Bab 06 Transduksi Sinyal

6TRANSDUKSI SINYALToto Imam SoeparmonoPENDAHULUANPertumbuhan dan diferensiasi seldipicu oleh pengenalan sinyal-sinyal ekstraselulerpada permukaan sel, yang mengakibatkan pengaktifan kaskade biokimiawi d iinti dansitoplasma. Kemajuan yang paling besar dalam pemahaman mengenai biologimolekuler sel kanker adalah pengenalan bahwa ketika jalur pensinyalan pertumbuhannormal menjadi tidak teratur, dapat menyebabkan transformasi malignan pada sel-selmanusia. Proses yang secara normal merupakan sesuatu proses yang terukur dan ter-koordinasi menjadi tidak terkendali dan destruktif.' Molekul-molekul yang mentransduksi sinyal membentuk suatu jaringan kerjabiokimiawi di mana melalui hal tersebut informasi ekstraseluler mengakibatkan pe-rubahan-perubahan pada ekspresi gen, sintesis D N A , arsitektur sitoskeletal, dan me-tabolisme seluler. Gen-gen yang mengode k o m p o n e n - k o m p o n e n pensinyalan normaly a n g h o m o l o g t e r h a d a p o n k o g e n d i s e b u t proto-onkogen. P r o t o - o n k o g e n m e n g o d eprotein-protein yang terlibat dengan semua aspek dari pensinyalan sel yang menga-kibatkan proliferasi sel, diferensiasi sel, atau kematian sel. Protein-protein ini meliputifaktor pertumbuhan, reseptor-reseptor faktor pertumbuhan, kinase sitoplasmik yangterlibat di dalam transduksi sinyal, dan protein inti yang terlibat di dalam kontrolekspresi gen.'-^ Pengikatan suatu faktor pertumbuhan pada reseptornya dapat mengakibatkan pro-liferasi atau diferensiasi suatu sel. Reseptor-reseptor faktor pertumbuhan yang aktifakan menginduksi berbagai jalur transduksi sinyal yang berbeda secara biokimiawiyang membawa informasi dari membran ke nukleus. Jalur-jalur ini biasanya melibatkansuatu kaskade dari protein pensinyalan yang bertindak memfosforilasi protein danakhirnya mempengaruhi aktivitas faktor transkripsi, yang mengikat D N A dan me-

42 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E Rngontrol ekspresi gen-gen spesifik. Jalur-Jalur pensinyalan terkait diinduksi olehstimulus stres, misalnya ekspos terhadap panas, radiasi, atau obat-obatan sitotoksik.Jalur lain, disertai dengan elemen-elemen spesifik ataupun u m u m , dimulai denganpengikatan sitokin pada reseptor-reseptornya atau dengan cara interaksi antigen de-ngan reseptor-reseptor pada limfosit.''2.3.4,5 Bab ini meninjau apa yang diketahui mengenai jalur pensinyalan dan p o k o k - p o k o kpenting yang mengidentifikasi abnormalitas yang relevan terhadap pemahaman danmanajemen kanker manusia.JALUR-JALUR PENSINYALAN YANG DIPICU OLEH FAKTOR-FAKTORPERTUMBUHANReseptor Faktor PertumbuhanReseptor-reseptor untuk faktor pertumbuhan mempunyai kemampuan untuk mem-fosforilasi protein sitoplasma pada residu tirosin, sehingga mengaktifkan kaskadep e n s i n y a l a n . M o l e k u l - m o l e k u l i n i , d i s e b u t s e b a g a i R P T K {Receptor Protein TyrosineKinase), a d a l a h s u a t u p r o t e i n y a n g m e n g a n d u n g s e g m e n t r a n s m e m b r a n t u n g g a l , y a n gterbagi menjadi bagian ekstraseluler berupa amino terminal danmempunyai bagianpengikat ligan, serta bagian intraseluler yang mengandung domain kinase. Strukturyang berbeda sering ditemukan di bagian ekstraseluler seperti domain-domain i m u -no%\ohuY\n-likedomain, f i b r o n e k t i n t i p e I I I ( F N I I I ) d o m a i n , e p i d e r m a l growth fac-tor-like domains, d a n cysteine-rich domains(Lihat Gambar 6-1) Domain ekstraseluler dikelompokkan berdasarkan homologi rangkaian berdasarkanposisi asam amino sistein yang utuh atau berdasarkan kesamaannya dengan molekul-molekul pensinyalan lainnya, misalnya imunoglobulin. D o m a i n ekstraseluler terikatpada suatu k o m p o n e n transmembran alfa heliks hidrofobik tunggal dan pendek, yangpada gilirannya terikat pada domain (bagian) tirosin kinase katalitik intraseluler. (LihatGambar 6-1) Tempat katalitik ini secara tipikal lebih kurang 260 asam amino residupanjangnya serta sebanyak 9 0 % identik pada satu molekul ke molekul lain. Derajatdivergensi dankonservasi rangkaian asam amino di dalam struktur u m u m ini telahmemungkinkan pembuatan subkelompok lebih dari 50reseptor tirosin kinase.(Lihat Tabel 6-1) Contoh reseptor tirosin kinase ini masing-masing mempunyai domain pengikatligan ekstraseluler dan domain kinase intraseluler. Elemen struktur yang terpisah d i -dapatkan dalam domain pengikat ligan ekstraseluler pada masing-masing reseptor,meliputi domain yang kaya sistein atau leusin, sekuens mirip protein fibronektin,d o m a i n k a y a acidic amino acid, a t a u a r e a y a n g m e n u n j u k k a n k e s a m a a n d e n g a n i m u -noglobulin. Setiap domain ekstraseluler i n i mempunyai fungsi pengikat ligan yangk h u s u s . E G F R = epidermal growth-factor receptor; P D G F R = platelet-derived growth-factor receptor; F G F R = fibroblast growth-factor receptor; N G F R = nerve cell growth-factor receptor; I N S R = insulin receptor.

