TUGAS KIMIA MEDISINAL

MEKANISME OBAT ANTIKANKER

CYCLOPAMINE

Disusun Oleh:

Aulia Siti Nurhayati

260110100151

Oktavia S D S

260110100152

Dewi Gayuh Lestari

260110100153

Maratussholikhah N

260110100154

Lovi Deliani

260110100155

Septian Anggadibya

260110100158

Ghina Rahimah

260110100159

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2013Cyclopamine and Hedgehog Signaling:

Chemistry, Biology, Medical Perspectives

Biology Of Cyclopamine

Pada akhir tahun 1970-an Nuslein-Volhard dan Wieschaus mempelajari mutasi di lalat buah Drosophila melanogaster dan mengidentifikasi lebih dari 50 gen berbeda yang secara langsung berpengaruh pada perkembangan embrio di Laboratorium Biologi Molekuler Eropa di Heidelberg. Salah satu gen ini menyebabkan tumbuhnya lapisan duri di bagian bawah larvanya ketika telah mengalami mutasi. Karena larva ini mirip dengan landak sehingga gennya dinamakan gen landak (hh). Christiane Nusslein-Volhard dan Eric F. Wieschaus bersama dengan Edward B. Lewis dianugerahi hadiah Nobel di bidang kedokteran pada tahun 1995 untuk penelitian mereka di bidang genetika mengenai perkembangan embrio awal.Gen landak mengkode tiga protein unik: Shh (Sonic hedgehog), Ihh (India hedgehog), dan DHH (Desert hedgehog). Ketiga protein tersebut adalah ligan dari reseptor ikatan membrane yang menempel (protein 12-transmembran) dan mengaktifkan sinyal untuk jalur hedgehog, dimana ligan tersebut memiliki pengaruh tidak langsung pada transkripsi gen hedgehog-response. Dengan tidak adanya ligan hh, ikatan membran dengan protein Patched1 ( Ptch1 ) ditemukan di dasar silia primer dekat Sentrosom. Silia adalah ekor yang menyerupai tonjolan pada membran sel yang dapat ditemukan di hampir setiap sel eukariotik. Mereka terlibat dalam pendeteksian sinyal mekanik dan kimia dan bekerja untuk membuat sinyal yang mengontrol pembelahan dan polaritas sel. Ptch1 menghambat di dasar silia utama yang mengakibatkan pemindahan Smo, protein 7 - transmembran dari kompartemen intraseluler ke silia dengan mekanisme yang belum diketahui. Sehingga, Sufu (penekan protein gabungan) tetap aktif , yang akhirnya menyebabkan pemutusan proteosomal dan transformasi faktor transkripsi Gli2 dan Gli3 menjadi bentuk repressor. Faktor Gli2/3R menekan transkripsi gen hedgehog-response. Interaksi ini kurang dapat dipahami, meskipun penelitian yang lebih baru menunjukkan bahwa translokasi Smo dari endosom ke membran silia dihambat oleh pengaruh Ptch1 pada lipid yang merupakan kompartemen ini.Ikatan dari ligan hh menghasilkan pemindahan Ptch1 keluar dari silia dan degradasi oleh lisosom. Kemudian, Smo berpindah ke silia, sehingga mencegah pemutusan Gli2 dan Gli3. Gli2 yang teraktivasi kemudian berikatan dengan promotor Gli dalam nukleus dan merangsang transkripsi gen hedgehog-response.Gen hedgehog merupakan kunci pengaturan dari perkembangan embrio. Pada serangga, sinyal hedgehog mengatur perbaikan segmentasi dan pengembangan sayap. Keberadaan gen Shh pada mamalia dilaporkan oleh Tabin dan rekan kerjanya pada tahun 1993. Pada mamalia, gen tersebut memperbaiki pembentukan tungkai, kerangka, otot, kulit, mata, paru-paru, gigi, sistem saraf, dan usus serta berperan dalam pembelahan sperma dan tulang rawan.Selama penelitian pada sinyal hedgehog, Beachy dan rekan kerjanya mencari cara sederhana untuk mengontrol jalur ini yang tidak melibatkan gen knock-out. Penggunaan molekul kecil sebagai probe biokimia merupakan alternatif yang lebih mudah dan lebih cepat. Namun, molekul yang mampu mempengaruhi sinyal hedgehog tidak diketahui pada saat itu.Pada awalnya, Beachy dan rekannya menduga cyclopamine sebagai penghambat biosintesis kolesterol (berdasarkan kesamaan struktural molekul ini). Namun, asumsi ini terbukti salah. Pada tahun 1998, Beachy dan rekannya akhirnya mengidentifikasi bahwa cyclopamine berinteraksi dengan protein Smo pada jalur hh, sehingga menghambat aktivitas pada jalur ini bahkan ketika terdapat ligan hh. Cyclopamine mengikat Smo dan menghambat aktivitasnya dengan perubahan konformasi. Namun, hal ini bergantung pada sinyal hh pada kolesterol dan metabolitnya karena diperlukan C-terminal cholesteroylation dari ligan hh di proses pematangan nya. Seperti yang terdapat pada gambar 1 :

