iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang

Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi

yang berjudul “MOLECULAR DOCKING ANDROGRAFOLID PADA

SAMBILOTO (Andrographis paniculata (BURM. F.) NESS.) SEBAGAI

ANTIKANKER KOLON SECARA IN SILICO”. Skripsi ini diajukan sebagai

syarat untuk memperoleh gelar sarjana farmasi (S. Farm.) di Jurusan Farmasi

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.

Penulisan skripsi ini tentunya tidak terlepas dari dukungan dan bantuan

berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu,

penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala kekuatan yang diberikan sehingga

penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M. Si., selaku Dekan Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.

3. Ni Made Pitri Susanti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku Ketua Jurusan

Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana.

4. Ni Putu Linda Laksmiani, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen

pembimbing I yang telah membantu dalam membimbing serta tak

hentinya memberikan semangat dan dukungan hingga akhir penyusunan

skripsi ini.

5. Ni Made Widi Astuti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing

II yang juga telah membimbing demi kelancaran penyusunan skripsi ini.

iv

6. Seluruh dosen pengajar beserta staf/pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang

telah membantu penulis, terutama para staf yang telah membantu dalam

hal pengurusan surat dan kelengkapan administratif lainnya.

7. Ibu (Desak Made Suastini) dan saudara penulis (I Gede Bagus Dera

Setiawan) yang tak pernah berhenti memberikan doa dan semangat.

8. Tim Analisis Forensik terdiri dari Sucen, Sintot, Dewi, Icik, Uut, Irma,

Wisesa, dan Dyah yang telah menjadi teman diskusi dan berbagi suka

duka selama pembuatan skripsi.

9. Tim Bebangkaan 13 yang terdiri dari Ina, Gungde, Jay, Rama aneh, Cok

Arys, Prima, Agus, Wisesa, Wisnu, Lova, Ajik, Angga, Jon, dan Dede

yang selalu mendukung dan memberi semangat bagi penulis.

10. Teman-teman KKN XIV Undisan terdiri dari Kabak, Ina, Mahendra,

Gita, Fe, Yodi Ahok, Yogi Jarot, Yogi Bear, Aldi, Habib Rizky, Yudi,

Aldi, dan Bang Yogo yang telah memberi semangat dan membantu

pembuatan skripsi.

11. Teman satu band Beyond Hands God terdiri dari Gung Surya, Surya

Sarap, Angga Codet, dan Emo yang memberi refrensi terhadap skripsi .

12. Teman-teman mahasiswa Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas

Udayana, khususnya Tredecim Paracelcius yang berjuang bersama

penulis.

13. Raden Ayu Dwi Puspita Sari yang selalu memberi semangat dan doa

untuk kelancaran skripsi ini.

14. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

v

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat

membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis

berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan.

Bukit–Jimbaran, Juni 2017

Penulis

vi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN....................................................................... ii

KATA PENGANTAR............................................................................... iii

DAFTAR ISI............................................................................................. vi

DAFTAR SINGKATAN........................................................................... viii

DAFTAR ISTILAH................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR................................................................................. xii

DAFTAR TABEL...................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................. xiv

ABSTRAK.................................................................................................. xv

ABSTRACT................................................................................................ xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah............................................................... 4

1.3 Tujuan Penelitian................................................................ 4

1.4 Manfaat Penelitian.............................................................. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sambiloto............................................................................ 5

2.2 Andrografolid..................................................................... 6

2.3 Kanker Kolon……………………………………………. 9

2.4 Apoptosis………………………………………………... 11

vii

2.4 Molecular Docking............................................................ 14

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Rancangan Penelitian.......................................................... 16

3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian.............................................. 16

3.3 Bahan Penelitian.................................................................. 17

3.4 Alat Penelitian..................................................................... 17

3.5 Prosedur Penelitian............................................................. 17

3.5.1 Preparasi Protein....................................................... 18

3.5.2 Optimasi Andrografolid 3D...................................... 18

3.5.3 Validasi Metode Molecular Docking........................ 19

3.5.4 Docking Andrografolid pada Iκβ.............................. 19

3.5.5 Analisis Data............................................................. 19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Preparasi Protein................................................................ 20