TRANSDUKSI SINYAL 43 cM Out Cell\"In Membrano I FGFR T f INSR EGFR NGFR PDGFR % Catalytic I Cysteine Fibron«clin (Kinase) rich RapMts Domain ;ii| D o m a i n Laucina— Immunoglobulir Acid- ncrfi like I rich Domain Domain Domain Class 1 Class I I Class I I I Class I V KGFR IGVR I'DC.IR KiFK V.GVncV-a IC.F-l/liiMilIn [>Dr,F A/R fflFs Tyrosine KinaseB Gambar 6-1. Reseptor Tirosin Kinase''^ (diambil dari Zanke')

44 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E R Tabel 6-1. Reseptor Protein Tirosin KinaseSubfamily Members PDGFR PDGFRa, PDGFRp, SCF, c-KIT CSF-IR, cFMS, FLK2, FLK3 FGFR F G F R (1 -4) INSR EGFR Insulin R ,IGF-IR, R O S NGFR E G F R , c-erbB, Neu, H E R 2 HGFR EPH N G F R , T R K ( A- C ) AXL HGF, c-MET c-SEA DDR E P H , H E K 2 , H E K l l , E L , C E K (4-10), E E K TIE AXL, E Y K ,SKY, T I F ROR T K T DDR, N E P T R K E, C A K TEK, TIE R O R (1 - 2), R E TT h e receptors a r e grouped by similarity of structure and catalytic sites.Members of each f a m i l y likely evolved f r o m a common precursor kinase.Tahap-tahap aktivitasnya' (Lihat Gambar 6-2dan6-3): / like DomainOut CellIn Membrane Gambar 6-2. Pengikatan P D G F pada reseptornya'P D G F mengikat 2 m o l e k u l reseptor, yang memfasilitasi fosforilasi komponen intraselulemya. Fosfo- fosfotirosinr i l a s i i n i a k a n menyebabkan pengambilan m o l e k u l pensinyal intraseluler yang mengikatsehingga m e n i m b u l k a n sinyal T Y R = tirosin (tyrosine); P = fosfat (phosphate)Sesudah mengikat ligan faktor pertumbuhan, perubahan yang sesuai pada domainekstraseluler mengakibatkan terjadinya dimerisasi (gabungan bersama) reseptor t i -rosin kinase. Beberapa ligan, misalnya P D G F , menginduksi bentuk dimeriknya

TRANSDUKSI SINYAL 45A- Recepiof tyrosin* kmases 1© TtB, RecjpUtf Sifmeflni eonine v m i s e s 4 f1 Ii i F naI II II I I II II IrlracelWiw signalsGambar 6-3. Aktivasi reseptor tirosin kinase dan reseptor serin/treonin kinase^ sendiri dari suatu subunit tunggal dan secara alami menginduksi ligan simetrik/re- septor dimer. Ligan-ligan lain yang terdapat sebagai monomer, misalnya E G F , mungkin mempunyai dua tempat pengikatan reseptor yang berbeda.• Dimerisasi reseptor membawa bersama-sama dua domain katalitiknya (domain in- traseluler), yang kemudian melakukan fosforilasi satu sama lain (transfosforilasi), yang mengakibatkan penyebaran sinyal. Dimerisasi reseptor merupakan perubahan primer yang bersesuaian yang diinduksioleh ligan dan bersifat sentral terhadap peristiwa pensinyalan distal. Prinsip pentingini membantu menjeiaskan berapa banyak mutasi onkogenik menginduksi pembelah-an sel abnormal.Pengikatan Reseptor pada Protein SitoplasmaMolekul-molekul pensinyalan pada permukaan sel, misalnya R P T K , berkomunikasidengan molekul-molekul sitoplasma sehingga menyebarkan sinyal. Molekul-molekulp e n s i n y a l a n i n d i v i d u a l d a p a t m e n g a n d u n g b e r b a g a i k o m b i n a s i d o m a i n p e n g i k a t Srchomologi-2 ( S H 2 ) d a n Src homologi-3 ( S H 3 ) a t a u d o m a i n l a i n , y a n g m e n g a k i b a t k a nterbentuknya serangkaian kompleks interaksi potensial. Srcmerupakan homolog ma-malia dari onkogen virus sarkoma Rous.''^'^''*'^ Tahap-tahap aktivitasnya' (Lihat Gambar 6-4):• D o m a i n S H 2 m e n g i k a t m o l e k u l p e n s i n y a l a n l a i n n y a s e c a r a s p e s i f i k p a d a fosfotirosin, berdekatan dengan asam amino spesifik.

