Perbaikan Respons Seluler pada Penuaan Hipokampus yang ...

61

Perbaikan Respons Seluler pada Penuaan Hipokampusyang Diperantarai Glutation Hasil Pemberian

Alanin-glutamin Dipeptida

(IMPROVEMENTS CELLULAR RESPONS IN AGED HIPPOCAMPUS RELATEDGLUTATHIONE RESULT OF THE ADMINISTRATION OF

ALANINE-GLUTAMINE DIPEPTIDE)

Sunarno1, Wasmen Manalu2, Nastiti Kusumorini3, Dewi Ratih Agungpriyono4

1) Program Doktor Mayor Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat, Sekolah Pascasarjana,Institut Pertanian Bogor, Lab. Biologi Struktur dan Fungsi Hewan Jurusan Biologi

Fakultas Sains dan Matematika Universitas DiponegoroJl. Prof. Soedarto, SH Kampus Undip Tembalang Semarang, 50275

Email: [email protected], HP. 085693142989, 0852255011472,3) Bagian Fisiologi Departemen Anatomi, Fisiologi, dan Farmakologi, FKH, IPB

4) Bagian Patologi Departemen Klinik, Reproduksi, dan Patologi, FKH IPB

ABSTRAK

Penuaan fisiologi dan penuaan akibat stres oksidatif menyebabkan penurunan tingkat glutationyang berdampak pada gangguan respons seluler hipokampus. Gangguan respons seluler hipokampusditandai dengan penurunan viabilitas, peningkatan mortalitas, dan pemendekan akson neuron. Salahsatu cara memperbaiki respons seluler hipokampus adalah meningkatkan glutation dan konsentrasiprekursor glutation. Salah satu senyawa penyedia prekursor glutation adalah alanin-glutamin dipeptida.Penelitian ini dirancang untuk memperoleh gambaran perbaikan respons seluler hipokampus hasilpemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%, baik pada tikus yang mengalami penuaan fisiologiatau penuaan akibat stres oksidatif. Perbaikan respons seluler menunjukkan perbaikan fungsihipokampus. Tikus-tikus percobaan didesain dengan menggunakan rancangan acak lengkap faktorialyang terdiri atas tiga faktor dengan ukuran 2x2x2. Faktor pertama adalah umur tikus percobaan yangterdiri atas dua level, yaitu 12 dan 24 bulan. Faktor kedua adalah stres oksidatif yang terdiri atas dualevel, yaitu tanpa atau dengan stres oksidatif. Faktor ketiga adalah pemberian alanin-glutamin dipeptidayang terdiri atas dua konsentrasi, yaitu 0% dan 7%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemberiankonsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7% memberi perbaikan tingkat glutation hipokampus, baik padatikus umur muda (58,76%) atau tua (125,81%), tikus normal (76,47%) atau stres oksidatif (97,26%).Antioksidan ini memperantarai perbaikan respons viabilitas, mortalitas, dan panjang akson neuronhipokampus, baik pada tikus muda (4,11%, 37,07%, 12,58%) atau tua (6,91%, 37,85%, dan 32,84%), tikusnormal (3,25%, 29,21%, dan 21,04%) atau stres oksidatif (7,80%, 43,01%, dan 25,56%). Simpulan penelitianini adalah bahwa pemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida memberi perbaikan tingkat glutationyang memperantarai perbaikan respons seluler pada penuaan hipokampus, baik pada penuaan fisiologiatau penuaan akibat stres oksidatif.

Kata-kunci: alanin-glutamin dipeptida, viabilitas neuron, mortalitas neuron, akson neuron, glutation,penuaan fisiologi, penuaan akibat stres oksidatif, fungsi hipokampus

ABSTRACT

Physiological aging or aging due to oxidative stress decrease glutathione level in the hippocampuswhich impacts the respons impaired hippocampus celuller. Hippocampus cellular respons disorderscharacterized with decreased viability, increased mortality, and the shortening of the axons of neurons.One way to improve hippocampus cellular respons is to increase the levels of glutathione and theconcentration of glutathione precursor. One compound that provides glutathione precursors is alanine-glutamine dipeptide. This research was designed to obtain the improve of hippocampus cellular responsresult from the administration of 7% alanine-glutamine dipeptide concentration of aged or oxidative-stressed rats. The improvement of hippocampus cellular respons affect the improvement of the hippocampus

Jurnal Veteriner Maret 2013 Vol. 14 No. 1: 61-71ISSN : 1411 - 8327

62

PENDAHULUAN

Penuaan fisiologi dan penuaan akibat stresoksidatif menyebabkan penurunan tingkatglutation yang memperantarai gangguanrespons seluler di hipokampus (Reddy, 2009).Gangguan respons seluler di hipokampusditandai dengan penurunan viabilitas,peningkatan mortalitas, dan pemendekan aksonneuron pada bagian tanduk ammon atau cornuammonis (Rosenzweig dan Barnes, 2003; Reddy,2009; Anonim, 2001). Dalam jangka panjang,gangguan respons seluler tersebut dapatmenyebabkan penuaan pada hipokampus dankepikunan (Xavier dan Costa, 2009; Ito danSchuman, 2011).