4.2 Validasi Metode Molecular Docking................................. 21

4.3 Optimasi Struktur 3 Dimensi Andrografolid..................... 24

4.4 Docking Andrografolid pada Protein Iκβ………………... 26

4.5 Analisis Data...................................................................... 27

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan......................................................................... 36

4.2 Saran................................................................................... 36

DAFTAR PUSTAKA................................................................................ 37

LAMPIRAN.............................................................................................. 40

viii

DAFTAR SINGKATAN

ACF : Aberrant crypt foci

Ala : Alanine

Arg : Arginine

Asn : Asparagine

APC : Adenomatous polyposis coli

Bak : Bcl-2-associated X

Bax : Bcl-2 associated killer

Bcl-2 : B-cell lymphoma-2

CAC : Colitis-associated cancer

COX-2 : Siklooksigenase-2

Cys : Cysteine

ERK ½ : Extracellular signal-regulated kinases 1/2

FAP : Familial adenomatous polyposis

HLJ1 : Human liver dnaJ-like protein

His : Histidine

HNPCC : Hereditary non-polyposis colorectal cancer

IBD : Inflammatory bowel disease

ICAM-1 : Intercellular adhesion molecule-1

IGF RII : Insulin-like growth factor-β receptor II

Iκβ : Inhibitor Kinase Beta

IKK : Inhibitor Kinase Kappa

ix

IL-12 : Interleukin 12

LPS : Lipopolysaccharide

Lys : Lysine

MDM2 : Murine double minute-2

MDPL : Meter Diatas Permukaan Laut

NF-kB : Nuclear factor-kappa-B

NO : Nitrit Oksida

NOS : Nitric-oxide synthase

NSCLC : Non-small-cell lung cancer

MAPK : Mitogen-activated potein kinase

MCL-1 : Myeloid cell leukemia-1

MyD88 : Myeloid differentiation primary response gene 88

PGE2 : Prostaglandin

Phe : Phenylalanine

RMSD : Root Mean Square Deviation

Ser : Serine

SBDD : Structure-based drug design

TGF RII : Transforming growth factor-β receptor II

TNF-α : Tumor necrosis factor-α

TIMP1 : Tissue inhibitor of metalloproteinase 1

TLR4 : Toll-like receptor

TRAIL : Tumor necrosis factor–related apoptosis-inducing ligand

VEGF : various angiogenic factors like vascular endothelial growth factor

x

DAFTAR ISTILAH

Afinitas : Kecenderungan suatu unsur atau senyawa untuk membentuk

ikatan kimia dengan unsur atau senyawa lain

Agen infeksi : Organisme hidup atau pertikel yang menyebabkan penyakit

menular

Apoptosis : Suatu bentuk kematian sel yang diprogram dalam urutan

kejadian yang mengarah pada penghapusan sel tanpa

melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya

Docking : Metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul

Fosforilasi : Penambahan gugus fosfat pada suatu protein atau molekul

organik lain

Inflamasi : Peradangan

In silico : Pemodelan virtual komputer

Kanker : Tumbuh ganda ganas, tumor ganas

Karsinogenesis : Pembentukan kanker

Konformasi : Suatu penataan ruang tertentu dari atom – atom dalam molekul

Kolon : Usus besar, bagian usus yang terdapat antara usus buntu dan

poros usus

Ligan : Ion atau molekul netral yang mampu mengikat secara

koordinasi atom atau ion logam pusat dalam senyawa

kompleks

xi

Molekul : Sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan

dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan

bermuatan netral serta cukup stabil

Proinflamasi : Memicu terjadinya peradangan

Proliferasi : Pertumbuhan atau berkembangbiakan pesat untuk

menghasilkan jaringan baru, bagian, sel, atau keturunan

Radikal bebas : Atom atau molekul bermuatan listrik atau netral yang memiliki

satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan di orbital

terluar mereka

Sitokin : Protein yang dibuat oleh sel-sel yang mempengaruhi perilaku

sel-sel lain

Transduksi : Proses atau perbuatan mengubah dari suatu bentuk ke bentuk

lain (terutama peralihan atau perubahan determinan genetik

dari suatu mikroorganisme ke mikroorganisme yang lain oleh

virus)

