Bab 42. Kerja Hormon & Transduksi Sinyal

PERAN BIOMEDIS menyebabkan pelepasan satu atau lebih hormon yang akan mengelola pembentukan respons adaptif yang diperlukan'Adaptasi homeostasis suatu organisme terhadap lingkungan Demi kepentingan pembahasan ini, hormon dikategorikanterus berubah dan sebagian besar terlaksana melaiui seperti yang dijelaskan di Bab 41, yt. berdasarkan lokasiperubahan aktivitas dan jumlah protein. Hormon adalahbagian pentingy ng memfasilitasi perubahan ini. Interaksi reseptor selular spesifiknya dan jenis sinyal yang dihasilkan.hormon-reseptor menyebabkan terbentuknya sinyal Hormon kelompok I berinteraksi dengan resePtor intraselintrasel yang dapat mengatur aktivitas gen-gen tertentusehingga mengubah jumlah protein tertentu di sel target, dan hormon kelompok II dengan tempat pengenalan reseptoratau memengaruhi aktivitas protein spesifik, termasuk yang terletak pada permukaan ekstrasei membran plasma sel target. Sitokin, interleukin, dan faktor pertumbuhan jugaenzim dan pengangkut atau protein kanal (proteins harus dipertimbangkan dalam kategori ini. Molekul-molekulchannel). Sinyal dapat memengaruhi lokasi protein di sel ini yang sangat penting dalam adaptasi homeostasis, adalahdan dapat memengaruhi proses-proses umum, misalnya hormon dalam arti bahwa senyawa tersebut dihasilkansintesis protein, pertumbuhan sel, dan replikasi, mungkin di sel spesifik, rnemiliki kerja autokrin, parakrin, danmelaiui efek pada ekspresi gen. Molekul pembentuk sinyallainnya-termasuk sitokin, interleukin, faktor pertumbuhan, endokrin, berikatan dengan reseptor di permukaan sei, dandan metabolit-menggunakan sebagian mekanisme umum mengaktifkan banyak jalur tlansduksi sinyal yang digunakandan jalur transduksi sinyai yang sama. Pembentukan dan oleh hormon keiompok II.pelepasan hormon dan molekul regulatorik lain secaraberlebihan, terlalu sedikit, atau ddak tepat adalah penyebab PEMBENTUKAN SINYAIutama suatu penyakit. Banyak obat yang bertujuan untukmengoreksi atau memengaruii jalur-jalur tersebut yang Kompleks Ligon-Reseptor Adoloh Sinyoldibahas di bab ini. untuk Hormon Kelompok IHORTSON MENYATURKAN SINYAI Homon kelompok I yang lipofilik berdifusi melaluiUNTUK ME'I/IENGARUHI MEKANISMEHOMEOSTASIS membran plasma semua sel, tetapi hanya berikatan dengan reseptor intrasel yang spesifik dan berafinitas tinggi padaTahap-tahap umum yang berperan menghasilkan respons sel target. Reseptor-reseptor ini dapat terletak di sitoplasmaterpadu terhadap rangsangan tertentu dilukiskan pada atau nukleus sel target. Kompleks hormon-reseptor mula-Gambar 42-1. Rangsangan tersebut dapat berupa tantangan mula mengalami reaksi pengaktivan. Seperti diperlihatkanatau ancamar] terhadap organisme, organ, atau integritas di Gambar 42-2, pengaktivan reseptor terjadi meialuisebuah sei di dalam organisme tersebut. Pengenalan paling sedikit dua mekanisme. Contohnya, glukokortikoidrangsangan adalah tahap pertama dalam respons adaptif- berdifusi menembus membran plasma dan menjumpaiDi dngkat organisme, hal ini umumnya melibatkaa sistem reseptornya di sitoplasma sel target. Pengikatan ligan-saraf dan indera khusus (penglihatan, pendengaran, nyeri, reseptor menyebabkan disosiasi heat shark protein 90penciuman, dan pengecapan). Di tingkat organisme atau sel, (hsp90) dari reseptor. Tahap ini tampaknya penting untukpengenalan melibatkan faktor-faktor fi sikokimiawi, misalnya memindahkan reseptor glukokortikoid ke dalarn nukleus- Reseptor ini juga mengandung sekuens-sekuens lokalisasipH, tekanan O,, suhu, pasokan nutrien, metaboiit yang yang membantu proses translokasi tersebut dari sitoplasmamengganggu, dan osrnolaritas. Pengenalan yang tepat akan ke nukleus. Reseptor yang teraktivasi berpindah ke nukleus (Gambar 42-2) dan berikatan kuat dengan sekuens DNA spesifik yang disebut ltorrnone respanse element (HRE' 478