Penuaan merupakan salah satu masalahkesehatan bagi masyarakat. Selain dapatmenurunkan kinerja, penuaan dapatmenurunkan daya tahan tubuh, menyebabkangangguan koordinasi dan regulasi, sertameningkatkan kerentanan sistem tubuhterhadap berbagai gangguan dari lingkungan.Penuaan tidak dapat dihindari tetapi dapatdiperlambat. Salah satu cara penangananpenuaan adalah mengenal indikator-indikatoryang berhubungan dengan penuaan. Salah satuindikator penting penuaan adalah glutation.Seiring dengan penuaan tingkat glutationdalam tubuh semakin menurun, terutamatingkat glutation hipokampus. Pada umur tuadan stres oksidatif, tingkat glutationhipokampus dapat menurun di bawah ambangbatas normal. Dringen et al., (2000) melaporkanbahwa penuaan dapat menurunkan tingkatglutation hipokampus mencapai 30-40% darikondisi normal.

Berdasarkan hal tersebut salah satu carauntuk menangani penuaan hipokampus adalahmemperbaiki tingkat glutation hipokampus.

Berbagai pilihan bahan antipenuaan telahdilakukan untuk memperlambat penuaanhipokampus. Salah satu cara kerja bahanantipenuaan adalah menyediakan asam aminoyang dapat digunakan untuk meningkatkan lajusintesis glutation sehingga tingkat glutation dihipokampus dapat diperbaiki. Senyawa yangmemiliki potensi tersebut adalah alanin-glutamin dipeptida (Berg et al., 2006).

Alanin-glutamin dipeptida adalah bentuklain dari glutamin yang diketahui sebagaipenyedia prekursor glutation di dalam tubuh danhipokampus. (Daren et al., 2007; Fernandes etal., 2010; Jun et al., 2006). Sebagai penyediaprekursor glutation, alanin-glutamin dipeptidamempunyai peran menyediakan asam aminoglutamin. Glutamin dapat dikonversi menjadiglutamat dan bersama-sama dengan sistein danglisin digunakan untuk sintesis glutation dihipokampus (Dringen et al., 2000). Glutationhipokampus berfungsi mempertahankanintegritas seluler, meminimalisasi kerusakanmembran biologi sel akibat radikal bebas, danmeningkatkan respons seluler (Schulz et al.,2000). Alanin-glutamin dipeptida bersifat stabil,lebih cepat mengalami proses hidrolisis, efektifmelintasi sawar darah otak, dapat memberinutrisi neuron, dan meningkatkan tingkatglutation di hipokampus (Berg et al., 2006).Sunarno et al., (2012) melaporkan bahwakonsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%dengan dosis 1,66 g/kg bb/hari memberipengaruh paling optimal terhadap tingkatglutation di hipokampus, baik pada tikus umur12 atau 24 bulan, tikus normal atau stresoksidatif. Mengacu pada laporan tersebut,penelitian ini dilakukan dengan menggunakankonsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%.Pemberian konsentrasi asam amino inidiharapkan dapat memberi perbaikan respons

function. The experimental rats were assigned into a completely randomized design consisted of threefactors with 2x2x2 factorial arrangement. The first factor was the age of the experimental rats, consistedof two levels i.e., 12 and 24 months. The second factor was oxidative stress consisted of two levels, i.e.,without and with oxidative stress. The third factor was alanine-glutamine dipeptide administrationconsisted of 2 concentrations, i.e. 0% and 7%. The results showed that administration of 7% alanine-glutamine dipeptide improved level of glutathione in the hippocampus either in younger (58,76%) or aged(125,81%) rats or in normal (76,47%) and in oxidative-stressed rats (97,26%). These antioxidant hadmediated the respons improve viability, mortality, and long axons responses of neurons at younger (4,11%,37,07%, and 12,58%) or aged (6,91%, 37,85%, and 32,84%) rats, in normal (3,25%, 29,21%, and 21,04%)and oxidative stress (7,80%, 43,01%, dan 25,56%) rats. This research concluded that the alanine-glutaminedipeptide 7% increased glutathione levels. This increased level affected the improvement of cellularresponds in aging hippocampus, physiological aging, or aging due to oxidative stress in rats.

Key words: alanine-glutamine dipeptide, viability neuron, mortality neuron, neuron axon, glutathione,physiological aging, stress oxidative aging, hippocampus functions

Sunarno et al Jurnal Veteriner

63

seluler pada penuaan hipokampus yang ditandaidengan peningkatan viabilitas neuron,penurunan mortalitas neuron, dan peningkatanpanjang akson neuron.

Tujuan penelitian ini adalah memperolehgambaran perbaikan respons seluler padapenuaan hipokampus hasil pemberian konsen-trasi alanin-glutamin dipeptida 7%, baik padatikus yang mengalami penuaan fisiologi ataupenuaan akibat stres oksidatif.