46 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E RGambar 6-4. Molekul pensinyal sitoplasma diambil oleh reseptor protein tirosin kinaseP e n g i k a t a n reseptor pada l i g a n - n y a ( m i s a l G F - growth f a c t o r ) menyebabkan fosforilasi komponenintraseluler pada tirosin (\"Yj. F o s f o r i l a s i i n i menyebabkan t e r j a d i n y a h u b u n g a n yang dimediasi inositolS H 2 d a r i enzim seperti fosfolipase C - y ( P L C - \ ) . P L C - Y mengatalisis lisis dan fosfatidil( P I P 2 ) menjadi inositol trifosfat ( I T P ) dan diasilgliserol ( D A G ) . S e l a n j u t n y a , I T P a k a n mening-k a t k a n konsentrasi kalsium sitoplasma dan D A G a k a n mengaktivasi mitogenik protein kinase C(PKC)^• Pengikatan molekul-molekul yang mengandung S H 2 pada reseptor aktif tirosin kinase mempermudah fosforilasinya pada tirosin, yang mengakibatkan perubahan aktivitas enzimatik danpenyebaran sinyalnya. Pengikatan dapat juga mengakibatkan perubahan-perubahan yang sesuai yang tidak bergantung pada fosforilasi walaupun dapat juga mengakibatkan pengaktifan molekul target; yaitu melalui fosfoinositol- 3 - k i n a s e (PI-3 kinase) y a n g m e n g a n d u n g S H 2 , d i m a n a p e n g i k a t a n p a d a R P T K dapat meningkatkan aktivitasnya.• Akhirnya pengikatan protein yang mengandung S H 2pada R P T K dapat berperan untuk membawa protein-protein ini lebih dekat kesubstratnya sendiri, yang m e - ningkatkan efisiensi penyebaran sinyal.

TRANSDUKSI SINYAL 47• O t o - atau trans-fosforilasi pada reseptor tirosin kinase memungkinkan pengikatan protein-protein sitoplasma yang mengandung SH2. Protein-protein sitoplasma ini sering berupa enzim, yang mencakup fosfolipase, fosfatidil inositol-3-kinase, pro- tein tirosin fosfatase, dan Src kinase.• M o l e k u l p e n g i k a t {linker) s e p e r t i growth factor receptor binding p r o t e i n 2 ( G R B 2 ) j u g a m e n g i k a t m o l e k u l G F R a k t i f v i a S H 2 . I k a t a n S O S {son of sevenless) d e n g a n G R B 2 t e r j a d i v i a S H 3 . S O S k e m u d i a n m e n g a t a l i s i s p e r t u k a r a n G D P {Guanosin Di Phosphat) y a n g t e r i k a t p a d a p r o t e i n r a s m e n j a d i G T P {Guanosin Tri Phosphat). D e n g a n demikian, S O S mengaktifkan ras.Pengaktifan Protein RasAbnormalitas pada protein ras telah teridentifikasi pada banyak keganasan padamanusia. Tiga protein rasnormal mamalia, yaitu ras-H, ras-K, dan ras-N, telah ter-identifikasi yang berbeda hanya pada karboksi terminalnya. Mereka mempunyai beratmolekul 2 1 (karenanya disebut p21ras) danmempunyai beberapa perbedaan fung-sional. Protein p21ras beredar sebagai suatu sakelar biner molekuler antara konfigurasi\" o n \" G'VV-bound d a n \"off GDV-bound s e b a g a i r e s p o n s t e r h a d a p s i n y a l e k s t r a -s e l u l e r . ( L i h a t Gambar 6-5)Inactive \ Active (off) SOS (on) GDP GTPGambar 6-5. Ras yang terikat pada G D P menjadi aktif hanya jika diubah menjadi bentuk yang terikat pada G T P '

48 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E RJalur Pensinyalan Protein Kinase yang Diaktifkan MitogenS u a t u b e n t u k m u t a n d a r i g e n raf-\, y a n g d i p o t o n g p a d a u j u n g a m i n o - t e r m i n a l n y a ,secara konstitutif bersifat aktif. M u t a n ini, danbentuk yang terjadi secara alami k a -rena distimulasi ras,menyebabkan pengaktifan suatu jalur pensinyalan yang menga-k i b a t k a n p e n g a k t i f a n E R K {extracellular regulated kinase), y a n g m e r u p a k a n a n g g o t ad a r i f a m i l i M A P K {mitogen-activatedprotein kinase). P e n g a k t i f a n E R K k i n a s e t a m p a kmerupakan bagian dari jalur u m u m yang digunakan oleh stimulus proliferatif yangberbeda. H a l ini dilengkapi dengan pengaktifan berangkai serin/treonin kinase.' (LihatGambar 6-6) mitogens stress (UV, heat, genotoxins)MAPKKK raf-1 MEKKMKK MEK(MKK1) SEK(MKK4) MKK3/MKK6MAPK ERK SAPK p38 H O G cJUN HSPs t TFs cell growth stress division arrest resistance Gambar 6-6. Tiga jalur sinyal paralel'Outcome stimulasi masing-masing hasilnya berbeda: stimulasi E R K menyebabkan pembelahan stimulasisel, stimulasi S A P K a k a n menyebabkan berhentinya pertumbuhan, sedangkan stres.p j g H O C ( H O G = high osmolarity glycerol) menghasilkan resistensi terhadap Raf-1 secara langsung mengaktifkan suatu famili dari isoform E R K kinase yangterkait erat, yang disebut sebagai M A P K atau E R K kinase ( M E K ) . Pengaktifan M E Kdiinduksi oleh fosforilasi pada residu serin yang meningkatkan ketersediaan tempatkatalitik untuk substrat potensial. Fosforilasi E R K yang diinduksi M E K terjadi padat r e o n i n d a n t i r o s i n p a d a m o t i f T E Y ( T = t r e o n i n , E = glutamic acid, Y = t i r o s i n ) ,yang menginduksi pengaktifan katalitik E R K dantranslokasinya pada nukleus. E R K