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 479 RANGSANGAN Pengenalanffi @ Pelepasan hormon I Pembentukan sinyal I Banyak sinyal berbedaKompleks hormon-reseptor EfektI j*\"Oh\"tn.l , Tt-\"-\"4\"- It J,p-.*t\"dinr-llll lipl-r,o*uteoin_l lt(anbr ll I RESPONS TERPADU TERHADAP RANGSANGANCambar 42-1. Keterlibatan hormon dalam respons terhadap suatu rangsangan. Tantangan terhadapintegritas organisme akan memicu respons yang mencakup pengeluaran satu atau lebih hormon.Hormon ini menghasilkan sinyal pada atau di dalam sel target dan sinyal-sinyal ini mengaturberbagai proses biologis yang merupakan respons terpadu terhadap rangsangan atau tantangan.Lihat Cambar'42-B untuk contoh spesifik.elemen respons hormon). Dalam kasus yang diperlihatkan, pada nukleus sel sudah cukup banyak diketahui. Sebagianelemen ini adalah elemen respons glukokortikoid atau besar bukti menunjukkan bahwa hormon-hormon ini menimbulkan efek dominannya dengan memodulasiGRE. Urutan konsensus untuk HRE diperlihatkan pada transkripsi gen, tetapi hormon-hormon tersebur**danTal:el 42-1. Percepatan transkripsi gen biasanya terjadi jika banyak hormon dalam kelas lain yang dibahas di bawah-reseptor berligan yang terikat pada DNA berfungsi sebagai dapat bekerja di setiap tahap dalam \"jalur informasi\" yangtempat pengikatan berafinitas tinggi bagi satu atau lebih diperlihatkan di Gambar 42-3. Efek langsung steroidprotein koaktivator. terhadap sitoplasma dan berbagai organel dan membran Sebaliknya, hormon tertentu, misalnya hormon tiroid juga telah dibicarakan.dan retinoid berdifusi dari cairan ekstrasel menembus HORTYION KEIOrPOK il (PEPT|DA &membran plasma dan langsung masuk ke dalam nukleus. KATEKOIAMINI MEM|LIK| RESEPTORDalam hal ini, reseptor yang bersangkutan telah terikat pada MEMBRAN & MENGGUNAKAN PERANTARA INTRASELHRE (untuk contoh ini, elemen respons hormon tiroidITREI). Namun, reseptor yang terikat pada DNA ini tidak Banyak hormon bersifat larut-air, tidak memiliki protein pengangkut (sehingga waktu-paruh dalam piasmanyadapat mengaktifkan transkripsi karena terdapat dalam suatu singkat), dan memicu suatu respons dengan mengikat su.atukompleks korepresor. Kompleks reseptor-korepresor iniberfungsi sebagai represor aktif transkripsi gen. Asosiasi ligan reseptor di membran plasma (lihat Thbel 41-3 dan 4l-4)- Mekanisme kerja hormon kelompok ini paling baik dibahasdengan reseptor ini menyebabkan disosiasi satu atau beberapa berdasarkan sinyal intrasel yang dihasilkannya. Sinyal-korepresor. Reseptor berligan kini mampu mengikat satu sinyal ini mencakup cAMP (AMP siklik; asam 3',5'-adenilat;atau lebih koaktivator dengan afinitas tinggi sehingga terjadi lihat Gambar 19-5), suatu nukleotida yang berasal dari AIPpengaktivan transkripsi gen. Hubungan resepror hormon melalui kerja adenilil siklase; cGMB suatu nukleotida yangdengan reseptor nukleus lainnya serta dengan koregulator dibentuk oleh guanilil siklase; Ca2.; dan fosfatidilinositida.dibahas secara lebih rinci kemudian. Banyak dari second messenger ini memengaruii nanskripsi gen sepefii dijelaskan di alinea sebelumnya; terapi second Dengan memengaruhi transkripsi gen dan pembentukan messenger ini juga rnernengaruhi beragam proses biologis lainmRNA target yang tepat secara selektif jumlah protein seperd diperlihatkan di Gambar 42-1.spesifik akan diubah dan memengaruhi proses metabolik.Pengaruh masing-masing hormon cukup spesifik; secaraumum, hormon memengaruhi kurangdari 1olo gen, mRNA,atau protein pada sel target; terkadang hanya beberapa yangterpengaruh. Efek hormon steroid, tiroid, dan retinoid