METODE PENELITIAN

Penelitian dilakukan dengan menggunakanrancangan acak lengkap pola faktorial yangterdiri atas tiga faktor dengan ukuran 2x2x2dan tiga kali ulangan. Faktor pertama adalahumur tikus yang terdiri atas dua tingkat, yaitu12 dan 24 bulan. Faktor kedua adalah stresoksidatif yang terdiri atas dua tingkat, yaitutanpa atau dengan stres oksidatif. Faktor ketigaadalah alanin-glutamin dipeptida yang terdiriatas dua konsentrasi, yaitu 0% dan 7%. Hewanuji yang digunakan adalah tikus jantan strainSprague dawley. Penelitian diawali denganaklimasi tikus selama satu minggu. Selamaaklimasi, tikus-tikus percobaan diberi pakanpelet komersial dan air minum secara adlibitum. Pembuatan hewan model penuaanfisiologi dilakukan dengan cara tanpa memberiperlakuan tikus dengan perlakuan stresoksidatif. Adapun pembuatan hewan modelpenuaan akibat stres oksidatif dilakukan dengancara tidak memberi pakan pada tikus selamatujuh hari, tikus hanya diberi air minum secaraad libitum, dan setiap hari tikus diberiperlakuan aktivitas berenang dalam air padasuhu 25ºC di ember tertutup selama 15 menit.Alanin-glutamin dipeptida diberikan secaraintravena selama 12 hari dengan caramenyuntikkan alanin-glutamin dipeptidadengan dosis 1,66 g/kg bb/hari pada vena ekorsetelah tikus diberi perlakuan tanpa atau denganstres oksidatif. Stok larutan dipersiapkan setiaphari, disimpan pada suhu 40C dalam lemari es.Di akhir perlakuan, tikus-tikus dikorbankannyawanya dan dilanjutkan dengan pengambilanhipokampus. Preparasi dan prosedur penentuantingkat glutation hipokampus dilakukan sesuaimetode yang telah dilakukan oleh Feoli et al.,(2010). Untuk memperoleh gambaran viabilitasdan mortalitas neuron hipokampus, dilakukanpembuatan sediaan histologi dengan metodepewarnaan hematoksilin-eosin (Humason, 1967).

Metode pewarnaan perak nitrat Bielschowskyuntuk memperoleh gambaran perubahanpanjang akson neuron hipokampus (Lourbo-poulos et al., 2007).

Prosedur pemrosesan sediaan histologihipokampus dengan pewarnaan hematoksilin-eosin diawali dengan pengambilan danpenyiapan sampel hipokampus. Sampelhipokampus difiksasi dalam larutan bufferformalin 10% selama 24 jam, diikuti prosesdehidrasi menggunakan alkohol bertingkatmasing-masing selama dua jam dan clearingdengan silol minimal dua jam sebelumdilakukan embedding dalam parafin. Blokjaringan dipotong setebal 10 µm menggunakanmikrotom, kemudian diletakkan di atas gelasobjek sehingga diperoleh irisan jaringan yangdikehendaki.

Irisan jaringan pada gelas objek selanjutnyadideparafinasi pada silol dengan tiga kaliulangan masing-masing selama tiga menit,diikuti rehidrasi dengan memasukkan ke dalamalkohol bertingkat. Tahap selanjutnya adalahpencucian dengan air mengalir selama satumenit diikuti pencelupan singkat ke dalamakuades. Pewarnaan preparat dengan prosedurpewarnaan hematoksilin-eosin meliputi,pencelupan ke dalam larutan hematoksilin,pencucian dengan air, dan dilanjutkanpencelupan ke dalam pewarna eosin selama 0,25-2,00 menit. Kemudian dilakukan dehidrasidengan alkohol bertingkat, diikuti denganpencelupan ke dalam silol tiga kali ulanganmasing-masing selama 20 detik, kemudianditetesi dengan entelan dan ditutup dengan gelaspenutup.

Pemrosesan sediaan histologi hipokampusdengan pewarnaan khusus perak nitratBielschowsky diawali dengan pembuatanlarutan stok dan reagen. Larutan stok danreagen yang dipersiapkan meliputi, larutan stokperak nitrat (perak nitrat 5 g dengan akuades50 mL), larutan amonium hidroksida 1%(ammonium hidroksida 1 mL dengan akuades100 mL), larutan stok pengembang (formaldehid20 mL, asam sitrat atau trisodium dihidrat 0,5g, asam nitrat dua tetes, akuades 100 ml), danlarutan kerja pengembang (larutan stokpengembang delapan tetes, ammoniumhidroksida delapan tetes, akuades 50 mL).