TRANSDUKSI SINYAL 49nuklir mengatur transkripsi, sehingga melengkapi transmisi sinyal dari membran si-toplasma k e D N A pada nukleus sel.' Target E R K aktif juga mencakup protein-protein yang mengawali atau menyebarkansinyal yang mengakibatkan pengaktifannya sendiri, mencakup reseptor faktor per-t u m b u h a n n e u r o n a l , r e s e p t o r E G F {epidermal growth factor), S H - P T P 2 , S O S , r a f - 1 ,dan M E K . E R K aktif dapat juga menargetkan protein-protein sitoskeletal. Dengankisaran luas target potensial tersebut, E R K dapat mengoordinasikan suatu kerja yangkompleks misalnya regulasi perkembangan siklus sel.Peran perintah tersebut m e m -butuhkan kemampuan u n t u k mengintegrasikan replikasi D N A , morfologi sel, adesisel, dan gangguan membran nuklear serta menjeiaskan peran m e n o n j o l dari aktivatorE R K pada transformasi malignan.'Pengaktifan Faktor-faktor TranskripsiPengaktifan jalur pensinyalan mitogenik mengakibatkan transkripsi gen-gen baru yangmengoordinasikan pertumbuhan sel. Transkripsi gen dikatalisis oleh enzin R N Apolimerase I I dan m o l e k u l - m o l e k u l penunjang lainnya yang secara kolektif disebutfaktor-faktor transkripsi. F a k t o r - f a k t o r t r a n s k r i p s i m e m p e n g a r u h i r e g u l a s i g e n - g e ndengan mengikat rangkaian pengenalan D N A spesifik, yang panjangnya secara tipikal6 - 8 pasangan basa, ditemukan pada daerah-daerah p r o m o t e r pada titik awal gen.Aktivitas faktor-faktor transkripsi dapat dimodifikasi, paling sering dengan fosforila-si, melalui aktivitas banyak jalur pensinyalan yang telah diuraikan sebelumnya. Merekadapat juga ditingkatkan melalui interaksi dengan molekul-molekul kecil (misalnyah o r m o n - h o r m o n steroid). Mutasi faktor-faktor transkripsi, yang dapat menyebabkantidak teraturnya pengaktifan dan ekspresi gen, dapat mengakibatkan transformasi dantelah berdampak pada kanker manusia. Berdasarkan pada struktur domain-domainpengikat D N A - n y a , faktor-faktor transkripsi dapat ditempatkan kedalam kelompok-k e l o m p o k helix-turn-helix ( H T H ) , helix-loop-helix ( H L H ) , zinc-finger, a t a u leucine-zipper.^ ( L i h a t G a m b a r 6 - 7 ) Faktor-faktor transkripsi H T H tersusun secara struktural dari 3 alfaheliks. D u aheliks memperantarai interaksi dengan molekul pensinyalan atau dengan elementranskripsi lainnya, sedangkan heliks ketiga berinteraksi dengan rangkaian-rangkaianspesifik pada D N A target.' Faktor-faktor transkripsi H L H , misalnya produk proto-onkogen c-myc, mengan-dung 2 alfaheliks yang dipisahkan oleh suatu lengkungan pendek peptida pengikatD N A d a nmenjadi aktif sesudah heterodimerisasi. Kedua kelas struktural tersebutsering mengatur gen-gen yang mengontrol perkembangan pada manusia.' F a k t o r - f a k t o r t r a n s k r i p s i zinc-finger m e n g a n d u n g s u a t u r a n g k a i a n y a n g t e r d i r i a t a s20 - 30asam amino yang mempunyai 2 sistein atau histidin residu yang berpasanganyang dikoordinasikan oleh i o n seng. Rangkaian antara sistein yang berpasangan i t umenonjol seperti jari, yang memberikan nama pada faktor transkripsi ini. Spesifisitaspengikatan D N A diberikan oleh rangkaian pada dasar lengkungan. Anggota kelompokfaktor transkripsi ini memperantarai diferensiasi dansinyal-sinyal pertumbuhan, men-

50 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E RHTH Type Protein-binding DNA-binding (e.g.0ct1) domain domain HLH Type a - helix a-helix (e.g. myc) DNA-bindingZinc Finger Type domain(e.g. glucocorticoidreceptor) C = Cysteine H = HistidineLeucine Zipper Type — DNA-binding - Hormone-binding(e.g.c-jun) domain domain Dimerization domain L - Leucine Helical Region ' DNA-binding ' domain Gambar 6-7. Faktor-faktor transkripsi' d i p e r l i h a t k a n diS t r u k t u r u m u m n y a d i p e r l i h a t k a n pada gambar di atas. Contoh masing-masingdalam k u r u n g .cakup mereka yang disebabkan oleh pengikatan h o r m o n - h o r m o n steroid pada resep-tor; mereka telah berdampak pada keganasan.' Faktor-faktor transkripsi leusin-zipper mengandung daerah-daerah heliks denganleusin residu yang terjadi pada setiap asam amino ketujuh, yang semuanya menonjoldari sisi alfaheliks yang sama. Leusin ini berinteraksi secara hidrofobik dengan leusindari protein yang sama dengan cara antiparalel. Faktor-faktor ini,yang terdapat seba-