48O / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASEL a Sitoplasma -4ffiG\t< f{ fiGambar 42-2. Regulasi ekspresi gen oleh hormon kelas l. Hormon steroidmudah memasukikompartemen sitoplasma sel target. Hormon glukokorti-koid (segitiga sotid) menjumpai reseptornya di sitoplasma, dan reseptor ter-sebut terdapat dalam bentuk kompleks dengan heat shock protein 90 (hsp90). Pengikatan ligan menyebabkan disosiasi hsp dan terjadi perubahanstruktur reseptor. Kompleks reseptor-ligan kemudian menembus membrannukleus dan berikatan dengan DNA dengan spesifisitas dan afinitas tinggi([),pada elemen respons glukokortikoid (CRE). Kejadian ini memicu pemben-tukan sejumlah koregulator transkripsi dan terjadi peningkatan trans-kripsi. Sebaliknya, hormon tiroid dan asam retinoat (r) secara langsungmasuk ke nukleus, tempat reseptornya berada dan telah terikat pada elemenrespons dengan kompleks represor transkripsi (o). Kompleks ini, yang ter-diri dari molekul seperti N-CoR atau SMRT (lihat Tabel 42-6) tanpa adanyaligan, secara aktif menghambat transkripsi. Terikatnya ligan menyebabkandisosiasi kompleks represor dari reseptor sehingga dapat terbentuk kom-pleks aktivator. Kemudian terjadi transkripsi gen secara aktif.Reseptor Terkqit-Protein G (G Prolein' yang membentuk suatu sistem untuk membentuk, mengu-Coupled Receptor, GPCR) raikan, dan melaksanakan efek cAMP.Banyak hormon kelompok II mengikat reseptor yang ber- A. ADENILIL SIKLASEgabung dengan efektor melalui perantara protein pengikat- Berbagai hormon pepdda dapat merangsang (s) atauGTP Reseptor semacam ini biasanya memiliki tujuh do- menghambat (i) pembentukan cAMP dari adenilil siklase,main hidrofobik yang menembus membran plasma. Hal ini yang dikode oieh sedikitnya sembilan gen berbeda (Thbeldilukiskan oleh tujuh silinder yang saling berhubungan dan 42-2). Dua sistem paralel, satu sistem stimulatorik (s)memanjang menembus lapisan ganda lipid di Gambar 42-4.Reseptor kelas ini yang menghasilkan sinyal melalui Peranta- dan satu inhibitorik (i) menyatu pada sebuah moiekulra protein terikat-nukleotida guanin, dikenai sebagai resep-tor terkait-prorein G (G protein-coupled receptor, GPCR). katalitik (O). Masing-masing terdiri dari sebuah reseptor'Sampai saat ini, lebih dari 130 gen reseptor terkait-protein Ctelah diklon dari berbagai spesies mamalia. Berbagai macam R atau R, dan satu kompleks regulatorik, G. dan G'' _G\"respons diperantarai oleh GPCR. dan G masing-masing adalah trimer yang tersusun olehcAMP Adoloh Sinyol Introsel untuk Bonyok subunit ct, B, dan y. Karena subunit ct pada G\" berbeda dari subunit o pada G,, protein tersebut, yang merupakanRespons produk gen berbeda disebut o. dan o. Subunit cr mengikat nukleotida guanin. Subunit p dan y selalu berikatan (Py)AMP siklik adalah sinyal intrasel Pertama yang berhasil di- dan tampaknya berfungsi sebagai heterodimer. Pengikatanidentifikasi pada sel mamalia. Terdapat beberapa komponen sebuah hormon pada R atau R menyebabkan pengaktivan G yang diperantarai oleh r'resepto yang memerlukan pertukaran GDP dengan GTP pada a dan terlepasnya By dari cr,.

/BAB 42: KERiA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 481Tabel42-1. Sekuens DNA pada beberapa elemen -l'til,ff\t IlKttiFItirespons hormon (hormone response e/ement, HRE)r Degradasi NUKLEUS t\,'1{util- i t{.E$i.rr}i: tvil;l{}tiiltiAi\"f SITOPLASMA Degradasi IiilAi'd;{ifliliil ip61a16 aDekgtriaf djasi Tlt,i1\"{$$i.