Gambar 1. Jalur pengaktifan sinyal hedgehog. A) Dengan tidak adanya ligan hh, Ptch1 menghambat Smo memasuki silia, sehingga Sufu tetap aktif, faktor transkripsi Gli2 / 3 diputus oleh proteosom, dan transkripsi gen target hh dicegah. B) Ikatan dari hasil ligan hh di Ptch1 dihambat dan Smo berpindah ke silia, dimana Sufu dihambat dan bentuk aktif dari factor Gli2 / 3 dapat mengaktifkan transkripsi gen hh dalam nukleus; cyclopamine menghambat aktivitas Smo dan menyebabkan deaktivasi jalur hh.

Ketika domba hamil menelan cyclopamine, perkembangan embrio akan terganggu karena sangat bergantung pada sinyal hh di beberapa tahap (misalnya, pada hari ke-14 kehamilan), yang menyebabkan malformasi (kesalahan pembentukan embrio) telah diamati di Idaho.

Relevansi medis Cyclopamine dan Hedgehog SignalingJalur Hedgehog (hedgehog pathway) adalah hal penting dalam proses perkembangan dan regulasi sel punca (stem cell) serta proliferasi dan diferensiasi sel progenitor. Penyimpangan aktivasi jalur hedgehog akan mengarah ke keganasan, termasuk karsinoma sel basal, medulloblastoma, rhabdomyosarcoma, prostat, pankreas, usus besar, prostat, dan kanker payudara. Penghambatan sinyal hh menyediakan rute ke terapi antikanker baru. Inhibitor jalur Hedgehog (HPI) terbukti efektif dalam penelitian in vitro pada sel kanker dan baru baru ini aktivitas inhibisi kanker juga ditunjukkan dalam uji klinis.

Karsinoma sel basal dianggap berasal dari sel-sel pluripotensial (sel yang dapat berubah menjadi sel-sel lain) yang ada pada stratum basalis epidermis atau lapisan folikuler. Sel ini diproduksi sepanjang hidup dan membentuk kelenjar sebasea dan kelenjar apokrin. Tumor tumbuh dari epidermis dan muncul di bagian luar selubung akar rambut dan sel stem folikel rambut tepat dibawah duktus glandula sebasea. Sinar ultraviolet menginduksi mutasi pada gen supresor tumor p53 yang terletak pada kromosom 17p. Mutasi gen supresor tumor pada lokus 9q22 yang menyebabkan sindrom nevoid basalioma, suatu keadaan autosomal dominan ditandai dengan timbulnya karsinoma sel basal secara dini.

Pada hampir semua tipe karsinoma sel basal terjadi mutasi gen yang mengkode molekul reseptor Hedgehog (Hh), jalur signal yang berperan dalam diferensiasi sel. Ada tiga jenis yang diketahui yaitu sonic HH (SHH), Indian HH (IHH), dan desert HH (DHH). Terjadi aktivasi yang tidak sesuai pada jalur signal hedgehog (HH) yang ditemukan secara sporadik pada kasus karsinoma sel basal familial. Awalnya dikenali sebagai penentu pada segmen polarity dalam spesies lalat Drosophila melanogaster, jalur signal HH memainkan peranan penting dalam pertumbuhan makhluk bertulang belakang. SHH yang disekresi akan mengikat protein patched tumor-supressor homologue 1 (PTCH1), maka menghapuskan supresi signal intraseluler yang disebabkan oleh PTCH1 oleh protein transmemran yang lain, smoothed G-rotein-coupled receptor (SMO). Target berikutnya bagi SMO termasuk faktor transkripsi family GLI.

Sonic hedgehog (SHH) berinteraksi dengan kompleks reseptor yang terdiri dari patched tumor-supressor homologue 1 (PTCH1)-suatu supresor tumor-dan smoothed G-rotein-coupled receptor (SMO). Tanpa SHH, PTCH1 berinteraksi dan mengsupresi signal transduksi dari SMO. Ikatan antara SHH dengan PTCH1 menyebabkan SMO menghantar signal ke nukleus dengan perantara faktor transkiptor golongan GLI. Kurangnya PTCH1 yang fungsional menyebabkan transduksi signal dari SMO tidak mengalami interupsi dan menyebabkan aktivasi target.