Transkripsi : Proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai

wadah

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Morfologi Tanaman Sambiloto................................................ 6

Gambar 2.2 Struktur Andrografolid 2D (a) dan Struktur Andrografolid

3D (b) ……………….……………………………………...... 7

Gambar 2.3 Mekanisme Karsinogenesis Adenoma Karsinoma…...………. 11

Gambar 2.4 Skema Jalur Apoptosis pada Kanker Kolon……......………… 12

Gambar 4.1 Hasil preparasi protein Iκβ tanpa ligan (a) dan native ligand

KSA (b)……………………………………………………….. 21

Gambar 4.2 Pengaturan grid box pada native ligand protein Iκβ ….……... 22

Gambar 4.3 Struktur andrografolid setelah kalkulasi single point (a) dan

struktur andrografolid setelah optimasi geometri (b)…………. 26

Gambar 4.4 Interaksi ikatan hidrogen antara protein dengan native ligand

KSA (a) dan protein Iκβ dengan andrografolid (b)…………… 31

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.2. Potensi Target Molekuler pada Kanker Kolon…................. 13

Tabel 4.1 Pengaturan Grid Box pada Protein Iκβ ……………………. 23

Tabel 4.2 Hasil Molecular Docking antara Native Ligand dengan

Protein Iκβ ………………………...……………………….. 24

Tabel 4.3 Hasil Docking antara Andrografolid dengan Protein Iκβ…. 27

Tabel 4.5. Hasil Docking antara Protein Iκβ dengan Native Ligand KSA,

Andrografolid, Prednisolon, dan Deksametason……………. 30

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Skema Umum Penelitian ………..……............................... 36

xv

ABSTRAK

Kanker kolon terjadi akibat ekspresi berlebih NF-κB yang disebabkan

penurunan jumlah Iκβ sehingga menghambat regulasi mekanisme apoptosis.

Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness) dengan kandungan utama

andrografolid memiliki aktivitas farmakologi sebagai antikanker. Penelitian ini

bertujuan untuk untuk mengetahui mekanisme andrografolid meningkatkan

apoptosis pada kanker kolon secara in silico. Uji in silico menggunakan molecular

docking dengan program Chimera 1.10.1, Hyperchem 8, dan Autodock 4.2.

Hasil uji pada molecular docking adalah nilai energi ikatan dan ikatan hidrogen.

Nilai energi ikatan antara andrografolid terhadap protein Iκβ dibandingkan dengan

native ligand KSA, deksametason, dan meloxicam untuk mengetahui potensi

sebagai antikanker kolon. Nilai energi ikatan hasil docking antara protein Iκβ

dengan andrografolid, native ligand KSA, prednisolon, dan deksametason masing-

masingnya adalah -7,50; -11,27; -7,24; dan -7,04 kkal/mol. Hal ini menunjukkan

bahwa andrografolid memiliki afinitas yang mampu menginduksi protein Iκβ

dengan ikatan hidrogen pada asam amino Cys99.

Berdasarkan hasil yang diperoleh, andrografolid memiliki aktivitas antikanker

kolon karena mampu berikatan dengan protein Iκβ. Mekanisme andrografolid

sebagai antikanker kolon yaitu dengan menginduksi aktivasi Iκβ yang dapat

menekan ekspresi berlebih NF-κB sehingga dapat meningkatkan apoptosis

Kata Kunci: andrografolid, sambiloto, kanker kolon, apoptosis, molecular docking

xvi

ABSTRACT

Colon cancer occurs due to overexpression of NF-κB as a result of a decreased

in the number of Iκβ that can inhibit regulation of apoptotic mechanism.