\"1-\$llHuru{ menunjukkan nukleotida; N berarti salah satu dari keempat HRE L I mootttKastdapat digunakan di posisi tersebut. Tanda panah yang menunjukkan arah Gambar 42-3. \")alur informasi\". lnformasi mengalir dari gen keberlawanan menggambarkan palindrom terbalik yang kurang sempurna dan transkrip primer ke mRNA ke protein. Hormon dapat memengaruhiterdapat di banyak HRE; pada sebagian kasus, palindrom ini disebut \"hali setiap tahap yang terlibat dan dapat memengaruhi laju pemrosesan,binding sites\" karena masing-masing rnengikat satu monomer reseptor. CRE, degradasi, atau modifikasi berbagai produk tersebut.PRE, MRE, dan ARE terdiri dari sekuens DNA yang sama. Spesifisitas dapatdihasilkan oleh konsentrasi intrasel ligan atau reseptor hormon, oleh sekuens Subunit-subunit ct dan kompleks By memiliki efek yangDNA pengapit yang tidak termasuk dalam konsensus, atau oleh elemen independen dari efek pada adeniiil siklase (hhatGambar 42-4tambahan lain. Kelompok kedua HRE mencakup HRE untuk hormon tiroid, danTabel42-3). Sebagian bentuko. merangsangkanal K- danestrogen, asam retinoat, dan vitamin D. HRE-HRE kelompok ini serupa kecuali menghambat kanal Ca2., dan sebagian molekul o, memilikidalam hal orientasi dan jarak antara palindrom-palindrom separuhnya. Jarakmenentukan spesifisitas hormon. VDRE (N = 3), TRE {N = 4), dan RARE (N = efek sebaliknya. Anggota dari famili G mengaktifkan5) berikatan dengan dlrect repeats (pengulangan langsung) dan bukan denganinverted repeats (pengulangan terbalik). Anggota lain dari superfamili reseptor kelompok.,rri- fordlipase C. Kompleks Boy menimbulkansteroid, reseptor retinoid X (RXR), membentuk heterodimer dengan VDR, TR, stimulasi kanal K- dan mengaktifkan fosfolipase C. Proteindan RARE dan berbagai heterodimer ini merupakan {aktor trans-actng. cAMPmemengaruhi transkripsi gen melalui CRE. G terlibat dalam banyak proses biologis penting selain kerja hormon. Contoh yang penting adalah penciuman (cror.F) Protein cr\" memiliki aktivitas GTPase intrinsik. Bentuk dan penglihatan (cr.). Sebagian contoh dicantumkan diaktif, c.GTB diinaktifkan sewaktu hidrolisis GTP menjadi Tabel 42-3. GPCRS berperan dalam sejumlah penyakit danGDP; kompleks G, trimerik (oBy) kemudian dibentuk merupakan sasaran utama obat.kembali dan siap untuk siklus pengaktifan berikutnya.Toksin kolera dan pertusis masing-masing mengatalisis B. PRoTEIN KINASEribosilasi-ADP cr\" dan cr,,, (lihat Tabel 42-3). Pada kasuscr,, modifikasi ini mengganggu aktivitas GTPase intrinsik; Pada sel prokariot, cAMP berikatan dengan suatu proteinjadi, ct\" tidak dapat berikatan kembali dengan By sehingga spesifik yang disebut protein regulatorik katabolit (catabolitemengalami pengaktivan ireversibel. Ribosilasi-ADP terhadap regulatory protein, CRP) yang berikatan secara iangsungcL-2 mencegah lepasnya cr._, dari By sehingga tidak terbentuk dengan DNA dan memengaruhi ekspresi gen. Pada sei eukariot, cAMP berikatan dengan piotein kinase, dano_, bebas. Hal ini menyebabkan aktivitas cr. di sel tidak disebut protein kinase A (PKA), yaitu suatu molekulmengalami hambatan. heterotetramerik yang terdiri dari dua subunit regulatorik Terdapat famili besar protein G, dan protein-protein (R) dan dua subunit katalitik (C). Pengikatan cAMPini adalah bagian dari superfamili GTPase. Famili proteinG diklasifikasikan berdasarkan homologi sekuens menjadi menyebabkan reatr<si berikut:empat subfamili, seperti diperlihatkan diThbel 42-3.Terdapat 4 cAMP + R2C2 d Rr.(4 cAMP) + 2 C21 gen subunit cr, 5 F, dan 8 y. Berbagai kombinasi subunit- Kompleks \C, tidak memiliki aktivitas enzimatik,subunit ini menghasilkan kemungkinan pembentukan tetapi pengikatan cAMP oleh R membebaskan R dari C sehingga C menjadi aktif (Gambar 42-5). Subunit C yangkompleks crpy dan siklase yang sangat besar jumiahnya. telah aktif mengatalisis pemindahan fosfat y AIP ke residu serin atau treonin di berbagai protein. Tempat fosforilasi konsensus adalah -Arg-Arg/Lys-X-Ser/Thr- dan -Arg-Lys-X- X-Ser-, dan X dapat merupakan asam amino apa saja.