Hilangnya fungsi mutasi PTCH1 termasuk mutasi germ-line yang ditenukan pada pasien dengan sindrom karsinoma sel basal nevoid (Gorlins syndrome) telah ditemukan pada 30-40% secara sporadic dalam kasus karsinoma sel basal. Tanpa kehadiran PTCH1, SMO sangat aktif, menyebabkan aktivasi target secara terus-menerus. Gangguan lain pada jalur HH yang telah memberikan implikasi pada perkembangan penyakit ini termasuk mutasi fungsi pada SHH, SMO, dan GLI. Transgenic human-skin model menggambarkan bahwa aktivasi jalur HH merupakan kondisi awal dalam pembentukan tumor. Molekul inhibitor yang kecil pada jalur signal HH seperti cyclopamine merupakan terapi mekanis yang menjanjikan.

Figure1.Tissues where Hedgehog activity is important for normal development and can play a role in their conversion to tumors. Activating components of the Hh pathway support normal development of the organs and tissues indicated, but are potential proto-oncogenes that promote tumor growth in those same tissues when overactive. Restraining components of the normal Hh pathway also support development,but function as tumor suppressors that allow tumor growth if they are damaged in adult hood.This schematic depicts the array of tissues in which Hh supports development and can promote tumorigenesis.Colors denote the role Hh plays in the formation of the tumors:red is category 1,yellow is category 2 and green is category 3.Model Kanker melibatkan Hedgehog Signaling

Tiga model dasar dibahas dalam literatur terbaru untuk partisipasi dari jalur hh pada kanker (Gambar 2) :

a. Tipe 1 kanker (ligan independen, mutasi dipicu), Ditemukan pertama kali. Pasien dengan sindrom Gorlin, yang termasuk kategori ini, memiliki insidensi tinggi untuk Basal Cell Carcinoma (BCC), medulloblastoma, dan rhabdomyosarcoma. Dasar molekuler untuk pengembangan dari jenis keganasan yang diwariskan menginaktivasi mutasi pada Ptch1 (melalui hilangnya heterozigositas dan / atau menonaktifkan mutasi), yang menyebabkan hh sinyal teraktivasi tanpa adanya ligan.

Pasien Gorlin adalah kandidat yang sangat baik untuk terapi dengan inhibitor Smo atau komponen lain pada jalur hh.

b. Tipe 2 kanker tergantung pada hh ligan yang disekresikan oleh autokrin. Sel-sel tumor yang sama keduanya menghasilkan ligan hh. Jenis sinyal hh ada di sel kanker usus besar manusia

c. Tipe 3 kanker tergantung pada hh ligan yang disekresikan oleh parakrin. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kelebihan produksi ligan hh oleh sel-sel tumor terjadi pada kebanyakan kanker terkait dengan penyimpangan hh sinyal hh. Protein Hedgehog mungkin merangsang sel-sel stroma dekat tumor (sel endotel, sel epitel, fibroblas, dan sel-sel kekebalan tubuh). Hasilnya hal itu menjadi dukungan tidak langsung untuk pertumbuhan tumor melalui mekanisme berasal dari sel-sel stroma. Mekanisme tersebut termasuk dukungan dari sel tumor, termasuk tumor batang sel, stimulasi angiogenesis tumor, efek pada matriks ekstraseluler, dan sekresi komponen jalur sinyal molekuler yang melibatkan insulin-seperti Insulin Growth Factor IGF) dan Wnt.

d. Sebuah varian dari jenis hh signaling yang disebut sinyal "Reverse-parakrin" (tipe 3b), di mana ligan hh disekresikan dari sel stroma ke sel penerima dalam tumor.

Overview of the three categories of Hh related tumor

Cyclopamine

Pengobatan Kanker Pankreas dengan Cyclopamine dan Turunannya

Lebih dari 90% dari kanker pankreas adalah duktus adenocarcinoma. Duktus adenocarcinoma adalah penyebab kematian keempat paling umum terkait kanker pada wanita dan pria di Amerika Serikat. Pada tahap metastasis, kanker pankreas dapat hampir tidak pernah dikontrol oleh salah satu obat yang tersedia, dan pada lima tahun tingkat kelangsungan hidup diperkirakan kurang dari 2%. Bahkan dalam kasus-kasus stadium awal, penyakit lokal, dimana reseksi bedah dengan maksud kuratif bisa dilakukan, mayoritas pasien terjadi kekambuhan lokal atau terjadi metastasis di organ-organ jauh, dan akhirnya meninggal (mati). Upaya intensif telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir untuk mengembangkan strategi terapi yang secara langsung menargetkan penyebaran metastasis tumor, dan diantisipasi bahwa strategi tersebut akan memiliki dampak klinis yang luar biasa. Baru-baru ini, sebuah penelitian melibatkan analisis urutan/rangkaian sedunia (global) yang mengidentifikasi jalur sinyal-hh sebagai salah satu Core (Inti) jalur sinyal yang mengalami perubahan somatik pada hampir semua kanker pancreas. Penghambatan sinyal hh dengan cyclopamine telah meningkatkan tingkat kelangsungan hidup dalam rekayasa geneticpada model tikus dari kanker pancreas dan menghapus atau meniadakan metastasis sistemik yang timbul dari xenograft orthotopik. Studi ini juga menyediakan lebih banyak bukti bahwa sinyal hh adalah target yang valid (benar) untuk pengembangan terapi baru kanker pankreas dan akan bernilai mengevaluasi dalam pengaturan klinis.