Andrographolide is a compound obtained in a large amount from Sambiloto

(Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness.), which has activity as an anticancer.

The aim of this study was to determine the mechanism andrographolide increase

apoptosis in colon cancer. In silico test were done using molecular docking method

with Chimera 1.10.1, Hyperchem 8, and Autodock 4.2 programs.

The results of the molecular docking were the bond energy value and

hydrogen bond. The bond energy value between andrographolide against Iκβ

protein compared with the KSA native ligand, dexamethasone, and prednisolone to

determine the potential as anticolon-cancer. The bond energy value of docking

results between Iκβ protein and andrografolid, KSA native ligand, dexamethasone,

and prednisolone respectively -7.50; -11,27; -7,04; and -7.24 kcal/mol. This result

indicated that andrographolide has an affinity that was capable to induce Iκβ protein

with hydrogen bonds on Cys99 amino acid.

Based on the results obtained, andrografolid has anti-colon cancer activity

because it was able to bind with Iκβ protein. The mechanism of andrographolide as

an anti-colon cancer by induced Iκβ activation which can suppress the

overexpression of NF-κB so as to increase apoptosis.

Keyword: andrographolide, sambiloto, colon cancer, apoptosis, molecular docking

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kanker kolon merupakan penyakit yang timbul akibat pertumbuhan sel-sel

baru secara abnormal sehingga terjadi perubahan epitel kolon dan dapat menyerang

jaringan di sekitarnya (WHO, 2009). Berdasarkan data World Cancer Research

Fund (2015) melaporkan bahwa terdapat 1.588.000 kasus kanker kolon yang

merepresentasikan 9,1% dari seluruh kasus kanker di dunia pada tahun 2014. Angka

kematian yang disebabkan oleh kanker kolon dilaporkan 49.700 kasus per tahunnya

serta diprediksi angka kematian yang disebabkan oleh kanker kolon pada tahun

2015 sejumlah 752.731 kasus. Di Indonesia, kanker kolon menempati urutan ketiga

kasus kanker yang sering muncul (34.000 per tahun; 15,9%) dan kanker penyebab

kematian urutan ketiga (18.000 per tahun; 10,8%) dengan mortalitas 9,5% dari

seluruh kasus kanker (GLOBOCAN, 2012). Menurut Jakarta Cancer Registry,

kanker kolon menempati urutan keempat untuk kanker yang menyerang wanita

(3,15 per 100.000) dan menempati urutan kedua (4,13 per 100.000) untuk kanker

yang menyerang laki-laki (Wahidin et al., 2012).

Kanker kolon dapat terjadi akibat meningkatnya aktivasi nuclear factor-

κappa Beta (NF-κB) yang mengakibatkan peningkatan ekspresi siklooksigenase

(COX)-2 (Poligon dan Baldwin, 2001). Ekspresi COX-2 menginduksi

pembentukan prostaglandin (PGE2) dari metabolisme asam arakhidonat.

Akumulasi ekspresi COX-2 dan PGE2 berpengaruh pada meningkatnya adesi,

2

menghambat apoptosis, invasi, dan menginduksi angiogenesis (Ghosh et al., 2010).

Aktivasi jalur NF-κB berperan penting pada proses inflamasi melalui regulasi gen

yang mengkode sitokin. Adanya mutasi akibat faktor lingkungan dan patogen

mengakibatkan aktifnya inhibitor kappaB kinase (IKK) sehingga Ikß terfosforilasi

dan NF-κB aktif mendukung proses transkripsi dan meningkatkan regulasi dari

protein antiapoptosis, seperti Bcl-2 (B cell lymphoma-2) dan Mcl-1 (Myeloid cell

leukemia-1). Kemudian, mutasi mengakibatkan aktifnya K-Ras dalam jangka

waktu yang lama sehingga tranduksi sinyal ekstraseluler terganggu yang

menimbulkan pertumbuhan dan penyebaran tumor tanpa terkendali (Tedgui, 2006).

