma dari E – kaderin, suatu protein permukaan yang mempertahankan perlekatan antar sel. Di pihak lain, b – katenin dapat mengalami perpindahan ke inti sel dan mengaaktifkan proliferasi sel. Di bagian ini, b – katenin adalah suatu komponen penting dari apa yang disebut jalur sinyal WNT. WNT adalah suatu faktor larut yang dapat memicu proliferasi sel. WNT melakukanya dengan berikatan dengan reseptornya dan menyalurkan sinyal yang mencegah penguraian b – katenin. B – katenin kemudian dapat masuk ke dalam inti sel dan bekerja sebagai aktivator transkripsi bersama dengan molekul lain yang disebut TcF

Pada sel tenang, tidak terpajan WNT, b – katenin di sitoplasma terurai oleh kompleks destruksi, yang APC-nya merupakan salah satu bagian integralnya. Pada sel normal dalam keadaan istirahat, APC mencegah sinyal b – katenin dengan mendorong penguraian zat tersebut. Dengan hilangnya APC (pada sel ganas), penguraian b – katenin terhambat dan respon terhadap sinyal WNT terus diaktifkan. Hal ini menyebabkan terjadinya transkripsi gen yang mendorong pertumbuhan, seperti siklin D dan MYC

Gen TP53 : pengawal genom

Gen penekan tumor TP53 adalah gen yang paling sering mengalami mutasi pada kanker manusia. TP53 dipandang sebagai suatu motor sentral untuk stress. Berbagai stress dapat memicu jalur respon TP53 termasuk anoksia, ekspresi onkogen yang tidak sesuai, dan kerusakan pada integritas DNA. Dengan mengendalikan respons kerusakan DNA, TP53 berperan penting dalam mempertahankan integritas genom

TP53 dikelompokkan menjadi dua kategori umu. Gen yang menyebabkan perhentian siklus sel dan gen yang menyebabkan apoptosis

Penghentian siklus sel yang diperantarai oleh TP53 dapat dianggap sebagai respon primordial terhadap kerusakan DNA. Hal ini terjadi pada akhir fase G1 dan disebabkan terutama pada transkripsi CDKI dependen – TP53 CDKN1A (p21). CDKN1A menghampat kompleks siklik/CDK dan mencegah fosforilasi RB yang penting agar sel dapat masuk ke dase G1. Perhentian siklus sel ini disambut baik karena memberi kesempatan bagi sel untuk memperbaiki DNA.

TP53 juga membantu proses dengan menginduksi protein tertentu seperti GADD45 (penghentian pertumbuhan dan kerusakan DNA) yang membantu perbaikan DNA. Apabila DNA berhasil diperbaiki, TP53 meningkatkan (upregulate) transkripsi MDM2, yang kemudian menekan (down regulate) TP53, sehingga hambatan terhadap siklus sel dapat dihilangkan. Apabila selama jeda kerusakan DNA tidak dapat diperbaiki, TP53 normal mengarahkan sel ke liang kubur dengan memicu apoptosis. Protein ini melakukannya dengan memicu agen pencetus apoptosis secerti BAX

Namun, apabila sel mengalami mutasi atau hilangnya TP53, kerusakan DNA tidak dapat diperbaiki dan mutasi akan terfiksasi di sel yang membelah sehingga sel akan masuk jalan satu arah menuju transformasi keganasan

Pentingnya TP53 dalam mengontrol karsinogenik dibuktikan bahwa 70% kanker pada manusia memperlihatkan cacat pada gen ini. Kehilangan gen TP53 secara homozigot ditemukan hampir pada semua jenis kanker, termasuk karsinoma paru, kolon dan payudara