482 / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASEL Tidak ada hormon: efektor inaktif Hormon terikat (H): efektor aktif Cambar 42-4. Komponen pada sistem efektor reseptor hormon-protein C. Reseptor yang bergabung dengan efektor rnelalui protein C (CPCR) biasanya memiliki tujuh domain yang menembus membran. Tanpa adanya hormon (kiri), kompleks protein C hcterotrimerik (o,ll,y) adalah bentuk terikatguanosin difosfat (CDP) yang inaktif dan mungkin tidak berikatan dengarr reseptor. Komplelcs ini melekat pada membran plasma melalui gugus-gugus terpreniiasi di subunit Ft @aris bergelombang) dan mungkin oleh gugus-gugus termiristoilasi di subunit cr (tidak diperlihatkan). Jika hormon (O) terikat pada reseptor, diperkirakan terjadi perubahan bentuk reseptor-seperti ditunjukkan oleh miringnya domain-domain yang menembus membran-dan perrgaktivan kompleks protein C. Hal ini terjadi karena pertukaran CDP dengan guanosin trifosfat (CTP) di subunit cr, setelah s dan py berpisah. Subunit cr berikatan dengan efektor (E) dan mengaktifkannya. Efektor dapat berupa saluran adenilil siklase. Ca'?t, Na*, atau Cl (cr,) atau dapat juga merupakan suatu kanal K* (a,), fosfolipase CB (cr.,), atau cCMP fosfodiesterase (a,). Subunit By juga dapat menimbulkan efek langsung pada E. (Dimodifikasi dan diproduksi ulang dengan izin dari Cranner DK, dalam: Principles arrd Practice of Endocrinology and Metabolism, ed ke-2. Becker KL (ed). Lippincott, 1995). Altivitas protein kinxe semula dilaporkan sebagai memiliki hubungan dalam sekuens dan struktur di dalam domain katalisis, tetapi masing-masing ada.lah molekul unik\"dependen-cAMP\" atau \"independen-cAMP\". Klasifikasi dengan variabilitas yang cukup besar dari segi komposisiini telah berubah karena fosforilasi protein kini diketahui Ksubunit, berat molekul, autofosforilasi, untuk ATB dansebagai mekanisme regulatorik penting. Saat ini teiah spesifisitas substrat.diketahui beberapa ratus protein kinase. Berbagai kinase C. FoSFoPRoTEINTabel 42-2.Subklasifikasi hormon kelompok ll.A EfekCAMP di sel eukariot didugadiperantarai oleh fosforilasi-LnI defosforilasi protein, terutarna pada residu serin dan treonin.;;ihCG Pengendalian setiap efek cAMB termasuk bermacam-macarr i proses, seperti steroidogenesis, sekresi, pengangkutan ion, metabolisme karbohidrat dan lemak, induksi enzim, regulasi'P,tTilH,\"r' .::::......::,, $-11it1# gen, trarsmisi di sinaps, serta pertumbuhan dan replikasi sel, dapat dilakukan oleh kinase spesifik, fosfatase spesifik, atauTSH i oleh substrat spesifik untuk fosforilasi. Substrat-substrat ini i membantu menentukan jaringan target dan terlibat dalam penentuan tingkat suatu respons di sel tertentu' Contohnya, efek cAMP pada transkripsi gen diperantarai oleh protein pengikat elemen respons siklik AMP (cyclic AMP respotuse eletnent bindingprote;n, CREB). CREB berikatan dengan elernen respons cAMP (CRE) (lihat Tabel 42-l) dalam keadaan tidak terfosforilasi dan merupakan aktivator transkripsi yang lemah. Jika terfosforilasi oleh PKA, CREB mengikat koaktivator protein pengikat-CREB CBPIp3OO (lihat bawah) dan akibatnya menjadi aktivator transk-ripsi yang jauh iebih poten.

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 483Tabel 42-3. Kelas dan fungsi beberapa protein Gl,2lDimodifikasi dan diproduksi ulang dengan izin dari Cranner DK dalam: Principles and Practice of Endocrinology and Metabolism, ed ke-2. Becker KL (ed).Lippincott, i 995'?Empat kelas utama atau familiprotein C mamalia (Cs, Ci, Cq, dan C.l2) didasarkan pada homologi sekuens protein. Dicantumkan anggota yang mewakili masing-masing kelas, juga dengan rangsangan yang diketahui, efektor, dan efek biologisnya yang pasti. Sembilan isoform adenilil siklase telah berhasil diidentifikasi(isoform l-lX). Semua isoform dirangsang oleh a,; isoform a, menghambat tipe V dan Vl, dan co menghambat tipe I dan V. Paling sedikit 16 subunit a yangberbeda telah diidentifikasi.D. FosFoDrEsrERAsE fosfotreonin fosfatase mungkin ditentukan oleh subunit-sub-Kerja yang didmbulkan oleh hormon