Sejak cyclopamine menampilkan afinitas rendah untuk Smo, memiliki bioavailabilitas yang buruk pada pemberian oral, suboptimal farmakokinetik, dan stabilitas metabolisme rendah, turunan IPI-269.609 (Skema 10) dikembangkan. Ini mempertahankan potensi cyclopamine, tetapi telah meningkatkan sifat fisikokimia dan metabolik stabil. IPI-269.609 secara mendalam menghambat metastasis sistemik dalam penentuan xenografts orthotopik dari jalur sel kanker pankreas manusia. IPI-926 (Skema 10), semisintetik baru analog cyclopamine dengan banyak sekali peningkatan potensi dan profil farmakokinetik yang relatif baik terhadap cyclopamine, kemudian dirancang dan disintesis. Dengan menggunakan model yang sangat invasif dan rekayasa genetika yang mematikan kanker pankreas. IPI-926 menunjukkan peningkatkan kelangsungan hidup bila digunakan dalam kombinasi dengan gemcitabine dalam hal ini dinyatakan resistensi gemcitabine pada model tikus. Studi ini jelas menunjukkan bahwa penghambatan jalur hh dalam stroma hasil tumor ganas pengurangan yang mencolok pada reaksi fibrosis padat yang menyertai tumor ini. IPI-926 juga meningkatkan neovaskularisasi tumor, sehingga memudahkan distribusi gemcitabine dalam sel-sel ganas. Studi ini menunjukkan bahwa pasien dengan kanker pankreas stadium lanjut adalah yang paling mungkin untuk mendapatkan keuntungan dari terapi penghambatan jalur hh.Inhibitor Jalur Hedgehog untuk Pengobatan Kanker Sel Basal dan MedulloblastomaKanker sel basal merupakan penyebab kanker kulit yang paling umum di USA. Kanker sel basal disebabkan paparan sinar UV. Pembedahan sering dilakukan untuk metode penyembuhan jenis kanker ini, namun masih ada kanker jenis ini yang telah berkembang menjadi kanker yang dapat membahayakan hidup, tidak dapat dioperasi, menyebar secara lokal, atau tumor metastatik.

Inhibitor jalur Hedgehog (hh) pada tingkat Smo seperti siklopamin, dapat menjadi metode pengobatan yang baik untuk kanker sel basal. Krim siklopamin diberikan kepada pasien yang akan dioperasi sel kankernya, dan hasilnya semua tumor mengecil dengan cepat. Analisis histologi dan imunohistokimia menunjukan adanya inhibisi proliferasi dan induksi diferensiasi dan apoptosis yang sangat efisien pada sel tumor. Induksi yang efisien dan selektif terhadap diferensiasi dan apoptosis sel tumor secara in vivo dengan penghambatan transient terhadap sinyal hh memberikan metode pengobatan yang rasional terhadap kanker sel basal.

GDC-0449 adalah inhibitor Smo dan secara struktur tidak berkaitan dengan siklopamin. GDC-0449 memiliki aktivitas antitumor pada kanker sel basal yang menyebar secara lokal atau metastatik. Penemuan ini mengkonfirmasi bahwa keterlibatan jalur hh pada kanker sel basal dan penghambatannya dapat menjadi metode pengobatan untuk tumor yang tidak dapat dioperasi.

Pasien berumur 26 tahun dengan medulloblastoma metastatik diberi pengobatan dengan GDC-0449. Hasil pengobatan menunjukan regresi tumor yang cepat tapi sementara dan penurunan gejala secara dramatis. Hal itu disebabkan mutasi gen hh-signaling pada tumor menyebabkan resistensi pada pasien medulloblastoma. Mutasi tersebut disebabkan oleh asam amino substitusi pada residu asam aspartat dari Smo yang telah diawetkan dapat mengganggu kemampuan GDC-0449 untuk mengikat Smo sebagai inhibitor jalur hh. Perlu ditekankan untuk menemukan inhibitor Smo generasi kedua untuk mengatasi resistensi tersebut.

Studi klinik tersebut menunjukan bahwa jalur hedgehog dapat menjadi dasar dari agen terapi kelas baru yang penting dengan implikasi mendalam pada onkologi.

0