TRANSDUKSI SINYAL 51gai h o m o d i m e r atau heterodimer, mencakup pasangan fos/jun (disebut faktor trans-kripsi A P I ) , yang menjadi aktif oleh stres seluler. Anggota k e l o m p o k ini juga cen-derung menjadi aktif oleh stimulus proliferatif dan developmental.'JALUR PENSINYALAN Y A N G D I A K T I F K A N O L E H STRESProtein Kinase yang Diaktifkan oleh StresJalur pensinyalan i n i dapat mengoordinasikan upaya-upaya oleh suatu sel u n t u k m e m -perbaiki kerusakan yang disebabkan oleh stres atau dapat mengoordinasikan kematiansel yang diprogram atau apoptosis, jika kerusakan sangat luas. Jalur-jalur tersebutdapat timbul dari kompleks pensinyalan primitif yang umum.''-^ (Lihat Gambar 6-8) Lingkungan selmemberikan berbagai stres fisik misalnya panas yang ekstrim,ek-spos terhadap ultraviolet dan radiasi ionisasi, danekspos terhadap senyawa-senyawabiologi yang potensial merusak, misalnya sitokin I L - 1 danfaktor a nekrosis tumor MEK(MKKI) SEK (MKK4) MKK3/6 ES H O . 0 0 • 0R A P KKG ^0 ^0 ^0c-fos c-]un Heat shockc-myc proteins othersGambar 6-8. M A P K diaktivasi oleh dual phosphorilation pada treonin (T) dan tirosin (Y)Sekuen primer di sekitar tempat aktivasi i n i berbeda ( E = g l u t a m i c acid; P = p r o l i n e ; G = g l y c i n e ) ,yang masing-masing menghasilkan konformasi u n i k yang h a n y a d i k e n a l oleh aktivatornya. ERKyang diaktivasi a k a n menyebabkan pengaktifan faktor transkripsi mitogenik seperti c-fos dan c-myc.Aktivasi S A P K menghasilkan pengaktifan faktor transkripsi c - j u n , yang a k h i r n y a m e n i m b u l k a ngrowth arrest atau apoptosis. T a r g e t d a r i p 3 8 ^ 0 G kinase menyebabkan pengaktifan protein heat-shock berberat m o l e k u l r e n d a h , yang mengubah resistensi kerusakan sel akibat panas.'

52 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E R( T N F - a ) . Setiap stres i n i mengal<:ibatkan fosforilasi 2 serin residu dari c-jun, yaitusuatu komponen dari kompleks faktor transkripsi A P - 1 . Tempat-tempat ini, yaituserin 63dan 73 ditemukan dalam sebagian molekul c-jun yang mempengaruhi pengi-katannya pada molekul-molekul lain yang terlibat pada transkripsi D N A (dikenals e b a g a i s u a t u d o m a i n transactivating)?'^ D o m a i n ini mengalami delesi sesuai dengan onkogen virus v-jun yang menyatakansecara tidak langsung kepentingannya pada regulasi pertumbuhan negatif. Serin residuini masing-masing berdekatan dengan suatu prolin, yang menyatakan bahwa kinaseyang bertanggung jawab dapat terikat terhadap rangkaian yang mengandung prolin,sebagaimana diuraikan untuk M A P kinase. Sementara itu, famili E R K dari M A P k i -n a s e m e n g a k t i f k a n c-jun poorly, y a i t u s u a t u f a m i l i p r o t e i n k i n a s e y a n g d i a k t i f k a n o l e hS A P K (Stress Activated Protein Kinases) y a n g m e n g i k a t d a n m e m f o s f o r i l a s i s u a t u c - j u npada kedua residu serin i n i yang berespons terhadap stres sel.'--^ S A P K dan E R Kmerupakan komponen-komponen dari jalur pengaktifan yangparalel tapi berbeda, yang terpisah satu sama lain oleh adanya interaksi intermolekuleryang sangat spesifik. Suatu kinase serin/treonin yang disebut S A P K dan E R K kinase(SEK), yang merupakan homolog terhadap M E K , memfosforilasi S A P K i n vivo; S E Kpada gilirannya diaktivasi melalui fosforilasi oleh M E K kinase yang salah penamaan( M E K K ) , yang merupakan h o m o l o g fungsional dari M E K aktivator raf. M E K K , yangdiidentifikasi mulanya sebagai suatu M E K kinase yang potensial oleh percobaan i nvitro, sesungguhnya merupakan suatu fosforilator M E K dan lebih menyukai S E K se-bagai suatu substrat pada kondisi fisiologis.''^ O l e h karena jalur-jalur yang terkait secara struktural i n i dikontrol oleh stimulusyang mempuyai akibat-akibat fisiologis berbeda (yaitu mitogenesis atau respons stres)jalur tersebut dan molekul efektornya, sekalipun terlibat didalam evolusi, telah men-jadi berbeda secara fungsional.' pjgFfOG ( H O G = high osmolarity glycerol), s a m a d e n g a n E R K d a n S A P K , m e -ngandung asam amino karakteristik motif T X Y (di mana x adalah asam amino). D a l a mhal ini T G Y adalah tempat pengaktifan. Residu treonin dan tirosin, yang terpisah olehglisin, menjadi terfosforilasi dalam respons terhadap berbagai stimulus stres yangmeliputi hiperosmolaritas, syok panas, radiasi ultraviolet, stres oksidatif, dan inhibi-tor-inhibitor sintesis protein. Tempat pengaktifan T G Y tampak karakteristik untukp j g H O G j j j ^ menyatakan suatu jalur pensinyalan yang berbeda, meskipun kesamaans e n y a w a - s e n y a w a y a n g m e n s t i m u l a s i S A P K d a n P38^'^'^ t e r d a p a t . S e m e n t a r a i t u ,S E K , a k t i v a t o r S A P K d a p a t m e m f o s f o r i l a s i P38^^^ i n v i t r o , y a i t u s u a t u p a s a n g a nterkait dari kinase serin/treonin mamalia, M A P kinse kinase 3 ( M K K 3 ) , dan M A Pk i n s e k i n a s e 6 ( M K K 6 ) , t a m p a k m e n g a k t i f k a n P38^0'^ i n v i v o . K e d u a M K K 3 d a nM K K 6 mempunyai kesamaan struktur terhadap S E K (juga dikenal sebagai M K K 4 )dan M E K (juga dikenal sebagai M K K l ) . H a lini menyatakan evolusi suatu molekulu m u m p r e k u r s o r . B a i k j a l u r S A P K m a u p u n P38^^^ k i n a s e d i p i c u o l e h k i n a s eserin/treonin, yang mengaktifkan dirinya sendiri oleh kinase-kinase yang terkait de-ngan protein pengikat G T P '