Tahap selanjutnya adalah mempersiapkanirisan jaringan pada gelas objek denganketebalan 10 μm. Proses selanjutnya adalahdeparafinasi dan rehidrasi dengan mengguna-kan silol tiga kali ulangan, alkohol absolut,

Jurnal Veteriner Maret 2013 Vol. 14 No. 1: 61-71

64

alkohol 96%, alkohol 70% dilanjutkan dicuci tigakali dalam akuades masing-masing selama tigamenit. Pewarnaan preparat dengan prosedurpewarnaan perak nitrat Bielschowsky, meliputiperendaman ke dalam 50 mL larutan peraknitrat 10% hangat pada temperatur 40ºC (dalaminkubator) dan dibiarkan selama semalamsampai muncul warna cokelat terang atau gelap.Kemudian dilakukan pencucian ke dalamakuades sebanyak tiga kali, masing-masingselama tiga menit. Ke dalam larutan peraknitrat ditambahkan amonium hidroksida setetesdemi setetes secukupnya sampai terbentukpresipitasi dan warna abu-abu. Irisan jaringanpada gelas objek dimasukkan kembali ke dalamlarutan perak nitrat yang sudah ditambahamonium hidroksida dan diinkubasi kembalidalam inkubator pada temperatur 40ºC selama1-2 jam. Tahap selanjutnya adalah perendamanke dalam larutan kerja pengembang kuranglebih selama satu menit (reaksi akan terjadisangat cepat, setiap irisan jaringan pada gelasobjek diamati di bawah mikroskop). Kemudiandilakukan pencelupan ke dalam larutanamonium hidroksida 1% selama satu menituntuk menghentikan reaksi perak nitrat, diikutipencucian ke dalam akuades sebanyak tiga kaliulangan, masing-masing selama tiga menit.Irisan jaringan pada gelas objek didehidrasi dandijernihkan dengan alkohol 70%, 96%, alkoholabsolut, dan silol tiga kali ulangan masing-masing dua menit dan kemudian mountingdengan entelan.

Sediaan yang sudah diwarnai denganpewarnaan hematoksilin-eosin atau perak nitratBielschowsky diamati dan didokumentasikandengan mikroskop cahaya yang dilengkapidengan kamera. Penentuan viabilitas,mortalitas, dan pengukuran akson denganmenggunakan software MacBiophotonicsImageJ pada lima lapang pandang di bagiancornu ammonis hipokampus dengan luas setiaplapang pandang ± 0,1 mm2. Viabilitas neuronditentukan berdasarkan afinitas optimal neuronpada pewarnaan hematoksilin-eosin yangmemberi respons warna ungu atau biru padabagian inti dan merah muda pada sitoplasma.Mortalitas neuron ditentukan berdasarkanafinitas pada satu pewarnaan saja yaituhematoksilin yang memberi respons warna birupada seluruh bagian neuron. Pengukuranpanjang akson dilakukan terhadap lima neuronpada lima lapang pandang di bagian cornuammonis hipokampus sehingga total neuronyang diukur berjumlah 25. Pengukuran panjang

akson dimulai dari bagian akson hiloka sampaidengan terminal akson. Penentuan viabilitas,mortalitas, dan panjang akson neuronhipokampus disajikan pada Gambar 1.

Hasil penentuan viabilitas, mortalitas, danpanjang akson neuron hipokampus dianalisisdengan analisis ragam pada taraf 5% denganmenggunakan software The SAS System versi9. Perbaikan viabilitas, mortalitas, dan panjangakson neuron hipokampus diperantarai denganpeningkatan tingkat glutation dan menunjuk-kan perbaikan respons seluler pada penuaanhipokampus, baik pada tikus yang mengalamipenuaan fisiologi atau penuaan akibat stresoksidatif.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hipokampus merupakan bagian otak yangpaling rentan mengalami penurunan fungsiakibat penuaan. Penurunan fungsi hipokampusmenunjukkan penuaan hipokampus yangditandai dengan penurunan tingkat glutationdan respons seluler. Dalam penelitian inidigunakan alanin-glutamin dipeptidakonsentrasi 7% dengan harapan dapatmemperbaiki tingkat glutation sekaligusmemperbaiki respons seluler pada penuaanhipokampus. Hasil pengamatan tingkatglutation dan respons seluler pada penuaanhipokampus hasil pemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7% disajikan pada Tabel 1dan 2.

Berdasarkan data pada Tabel 1 terlihatbahwa peningkatan umur dan stres oksidatifberpengaruh nyata pada penurunan tingkatglutation hipokampus dan ditemukan interaksiantara keduanya. Pada tikus umur tua (24bulan), tingkat glutation hipokampus lebihrendah dibanding tikus umur muda (12 bulan)dan mengalami penurunan mencapai 26,34%.Penurunan tingkat glutation juga terjadi padatikus dengan stres oksidatif, dengan penurunanmencapai 7,05% jika dibanding tikus tanpa stresoksidatif. Stres oksidatif pada tikus umur 24bulan menghasilkan penurunan tingkatglutation hipokampus 24,77%, lebih rendahdibanding tikus normal pada umur yang sama.Bukti ini memberi gambaran secara jelas bahwapenuaan akibat peningkatan umur (penuaanfisiologi) atau stres oksidatif dapat menurunkantingkat glutation hipokampus. Beberapa hasilpenelitian menguatkan pendapat ini. Dringenet al., (2000) melaporkan bahwa penuaan


65

Gambar 1 Metode penentuan viabilitas (tanda panah angka 1), mortalitas (tanda panah angka 2) neuronpada pewarnaan hematoksilin-eosin (A), dan pengukuran panjang akson (tanda panah angka 3) neuronpada pewarnaan perak nitrat Bielschowsky (B). Gambar dengan perbesaran 40x.