Selain itu, adanya mutasi menyebabkan kerusakan DNA yang berdampak pada

turunnya aktivasi p53. Aktifnya NF-κB mengakibatkan meningkatnya regulasi dari

murine double minute-2 (MDM2) yang juga menghambat p53 sehingga

menurunkan aktivitas apoptosis (Li et al., 2015).

Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm. F.) Ness) merupakan salah satu

tanaman obat yang menjadi prioritas utama untuk dikembangkan di Indonesia

karena memiliki aktivitas farmakologi sebagai antikanker (Royani dkk., 2014).

Hidalgo et al. (2005), melaporkan bahwa terapi menggunakan andrografolid

sebagai antikanker dapat meningkatkan tumor necrosis factor α yang menginduksi

apoptosis. Dosis andrografolid 50 µM dapat menurunkan aktivitas fosforilasi IKKß,

IKKα, dan NF-κB p65. Dosis 10 µM dapat menurunkan aktivitas

lipopolysaccharide (LPS) dengan toll-like receptor 4 (TLR4) in vitro selama 12 jam

(p<0,05) sehingga dapat menurunkan jumlah protein antiapoptosis (Bcl-2, ciAPS,

dan CXCR4). Menurut Zhou et al. (2008), andrografolid sensitif terhadap sel

3

kanker dengan menginduksi tumor necrosis factor–related apoptosis-inducing

ligand (TRAIL) yang meningkatkan regulasi dari death receptor 4 (DR4) sehingga

meningkatkan induksi apoptosis. Namun belum diketahui secara pasti bagaimana

mekanisme molekuler andrografolid sebagai antikanker kolon melalui induksi Iκβ

untuk menekan ekspresi NF-κB dalam apoptosis.

Desain obat baru umumnya membutuhkan waktu yang sangat lama dan biaya

yang sangat besar serta kemungkinan hasil yang tidak sesuai cukup tinggi. Oleh

karena itu, diperlukan penelitian awal untuk mengetahui mekanisme molekuler

andrografolid terkait dengan aktivitas antikanker, yaitu menggunakan metode kimia

komputasi. Teknik kimia komputasi mendukung dilakukannya uji secara in silico

(pemodelan komputer) yang mempercepat proses pemilihan senyawa yang akan

diisolasi atau disintesis melalui identifikasi dan optimasi senyawa-senyawa

penuntun di dalam proses penemuan obat. Keuntungan dari kimia komputasi adalah

aman, bebas dari limbah bahan kimia, mudah, hemat biaya dan dapat

mempersingkat waktu penelitian. Desain obat pada kimia komputasi umumnya

menggunakan structure-based drug design (SBDD) dengan docking ligan uji

terhadap protein yang menjadi target, kemudian dilakukan penerapan fungsi

penilaian (scoring function) sehingga dapat memperkirakan afinitas ikatan hasil

ligan uji tersebut (Ferreira et al., 2015).

Berdasarkan penjabaran latar belakang tersebut, maka penting untuk

dilakukan molecular docking andrografolid dari sambiloto terhadap protein

memicu kanker kolon untuk mengetahui mekanisme dan afinitas ligan dengan

protein Iκβ secara in silico menggunakan program Chimera 1.10.1 untuk preparasi

4

protein yang digunakan terlebih dahulu, program Hyperchem 8 untuk optimasi

senyawa andrografolid dan program Autodock 4.2 untuk docking andrografolid

degan protein.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana mekanisme dan afinitas andrografolid terhadap protein Iκβ sebagai

antikanker kolon?

1.3 Tujuan Penelitian

Mengetahui mekanisme dan afinitas andrografolid terhadap protein Iκβ sebagai

antikanker kolon

1.4 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat digunakan dalam membantu

perkembangan penelitian di dalam proses penemuan obat antikanker kolon

khususnya mengenai mekanisme andrografolid dalam menginduksi apoptosis.