TRANSDUKSI SINYAL 53PENSINYALAN MELALUI RESEPTOR-RESEPTOR SITOKINStimulasi pada proliferasi atau diferensiasi sel dapat ditransmisikan melalui reseptor-reseptor yang tidak tampak merupakan enzim, tetapi yang menstimulasi fosforilasitirosin pada protein sitoplasma. Reseptor-reseptor ini, yang secara kolektif disebutsuperfamili reseptor-sitokin, m e m p e r a n t a r a i p e r k e m b a n g a n h e m a t o p o i e t i k , n e u r a l , d a nembrional melalui faktor-faktor interleukin, interferon, dan yang menstimulasikoloni.''2'''Struktur Reseptor-reseptor Sitokin Reseptor-reseptor ini mengandung segmen-segmen pengikat ligan ekstraseluleryang unik yang berpasangan dengan komponen-komponen intraseluler yang terikatpada Jalur-jalur pensinyalan. Empat molekul pensinyalan yang berbeda telah teriden-tifikasi yang digunakan oleh kebanyakan reseptor sitokin multisubunit. Molekulgpl30 (IL-6R|3c, d i mana \"c\" m e n u n j u k k a n bahwa rantai-rantai i n i bersifat u m u mt e r h a d a p r e s e p t o r s i t o k i n l a i n n y a ) d i b e r i k a n o l e h r e s e p t o r - r e s e p t o r u n t u k I L - 6 , ciliaryneurotrophic factor ( C N T F ) , L I E {leukemia inhibitory factor), o n k o s t a t i n M ( O M ) ,dan I L - I L Sitokin-sitokin ini mempunyai efek yang tumpang tindih pada sel-sel yangmemiliki reseptor ini. H a l yang sama, respons terhadap I L - 3 , I L - 5 , d a nG M - C S F{granulocyte-macrophage colony stimulating factor) b e r t u m p a n g t i n d i h p a d a b e r b a g a isel hematopoietik, yang dijelaskan oleh pemakaian u m u m rantai yang mentransduksisinyal IL-3Rbetac (Juga dikenal sebagai rantai K H 9 7 ) pada reseptor u n t u k sitokin ini.Reseptor I L - 2 tersusun dari tiga subunit: rantai alfa, beta, dan gamma, yang secaraformal disebut sebagai IL-2Ralfa, IL-2Rbetac, dan IL-2Rgammac. Subunit beta digu-nakan oleh reseptor IL-15, sedangkan subunit gamma digunakan sebagai bagian darireseptor u n t u k I L - 4 , I L - 7 , d a n IL-9.''2>'* ( L i h a t G a m b a r 6 - 9 )Jalur Pensinyalan yang Diinduksi oleh SitokinU m u m n y a pada pensinyalan yang diawali oleh ligan-ligan dari reseptor-reseptor pro-tein tirosin kinase, sitokin menginduksi dimerisasi komponen-komponen reseptorsebagai satu langkah menuju inisiasi jalur pensinyalan sitoplasmik. Reseptor-reseptorsubunit tunggal untuk G - C S F daneritropoietin menyempurnakan halini denganmembentuk homodimer yang membawa duareseptor bersama-sama. Fosforilasi t i -rosin yang diinduksi dimerisasi pada masing-masing pasangan pengikat kemudian ter-jadi, yaitu suatu peristiwa yang diperantarai oleh kinase-kinase aktif famili-src ataufamili-JAK. Langkah kritis ini menghasilkan tempat-tempat pengikatan untuk pro-tein-protein pensinyalan yang mengandung S H 2 ,yang mengakibatkan penyebaransinyal. Satu kelompok dari protein-protein S H 2 yang berkaitan dengan reseptor-re-s e p t o r s i t o k i n a k t i f a d a l a h f a m i l i S T A T {signal transducers and activators of transcrip-tion) d a r i f a k t o r - f a k t o r t r a n s k r i p s i . S u n g g u h , s t i m u l a s i p a d a r e s e p t o r s i t o k i n s p e s i f i kmengakibatkan pengaktifan spesifik pada molekul-molekul S T A T individual. H a l ini