Tabel 1. Tingkat glutation (rataan ± standar deviasi) hipokampus pada tikus yang mengalamipenuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%

Stres Alanin-glutamin Tingkat glutationoksidatif dipeptida (%) (mg/mg jaringan)

TS 0 0,0105 ± 0,0001612 7 0,0158 ± 0,00056

S 0 0,0088 ± 0,00065Umur (bulan) 7 0,0149 ± 0,00027

TS 0 0,0065 ± 0,0003924 7 0,0142 ± 0,00038

S 0 0,0058 ± 0,000457 0,0138 ± 0,00053U *

Faktor utama S *A *

U-S *Interaksi A-U *

A-S *A-U-S TN

Keterangan: TS: tanpa stres oksidatif, S: stres oksidatif, A: alanin-glutamin dipeptida, U: umur.Tanda * (0,05 < P): berpengaruh nyata, TN: tidak berpengaruh nyata.

memberi penurunan tingkat glutation otakmencapai 30%-40% dibanding tikus normal.Schulz et al., (2000) melaporkan sebanyak 40%tingkat glutation otak mengalami penurunanseiring dengan penuaan.

Penurunan tingkat glutation, baik yangdisebabkan oleh peningkatan umur, stresoksidatif, atau interaksi antara keduanya dapatmenyebabkan gangguan respons seluler

hipokampus yang ditandai dengan penurunanviabilitas, peningkatan mortalitas, danberkurangnya panjang akson neuron.Berdasarkan data pada Tabel 2 terlihat bahwarespons viabilitas, mortalitas, dan panjang aksonneuron hipokampus pada tikus umur 24 bulanlebih rendah dibanding tikus umur 12 bulan.Respons viabilitas, mortalitas, dan panjangakson neuron pada tikus umur 24 bulan


66

berturut-turut 4,77%, 53,8%, dan 16,71%. Stresoksidatif juga menyebabkan penurunanviabilitas, peningkatan mortalitas, danberkurangnya panjang akson neuron, secaraberturut-turut 3,83%, 40,84%, dan 8,39%.Adapun stres oksidatif pada tikus umur 24 bulanmenyebabkan penurunan viabilitas, pening-katan mortalitas, dan berkurangnya panjangakson, berturut-turut 2,25%, 18,07%, dan15,90%. Bukti ini menguatkan pendapat daribeberapa penelitian sebelumnya bahwa neuronpada bagian cornu ammonis hipokampus sangatrentan terhadap stres metabolik, baik yangdisebabkan oleh peningkatan umur, stresoksidatif, atau interaksi antara keduanya.

Gangguan respons seluler pada hipokampusdiawali penurunan fungsi mitokondria. Tanpaadanya penanganan, gangguan ini dapatmenyebabkan penurunan energi seluler,akumulasi metabolit yang bersifat neurotoksik,dan pembentukan radikal bebas. Produksiradikal bebas yang berlebihan akibat stresoksidatif berdampak pada kerusakan komponenneuron, atropi neuron, reduksi cabang dendritatau akson neuron, dan kematian neuron(Markham, 2005; Bjork et al., 2006; Kujoth etal., 2007; Liu et al., 2010). Bukti-buktipenelitian ini semakin memperjelas bahwaumur tua dan stres oksidatif berpotensimenurunkan tingkat glutation hipokampus,

mengganggu integritas neuron, dan responseluler hipokampus.

Pemberian konsentrasi alanin-glutamindipeptida dan interaksi antara alanin-glutamindipeptida dengan umur atau stres oksidatifmampu memperbaiki tingkat glutation danrespons seluler pada penuaan hipokampus. Datapada Tabel 1 menunjukkan bahwa konsentrasialanin-glutamin dipeptida 7% memberiperbaikan tingkat glutation hipokampus.Tingkat glutation mengalami peningkatan85,76% dibanding kontrol. Perbaikan tingkatglutation hipokampus mempunyai korelasidengan perbaikan respons seluler hipokampus,walaupun perbaikan respons seluler hipokampusjuga dapat terjadi melalui jalur metabolismeglutamin secara terpisah tanpa melibatkanmetabolisme glutation. Data pada Tabel 2terlihat bahwa konsentrasi alanin-glutamindipeptida 7% memberi perbaikan respons selulerhipokampus dengan peningkatan viabilitas,penurunan mortalitas, dan peningkatanpanjang akson secara berturut-turut 5,46%,37,54%, dan 23,17%, lebih baik dibandingkontrol. Perbaikan respons seluler hipokampusmemberi bukti bahwa konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7% mampu menjaminketersediaan glutamin intraseluler yang dapatdigunakan untuk mendukung dua prosesmetabolisme yang berlangsung secara terpisah

Tabel 2. Respons selluler (rataan ± standar deviasi) hipokampus pada tikus yang mengalamipenuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%.