yang meningkatkan unit regulatorik tersendiri yang pengikatannya diatur olehkonsentrasi cAMP dapat dihentikan melalui beberapa cara,termasuk hidrolisis cAMP menjadi 5'-AMP oleh fosfodiesterase hormon. Perar regulasi oleh defosforilasi protein yang paling(lihat Gambar.42-5). Adanya enzim-enzim hidrolitik ini banyak diteliti adalah metabolisme glikogen di otot. Dilapor- kan terdapat dua jenis utama fosfbserin-fosfotreonin fosfatase.menjarnin pergantian sinyal (cAMP) y*g cepat sehingga Tipe I cendemng mendefosforilasi subunit B fosforilase ki-proses biologis cepat berhenti jika rangsang hormon dihentikan. nase, sedangkan tipe II mendefosforilasi subunit cr. FosfatasePaling tidak terdapat 1l anggota farnili enzim fosfodiesterase.Enzirn-enzim ini dikendalikan oleh substratnya, yaitu cAMP tipe I berperan dalam regulasi glikogen sintase, fosforilase, dan fosforilase kinase. Fosfatase ini sendiri diatur oleh fosforilasidan cGMP; oleh hormon; dan oleh peranrara inmasel misalnya subunit-subunit tertenrunya, dan reaksi-reaksi ini dibaiik olehkalsium, mungkin melalui kalmodulin. Inhibitor fosfodiesterase,terutama turunan xantin bermetil seperti kafein, meningkatkan kerja salah satu fosfatase tipe II. Selain itu, terdapat dua in-cAMP intrasel dan menyerupai atau memperlamakerjahormonmelalui sinyal ini. hibitor protein stabil-panas yang mengatur aktivitas fosfatase tipe I. Inhibitor-l mengalami fosforilasi dan diaktifkan olehE. FosFoPRorErN Fosp'ltlss protein kinase dependen-cAMP; dan inhibitor-2 yaog dapat berupa suatu subunit fosfatase inakdf, juga mengalami fosfo-Karena pentingnya fosfori-lasi protein, tidaklah mengheranl<an rilasi, mungkin oleh glikogen sintase kinase-3. Fosfatase yangbahwa regulasi realsi defosforilasi protein adalah mekanisme bekerja pada fosfotirosin juga penting drhm transduksi sinyalkontrol penting yang iain (lihat Gambar 42-5). Fosfoprotein (lihat Gambar 42-8).fosfatase itu sendiri diatur oleh reaksi fosforilasi-defosforilasi €GMP Jugo tlerupokqn Sinyol lntroseldan oleh lerbagar mekanisme lain, misahya interaksi antar-protein. Pada kenyataannya, spesifisitas substrat fosfoserin- GMP siklik dibentuk dari GTP oleh enzim adenilil siklase yang terdapat dalam bentuk larut dan terikat-membran.

484 / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASEI cMe2' I (,ArP\\"nvp --\"\"\"\"- +Rz5'-AMP /-G;4\"-\ Pro\t'e.-in-----.F-osfoprotein | I aFlosfatase I I I ' v Efek fisiologisGambar 42-5. Regulasi proses-proses sel oleh hormon melalui protein kinase dependen-cAMp (pKA). PKA ierdapat dalam bentuk inaktif sebaga heterotetramer RrC. yang terdiri daridua subunit regulatorik dan dua subunit katalitik. cAMP yang dihasilkan oleh kerja adenililsiklase (diaktifkan seperti diperlihatkan di cambar 42-4) mengikat subunit regulatorik (R)pKA. Hal ini menyebabkan terlepasnya subunit regulatorik dan katalitik dan mengaktivasisubunit katalitik. Subunit katalitik aktif kemudian memfosforilasi sejumlah protein targetpada residu serin dan treonin. Fosfatase mengeluarkan fosfatdari residu-residu ini sehinggamenghentikan respons fisiologis. Fosfodiesterase juga dapat menghentikan respons denganmengubah cAMP menjadi 5'-AMP.Masing-masing isoenzim ini memiliki sifat fisik tersendiri. rangsangan-sekresi, kaskade pembekuan darah, aktivitasAtriopeptin, suatu famili peptida yang diproduksi oleh enzim, dan eksitabilitas membran. Kalsium ini jugajaringan atrium jantung, menyebabkan natriuresis, diuresis, merupakan perantara intrasel efek hormon.vasodilatasi, dan inhibisi sekresi aldosteron. Berbagaipeptida ini (mis. faktor natriuretik atrium) mengikat dan A. METABOLISME KALSIUMmengaktifkan guanilil siklase bentuk terikat-membran. Hal Konsentrasi kalsium (Ca2-) ekstrasel adalah sekitar 5 mmol/ L dan diatur secara ketat. Meskipun cukup banyak kalsiumini menyebabkan meningkatnya aktivitas cGMP hingga yang berikatan dengan organel intrasel, seperti mitokondria dan retikulum endoplasma, namun konsentrasi kalsium bebas50 kali lipat pada beberapa kasus, dan hal ini diperkirakan atau bentuk terionisasi (Ca}) di dalam sel sangat rendah:memerantarai efek-efek yang disebutkan di atas. Bukti 0,05-10 pmol/L. Meskipun terdapat gradien konsentrasiIain menyatakan ada hubungan antara cGMP dengan yang sangat besar ini dan gradien transmembran yang baik, namun Ca2. tertahan sehingga tidak dapat masuk ke dalamvasodilatasi. Serangkaian senyawa, termasuk nitroprusid, sel. Karena peningkatan C*- y.ang berkepanjangan di selnitrogliserin, nitrogen oksida, natrium nitrit, dan natriumazida, menyebabkan relalsasi otot polos dan merupakan bersifat sangat toksik, sejumlah besar energi dikeluarkan untuk memastikan bahwa Ca2. intrasel terkontrol. Suatuvasodilator kuat. Senyawa-senyawa ini meningkatkan mekanisme penukaran Na./Ca2- yang memiliki kapasitas tinggi, namun dengan afinitas rendah memompa Ca2- keluarcGMP dengan mengaktifkan guanilil siklase bentuk larut, sel. Terdapat juga pompa Ca2-lproton dependen-AlPasedan inhibitor cGMP fosfodiesterase (obat sildenafil [Viagra], yang mengeluarkan Ca'. untuk ditukar dengan H.. Pompamisalnya) meningkatkan dan memperpanjang respons ini. ini memiliki aGnitas tinggi terhadap C^'-, tetapi kapasitasnyaPeningkatan cGMP mengaktifkan protein kinase dependen- rendah dan mungkin berperan mengatur secara halus kadarcGMP (PKG), dan selanjutnya memfosforilasi sejumlah Cat- sitosol. Selain itu, terdapat Ca2. ATPase yang memomPa Ca2- dari sitosol ke lumen retikulum endoplasma. Terdapatprotein otot polos. Hal ini diperkirakan berperan dalam tigacarauntuk mengubah Ca'z- sitosol: (1) Hormon tertentu (kelas II.C, Tabel 4L-3) melalui pengikatan resePtor yangrelaksasi otot polos dan vasodilatasi. merupakan kanal C*-, meningkatkan permeabilitasBeberopo Hormon Bekerio Melqlui Kqlsiumotqu FosfotidilinosirolKalsium yang terionisasi adalah regulator penting padaberbagai proses sel, termasuk kontraksi otot, penggabungan

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 485membran t€rhadap Ca2t sehingga meningkatkan influks Tabel 42-4. Enzim dan protein yang diatur olehCa').. (2) Hormon juga secara tidak langsung mendorong kalsium atau kalmodulininfluk Ca2. dengan memodulasi potensial membran piasma. kinase, piruvat karboksilase, gliserol-3-fosfat dehidrogenase,Depolarisasi membran membuka kanal Ca2- bergerbang- dan piruvat dehidrogenase.tegangan dan memungkinkan influks Ca'.. (3) Ca2- dapat D. METABoLTSME FosFATrDrLrNosrrrDAdimobilisasi dari retikulum endoplasma, dan mungkin dari MEMENGARUHI KERJA HoRMoN YANGcadangan di mitokondria. DEPENDEN-CA2* Suatu observasi penting yang menghubungkan Ca2- Sebagian sinyal harus membentuk komunikasi antara reseptordengan kerja hormon berkaitan dengan pengertian target hormon di membran plasma dan reservoal Ca2- intrasel.kerja Ca2- di dalam sel. Penemuan regulator aktivitas Hal ini dilaksanakan oleh produk-produk metabolismefosfodiesterase yang dependen-Ca2* merupakan dasar bagi fosfatidilinositol. Reseptor permukaan sel, misainya reseptorpemahaman yang lebih luas tentang cara interaksi Ca2. untuk asetilkolin, hormon antidiuretik, dan katekolamindengan cAMP di dalam sel. tipe-ct,, jika ditempati oleh ligan masing-masing, merupakan aktivator fosfolipase C yang poten. Pengikatan reseptor danB. KALMoDULIN pengaktivan fosfolipase dihubungkan oleh isoform Go (Thbel 42-3 danGambar 42-6). Fosfolipase C mengatalisis hidrolisisProtein regulatorik dependen-kalsium adalah kalmodulin,yakni suatu protein 17 kDa yang struktur dan fungsinya fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat menjadi inositol trifosfat (IP:) dan 1,2-diasilgliserol (Gambar 42-7). Diasrlgliseroihomolog dengan protein otot troponin C. Kalmodulin me- itu sendiri mampu mengaktifkan protein kinase C (PKC)miliki empat tempat untuk mengikar Ca2*, dan jika keem- yang aktivitasnya juga bergantung pada Ca2-. IP3 /angpat tempat ini mengikat Ca2t timbul perubahan konformasi berinteraksi dengan reseptor intrasel spesifik merupakanyang mencolok, yang memungkinkan kalmodulin mengak-tifkan enzim dan kanal ion. Interaksi Ca2t dengan kalmodu- pembebas Ca2' yang efektif dari tempat