54 B I O M O L E K U L A R PADA K A N K E RA Cytokine Signal GP130 Transduction CO) ERK Kinasee STAT Structure TTCCNGGAA [ SH3 I S H 2 ) - Y - DNA-binding domain conserved site of tyrosine piTOsphorylationC Binding of receptors to STATs Cytokine IL6 GP130 IFN IL2 G-CSF 1U12 IL3 receptor ^^ ^o l B ^^ ^ STAT; 3 45 12 Gambar 6-9. Transduksi sinyal sitokin'A . L i g a n menginduksi dimerisasi reseptor spesifik, yang kemudian m e n i m b u l k a n transfosforilasi re-septor m e l a l u i aktivitas J A K . Reseptor fosfotirosin mengikat m o l e k u l pensinyal S T A m e l a l u i domainS H 2 . S T A T mengalami autodimerisasi dan fosforilasi, kemudian m e n u j u ke nukleus u n t u k meng-aktifkan transkripsi.B. S t r u k t u r u m u m S T A T .C . Reseptor sitokin mampu mengikat m o l e k u l S T A T multipel. Jadi, tidak eksklusif u n t u k masing-ma-sing reseptor.

TRANSDUKSI SINYAL 55terjadi oleh adanya interaksi antara domain-domain S H 2S T A T dengan fosfotirosinresidu yang ditemukan pada suatu rangkaian utama pada molekul-molekul reseptorsitokin individual.''^''* Meskipun rangkaian pengaktifan J A K yang diikuti oleh fosforilasi S T A T sesudahligasi sitokin pada reseptor-reseptornya telah didefinisikan dengan baik, stimulasi padareseptor sitokin dapat juga mengaktifkan E R K kinase pada suatu jalur pensinyalanyang melibatkan protein ras.Fosforilasi pada reseptor-reseptor sitokin, misalnya yanguntuk eritropoietin, mengintroduksi tempat-tempat pengikatan S H 2untuk molekul-molekul pengikat pada jalur pensinyalan ras. Tambahan pula, sejumlah sitokin m e -nginduksi fosforilasi subunit p85 dari fosfatidilinositol-3 kinase, sehingga menghu-bungkan jalur pensinyalan lipid kinase dansitokin. Pengamatan i n i menyatakanbahwa stimulasi pada reseptor sitokin dapat menginduksi jalur pensinyalan sel yangberbeda, yang diduga perlu untuk menghasilkan suatu respons seluler optimal. Peng-aktifan S T A T dapat juga terjadi sesudah stimulasi melalui reseptor-reseptor selain re-septor-reseptor dari superfamili sitokin. S T A T l dan S T A T 3 dapat diaktifkan oleh re-septor E G F i n vivo dan secara langsung difosforilasi oleh reseptor tirosin kinase i nvitro. Reseptor C S F - 1 dan P D G F dapat juga memfosforilasi S T A T yang menyatakanbahwa beberapa tumpang tindih terjadi antara jalur pensinyalan yang diperantarai si-tokin dan yang diperantarai faktor pertumbuhan.'-^''^PENSINYALAN MELALUI RESEPTOR-RESEPTOR ANTIGENPensinyalan melalui reseptor-reseptor antigen permukaan sel terjadi sesudah interaksidengan salah satu dari sejumlah besar stimulan potensial. Limfosit B dan T , yangdistimulasi oleh antigen-antigen asing, menggunakan jalur pensinyalan yang memberi-kan karakteristik dengan yang sudah diuraikan sebelumnya.'Reseptor-reseptor Antigen LimfositPengenalan antigen oleh sel-sel T diberikan oleh reseptor sel-T yang mempunyai duasubunit, yaitu rantai alfa d a nbeta, yang secara struktural sama dengan molekul-molekul imunoglobulin pengikat antigen yang ditemukan pada limfosit B . ' Sebagai suatu aturan, semua molekul pengikat antigen ini mempunyai bagian sito-plasmik yang sangat pendek dan dipasangkan ke jalur pensinyalan sitoplasmik melaluimultisubunit m o l e k u l - m o l e k u lC D 3 dan C D 4atau C D S pada sel-sel T dan melaluiheterodimer dari imunoglobulin rantai alfa dan beta pada sel-sel B . K o m p o n e n - k o m -ponen reseptor sel T dan sel B ini dipasangkan pada kaskade pensinyalan kinase in-traseluler melalui m o t i f - m o t i f u t u h yang terdiri atas tirosin ( Y ) dan leusin ( L ) yangberpasangan yang mempunyai rangkaian konsensus ( D / E ) X X Y X X L ( X ) 6 - 8 Y X X L (dimana D adalah asam aspartat, E adalah asam glutamat, Y adalah tirosin, L adalahl e u s i n , d a n X a d a l a h s e t i a p a s a m a m i n o ) , y a n g d i s e b u t antigen recognition activationmotive ( A R A M ) . R a n g k a i a n A R A M d i f o s f o r i l a s i p a d a t i r o s i n o l e h s i t o p l a s m i k k i n a s e