Stres Alanin-glutamin Viabilitas Mortalitas Panjangdipeptida (%) (%) (%) akson (µm)

TS 0 94,4 ± 2,1 5,6 ± 3,2 128,3 ± 3,912 7 95,2 ± 3,1 4,8 ± 0,9 166,2 ± 4,2

S 0 85,6 ± 2,6 14,4 ± 3,6 112,8 ± 3,9Umur (bulan) 7 92,2 ± 3,9 7,8 ± 2,7 154,1 ± 3,6

TS 0 85,5 ± 3,1 14,5 ± 3,1 114,6 ± 2,424 7 90,6 ± 4,6 9,4 ± 1,1 127,8 ± 4,9

S 0 83,6 ± 3,6 16,4 ± 2,5 105,3 ± 4,57 90,2 ± 3,6 9,8 ± 2,9 119,8 ± 2,1U * * *

Faktor utama S * * *A * * *

U-S * * *Interaksi A-U * * *

A-S * * *A-U-S TN TN TN

Keterangan: TS: tanpa stres oksidatif, S: stres oksidatif, A: alanin-glutamin dipeptida, U: umur.Tanda * (0,05 < P): berpengaruh nyata, TN: tidak berpengaruh nyata.


67

dan kedua proses metabolisme tersebut berperanpenting pada perbaikan respons selulerhipokampus. Beberapa bukti penelitianmemperkuat pendapat ini. Berg et al., (2006)melaporkan bahwa alanin-glutamin dipeptidadihidrolisis oleh ektopeptidase neuron menjadiglutamin dan secara bertahap diambil sebagai

prekursor untuk sintesis glutation (Dringen etal., 2000). Ketersediaan glutamin di hipokampushasil konversi dari alanin-glutamin dapatmemelihara homeostasis glutamat dihipokampus untuk mencegah efek neuroeksi-totoksik (Cruzat et al., 2007). Ketersediaanglutamin juga dapat meningkatkan sintesis

Gambar 2. Respons viabilitas, mortalitas, dan panjang akson neuron hipokampus pada tikus umur12 bulan (warna abu-abu) dan 24 bulan (warna hitam) hasil pemberian konsentrasialanin-glutamin dipeptida 7%.


68

protein yang digunakan untuk mendukungregenerasi sel-sel neuron di hipokampus(Andreasen et al., 2009; Schade et al., 2009;Fernandes et al., 2010).

Selain terbukti dapat meningkatkan levelglutation hipokampus, konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7% mampu memberiperbaikan respons seluler hipokampus padatikus umur 12 bulan dan 24 bulan yang ditandaidengan peningkatan viabilitas, penurunan

mortalitas, dan peningkatan panjang aksonneuron. Respons ketiga parameter seluler padatikus umur 12 bulan lebih tinggi dibanding tikusumur 24 bulan, namun memiliki tingkatperbaikan yang lebih rendah. Pemberiankonsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%memberi perbaikan respons ketiga parameterseluler, berturut-turut 4,11%, 37,07%, dan12,58%, lebih baik dibanding kontrol, sedangkantikus umur 24 bulan memiliki tingkat perbaikan

Gambar 3. Respons seluler hipokampus pada tikus tanpa (warna hitam) atau dengan stres oksidatif(warna abu-abu) hasil pemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7%.


69

yang lebih tinggi, berturut-turut 6,91%, 37,85%,dan 32,84% (Gambar 2). Perbaikan responsseluler diduga terkait dengan upaya pemulihanhomeostasis glutation untuk meminimalisasiresiko metabolik yang disebabkan olehkerusakan oksidatif. Hal tersebut berakibatsebagian besar substrat metabolik yangberhubungan dengan sintesis glutation danperbaikan respons seluler bergerak ke arahhipokampus untuk mempertahankan keseimba-ngan kapasitas antara antioksidan dan oksidansehingga tingkat mortalitas dapat ditekan,viabilitas dan panjang akson dapatdipertahankan atau ditingkatkan. Beberapahasil penelitian memperkuat pendapat ini. Junet al., (2006) melaporkan bahwa alanin-glutamin dipeptida mempunyai kemampuanmeningkatkan respons sel dan mempertahan-kan tingkat glutation dalam jaringan tubuh.Alanin-glutamin dipeptida juga berpengaruhpada peningkatan energi seluler, melindungistruktur dan fungsi mitokondria, melindungigranula-granula sitoplasma, retikulumendoplasma kasar, dan menurunkan produksiradikal-radikal bebas. Cruzat dan Terapegui(2009) melaporkan bahwa glutamin dilibatkandalam pemeliharaan dan sintesis glutation yangberfungsi mempertahankan keseimbangankapasitas antara antioksidan dengan oksidan,mempertahankan integritas seluler, danmencegah kerusakan jaringan.