56 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E R Antigen Presenting CellCD45 MHO Ag outside T- lymphocyte inside a Cell membrane \ CD CD 43 8 PLCyl ras Gambar 6-10. Kompleks pensinyal reseptor sel T 'dan menjadi terikat oleh S H 2yang mengandung molekul-molekul pensinyalan sito-plasmik.' (Lihat Gambar 6-10) Limfosit T tidak akan berespons terhadap antigen-antigen kecuali dalam kaitan de-ngan molekul-molekulM H C ; yaitu molekul-molekulyang dikenali oleh C D S atauC D 4 pada permukaan limfosit T . Protein tirosin kinase famili src,yang diketahuisebagai Ick, berkaitan dengan ujung sitoplasmik dari m o l e k u l - m o l e k u l aksesori i n imelalui N-terminal glisin residu. Tirosin kinase tersebut berpasangan dengan jalurpensinyalan sitoplasmik dengan memberikan domain S H 2 - n y a sebagai suatu tempatpengikatan u n t u k molekul-molekul pensinyalan yang difosforilasi tirosin. Sebagaitambahan, Lck, ketika diaktifkan, memfosforilasi tirosin residu pada rangkaian A R A Mdari C D 3 , yang memungkinkan pengikatan suatu kinase tambahan dengan suatu d o -main S H 2 , yaitu protein kinase yang terkait dengan zeta p70 (ZAP-70). Z A P - 7 0 men-jadi aktif pada hubungan dengan C D 3 melalui fosforilasinya oleh src kinase ataumelalui perubahan-perubahan struktural alosterik yang diinduksi oleh pengikatandengan C D 3 ini.Suatu h o m o l o g Z A P - 7 0 menjadi aktif dengan cara yang sama sesudahstimulasi pada limfosit B dan hubungan-hubungan dengan rantai invarian (tetap) darireseptor antigen sel B melalui pengikatan yang diperantarai S H 2 / A R A M . Molekul

TRANSDUKSI SINYAL 57C D 1 9 , dan m u n g k i n C D 2 1 , dapat bekerja pada limfosit B sebagai ekuivalen fungsionaldari m o l e k u l aksesori sel T C D 4 d a nC D S , yang mengikat kinase famili src d a nmemperantarai fosforilasi suatu homolog ZAP-70.' Suatu peran sentral pada transduksi sinyal limfosit dimainkan oleh protein tirosinfosfatase C D 4 5 transmembran. Fosfatase dapat diharapkan melawan efek-efek dariprotein tirosin kinase jika keduanya bekerja pada tirosin yang sama. Alternatifnya,fosfatase yang menargetkan fosfotirosin residu inhibitori pada kinase dapat mening-katkan aktivitas kinase-kinase ini.'Pensinyalan SitoplasmikLigasi antigen pada reseptor-reseptornya pada sel T dan B mengaktifkan komplekspensinyalan yang telah diuraikan d i atas dan mengakibatkan pengaktifan fosfolipaseC gamma-1 melalui fosforilasi tirosin. H a l ini, pada gilirannya, mengakibatkan diha-silkannya inositol-trifosfat dan diasilgliserol. Pengaktifan inositol-trifosfat menga-kibatkan peningkatan kalsium sitoplasmik yang cepat dan bertahan lama disebabkanpembebasan dari cadangan intraseluler. Meningkatnya kalsium sitoplasmik meningkat-kan aktivitas serin fosfatase yang dikenal sebagai kalsinurin dan mengakibatkan peng-aktifan faktor-faktor transkripsi yang mengatur ekspresi gen-gen sitokin.' Stimulasi pada limfosit T d a n B juga mengakibatkan pengaktifan cepat p21''^^,mungkin melalui inhibisi pada protein pengaktif ras-GTPase dan pengaktifan aktivitaspertukaran guanin nukleotida. Sebagaimana diperlihatkan pada stimulasi faktor per-t u m b u h a n , pengaktifan ras berpasangan dengan pengaktifan berangkai raf-1 dan E R Kprotein kinase dan mengakibatkan regulasi transkripsi gen. Pensinyalan optimal sel Tbergantung pada stimulasi T C R dan pada suatu \"sinyal kedua\". Sinyal kedua ini, yangdiberikan oleh ligasi pada molekul permukaan C D 2 8 , mengakibatkan sekresi I L - 2limfosit. Interaksi molekuler antara T C R dan jalur pensinyalan kedua tetap tidakdiketahui.' Meskipun keganasan hematopoietik pada manusia yang disebabkan oleh gangguanpada molekul pensinyalan limfosit ini belum teridentifikasi, overekspresi pada peneli-tian-penelitian percobaan mengakibatkan proliferasi sel-sel klonal. Penelitian-peneli-tian mendatang mengenai mieloma atau l i m f o m a manusia dapat mengidentifikasi ab-normalitas molekul ini dan dapat menyatakan strategi-strategi terapeutik molekulerspesifik.'RUJUKAN L Zaniie BW Growth Factors and Intracellular Signaling. In: Tannock IF, Hill RK The Basic Science of Oncology. 3'''' ed. Singapore: The McGraw-Hill C o , 1998; 106 -33 2. Kimmelman A, Bafico A, Aaronson SA. Oncogenes and Signal Transduction. In: Mendelsohn J, Howley PM, Israel MA, Liotta LA. The Molecular Basis of Cancer. 2\"^ ed. Philadelphia: WB Saunders Company, 2001; 115-33

58 B I O M O L E K U L A R P A D A K A N K E R 3. Tronick SR, Aaronson SA. Growth Factors and Signal Transduction. In: Mendelsohn J , Howley PM, Israel MA, Liotta L A . The Molecular Basis of Cancer. Philadelphia: WB Saunders Company, 1995; 117-40 4. Heldin C H , Ronnstrand L . Growth Factor receptors in cell tr,insformation. In: Peters G , Vousden K H . Oncogenes and Tumour Suppressors Oxford New York; Oxford University Press, 1997; 55-85 5. Reith A D , Panayotou G . Growth factor sign.iling pathways in cancer. In: Franks L M , Teich N M . Introduction to the Cellular and Mollecular Biology of Cancer. 3'''' ed. Oxford: Oxford University Press, 1997; 230-50