Pada penelitian ini juga diamati tingkatglutation dan respons seluler hipokampus hasilpemberian konsentrasi alanin-glutamindipeptida 7% pada tikus tanpa atau dengan stresoksidatif. Hasil penelitian menunjukkan bahwatingkat glutation hipokampus pada tikus tanpastres oksidatif lebih tinggi dibanding tikusdengan stres oksidatif. Pemberian konsentrasialanin-glutamin dipeptida 7% pada tikus tanpastres oksidatif mampu memperbaiki tingkatglutation mencapai 76,47%, lebih tinggidibanding kontrol. Perbedaan perbaikan tingkatglutation pada tikus tanpa atau dengan stresoksidatif menunjukkan adanya interaksi antarakedua faktor tersebut.

Perbaikan tingkat glutation hipokampusberbanding lurus dengan respons selulerhipokampus. Respons seluler hipokampus jugamengalami perbaikan setelah diberi konsentrasialanin-glutamin dipeptida 7%. Tikus tanpa stresoksidatif menunjukkan respons seluler yanglebih baik dibanding tikus stres oksidatif, namunmemiliki tingkat perbaikan yang lebih rendah.

Tingkat perbaikan respons viabilitas,mortalitas, dan akson neuron pada tikus tanpastres oksidatif, berturut-turut 3,25%, 29,21%,dan 21,04%, sedangkan pada tikus stres oksidatifberturut-turut 7,80%, 43,01%, dan 25,56%(Gambar 3). Perbedaan perbaikan responsseluler hasil pemberian konsentrasi alanin-glutamin dipeptida 7% pada tikus tanpa ataustres oksidatif menunjukkan adanya interaksiantara kedua faktor tersebut. Beberapa hasilpenelitian sejalan dengan penelitian ini. Jun etal., (2006) melaporkan bahwa alanin-glutamindipeptida yang diberikan pada tikus stresoksidatif dapat memperbaiki tingkat glutation,meningkatkan energi seluler, dan mencegahpenurunan fungsi sel. Lebih lanjut dilaporkanbahwa alanin glutamin dipeptida dapatmendukung pemenuhan kebutuhan glutaminintraseluler neuron hipokampus yangdigunakan untuk sintesis asam nukleat yangdiperlukan untuk regenerasi. Regenerasi aksonmelibatkan pengaturan ion kalsium melaluiCa2+-ATPase, pengaktifan cAMP ataupensinyalan protein kinase intraseluler yangberpengaruh pada ekspresi gen, perubahanprotein sitoskelet, dan molekul-molekulintraseluler (Neumann et al., 2011; Jun et al.,2006). Molekul-molekul intraseluler terlibatdalam mempertahankan kehidupan neuronmelalui mekanisme umum yang melibatkanmolekul perantara intraseluler. Perubahanyang terjadi pada molekul perantara intraselulerdapat memengaruhi fosforilasi protein sitoskeletdan menyebabkan pertumbuhan akson neuronyang mengalami disfungsi (Horner dan Gage,2000).

SIMPULAN

Pemberian konsentrasi alanin-glutamindipeptida memberi perbaikan tingkat glutationyang memperantarai perbaikan respons selulerpada penuaan hipokampus, baik pada penuaanfisiologi atau penuaan akibat stres oksidatif.

SARAN

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjuttentang profil protein intraseluler hasil ekspresigen dan protein sitoskelet yang terlibat dalamperbaikaan respons seluler neuron pada penuaanhipokampus.


70

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepadaDirektorat Jenderal Pendidikan Tinggi (DirjenDikti) Departemen Pendidikan Nasional yangtelah memberi Beasiswa Program Pascasarjana(BPPS) sehingga penelitian dan penulisan artikelini dapat diselesaikan.

DAFTAR PUSTAKA

Andreasen AS, Skovsgaard PT, Mortensen OH,van Hall G, Moseley PL, Pedersen BK. 2009.The effect of glutamine infusion on theinflammatory response and HSP70 duringhuman experimental endotoxaemia. CriticalCare 13(10): 1186-7696.

Berg A, Rooyakcers O, Norberg A, WernermanJ. 2006. Elimination kinetics of L-alanyl-L-glutamine in ICU patients. Biomedical andLife Science 29(3): 221-228.

Bjork K, Saarikoski ST, Arlinde C, Kovanen L,Osei-Hyiaman D, Ubaldi M, Reimers M,Hyytia P, Heilig M, Sommer WH. 2006.Glutathione-S-transferase expression in thebrain: possible role in ethanol preference andlongevity. The FASEB Journal 4: 1826-1835

Cruzat VF, Tirapegui JO. 2009. Effects of oralsupplementation with glutamine and alanyl-glutamine on glutamine, glutamate, andglutathione status in trained rats andsubjected to long-duration exercise.Nutrition 25: 428-435.

Cruzat VF, Rogero MM, Borges MC, TirapeguiJ. 2007. Current aspects about oxidativestress, physical exercise and supplementa-tion. Rev Bras Med Esporte 13(5): 304e-210e.

Daren KH, Dhaliwalm R, Andrew Day RD,Drover J, Cote H, Wischmeyer P. 2007.Optimizing the dose of glutamine dipeptidesand antioxidants in critically III patients: aphase I dose-finding study. Journal ofParenteral and Enteral Nutrition 31(2):109-118.

Dringen R, Gutterer JM, Hirrlinger J. 2000.Glutathione metabolism in brain metabolicinteraction between astrocytes and neuronsin the defense against reactive oxygenspecies. Eur J Biochem 267: 4912-4916.

Feoli AM, Sequiera I, Almeida LMV, TramontinaAC, Battu C, Wofchuk ST, Gottfried C,Perry ML, Goncalves CA. 2010. Brainglutathione content and glutamate uptakeare reduced in rats exposed to pre- andpostnatal protein malnutrition. J Nutr 36:2357-2361.

Fernandes V, Rogero MM, Tirapegui J. 2010.Effects of supplementation with freeglutamine and the peptide alanyl-glutamineon parameters of muscle damage andinflammation in rats submitted to prolongedexercise. Cell Biochem Funct 28: 24-30.

Horner PJ, Gage FH. 2000. Regenerating thedamaged central nervous system. Nature407: 963-970.

Humason GL. 1967. Animal Tissue Techniques.2nd ed. San Fransisco. Freman andCompany.

Ito HT, Schuman EM. 2011. Functional divisionof hippocampal area CA1 via modulatorygating of entorhinal cortical inputs.Hippocampus 9: 1-15.

Jun C, Dai CL, Zhang X, Cui K, Xu F, Xu YQ.2006. Alanyl-glutamine dipeptide inhibitshepatic ischemia-reperfusion injury in rats.Word J Gastroenterol 12(9): 1373-1378.

Kujoth GC, Bradshaw PC, Haroon S, Prolla TA.2007. The role of mitochondrial DNAmutations in mammalians aging. PlosGenet 23: e24.

Liu J, Wanga A, Li L, Huang Y, Xue P, Hao A.2010. Oxidative stress mediateshippocampal neuron death in rats afterlithium–pilocarpine-induced statusepilepticus. Seizure 19: 165-172

Lourbopoulos A, Grigoriadis S, Symeonidou C,Deretzi G, Taskos N, Shohami E,Grigoriadis N. 2007. Modified Bielschowskysilver impregnation combined withhematoxylin or cresyl violet counterstainingas a potential tool for the simultaneous studyof inflammation and axonal injury in thecentral nervous system. Aristotle UniversityMedical Journal 34(1): 31-39

Markham JA. 2005. Sexually dimorphig agingof dendritic morphology in CA1 ofhippocampus. Hippocampus 15: 97

Neumann B, Nguyen KCQ, Hall DH, YakarAB, Hilliard MA. 2011. Axonal regenerationproceeds through specific axonal fusion intransected C. elegans neurons. Develop-mental Dynamics 240: 1365-1372.


71

Reddy PH. 2009. Amyloid beta, mitochondrialstructural, and functional dynamics inAlzheimer’s disease. ExperimentalNeurology 218: 286-292.

Rosenzweig ES, Barnes CA. 2003. Impact ofaging on hippocampal function: plasticity,network dynamics, and cognition. ProgNeurobiol 69: 143.

Schade RSM, Grundling M, Pavlovic D, StarkeK, Wendt M, Retter S, Murphy M, SuchnerU, Spassov A, Gedrange T, Lehmann CH.2009. Glutamine and alanyl-glutaminedipeptide reduce mesenteric plasmaextravasation, leukocyte adhesion andtumor necrosis factor-alpha (TNF-á) releaseduring experimental endotoxemia. Journalof Physiology and Pharmacology 60(8): 19-24.

Schulz JB, Lindenau J, Seyfried J, Dichgans J.2000. Glutathione, oxidative stress, andneurodegeneration. Eur. J. Biochem 267:4904-4911.

Sunarno, Manalu W, Kusumotini N, Dewi RatihA. 2012. Perbaikan level glutationhipokampus pada tikus yang mengalamipenuaan fisiologis dan penuaan akibat stresoksidatif dengan pemberian alanin-glutamin dipeptida. Sains Medika 3(2): 157-165

Xavier GF, Costa VCI. 2009. Dentate gyrus andspatial behaviour. Neuroscience 33: 768-769.


Perbaikan Respons Seluler pada Penuaan Hipokampus yang ...

Documents

Transcript of Perbaikan Respons Seluler pada Penuaan Hipokampus yang ...