penyimpananlin (yang menyebabkan perubahan aktivitas kanal ion) secarakonseptual serupa dengan pengikatan cAMP dengan PKA intrasel di retikulum endoplasma. Oleh karena itu, hidrolisisyang menyebabkan pengaktivan PKA. Kalmoduiin mungkin fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat menyebabkan pengaktivanmerupakan salah satu dari banyak subunit protein kompleks PKC dan mendorong peningkatan Ca2- sitoplasma. Sepertidan terutama berperan dalam mengatur berbagai kinase dan diperlihatkan di Gambar 42-4, pengaktivan protein G jugaenzim dalam pembentukan dan penguraian nukleotida si- dapat menimbulkan efek langsung pada kanal Ca2-. Hasilklik. Daftar sebagian enzim yang diatur secara langsung atau dari peningkatan Ca2* sitosol yang terjadi, mengaktifkantakJangsung oleh Ca2-, mungkin melalui kalmodulin, disa-jikan di Tabel42-4. kinase dependen-Ca2.*kaimodulin dan banyak enzim Selain efeknya pada enzim dan pengangkutan ion, Ca2-l dependen-Ca2--kalmodulin lainnya.kalmodulin juga mengatur aktivitas banyak elemen struktural Zat steroidogsnift-161rnx5uk ACTH dan cAMP disel. Eiemen-elemen ini mencakup kompleks aktin-miosin korteks adrenal; angiotensin II, K-, serotonin, ACTH, dandi otot polos yang berada di bawah kendali p-adrenergik, cAMP di zona glomerulosa adrenal; LH di ovarium; dan LHdan berbagai proses yang diperantarai mikrofilamen di sel dan cAMP di sel Leydig testis-dilaporkan menyebabkannonkontraktil, termasuk motilitas sel, perubahan bentuk sel, peningkatan asam fosfatidat, fosfatidilinositol, dan poli-mitosis, pembebasan granula, dan endositosis. fosfoinositida (lihat Bab 15) di jaringan target masing-C. KNISIUTvT ADALAH MEDIATOR KERJAHORMON masing. Beberapa contoh lain juga dijumpai. Peran yang mungkin dilakukan oleh Ca'- dan pro-Peran Ca2* dalam kerja hormon diperkirakan dengan peng- dr\"ik penguraian polifosfoinositida dalam kerja hormonamatan bahwa efek banyak hormon adalah (t) berkurangpada medium bebas-Ca2- atau jika kalsium intrasei berkurang;(2) dapat ditiru oleh bahan-bahan yang meningkatkan Ca2-sitosol, misalnya ionofor kalsium A23187; dan (3) meme-ngaruhi fluks kalsium sel. Regulasi metabolisme glikogen dihati oleh vasopresin dan katekolamin o,-adrenergik adalahcontoh yang baik. Hal ini secara skematis diperlihatkan diGambar 19-5 dan I9-7. Sejumlah enzim metabolik penting diatur oleh Ca2t.fosforilasi, atau keduanya, termasuk glikogen sintase, piruvat

486 / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASEL Retikulum endoplasma Ca2* *u,r.noor\"n | Ca2n-Kalmodulin \"/e e\Kalmodulinkinase Kalmodulinkinase spesifik multifungsi I ll Fosfoprotein I I ;,i\l I I I I proteinffiP v I Respons faali YProtein lainGambar42-6.lnteraksi hormon-reseptortertentu menyebabkan pengaktivanfosfolipaseC. Hal initampaknya melibatkansuatu protein C spesifik, yang juga mungkin mengaktifkan kanal kalsium. Fosfolipase C menyebabkan terbentuknyainositol trifosfat (lPr) yang membebaskan simpanan Ca2* intrasel dan diasilgliserol (DAC), suatu aktivator kuat proteinkinase C (PKC). Paia skema ini, PKC aktif memfosforilasi substrat spesifik yang kemudian mengubah proses fisiologis.Demikian juga, kompleks Ca,*-kalmodulin dapat mengaktifkan kinase spesifik yang dua diantaranya diperlihatkan disini. Efek-efek ini menyebabkan fosforilasi substrat, dan hal ini menyebatrkan perubahan respons fisiologis. Cambarini juga memperlihatkan bahwa Ca,'dapat memasuki sel melalui kanal Ca2* bergerbang{egangan atau -ligan. Ca'Z*intrasel juga diatur melalui penyimpanan dan pembebasan oleh mitokondria dan retikulum endoplasma' (SumbanganJH Exton).diperlihatkan diGambar 42-6. Pada skema ini, protein kinase EGF mengandung aktivitas tirosin kinase intrinsikC akdf dapat memfosforilasi substrat spesifik yang kemudianmengubah proses fisiologis. Demikian juga, kompleks Ca2*- yang diaktifkan oleh pengikatan Iigan EGF merupakankalmodulin dapat mengaktifkan kinase tertentu. Kinase suaru terobosan penting. Reseptor IGFI da-n insulin jugaini kemudian memodifikasi substrat sehingga mengubah mengandung aktivitas tirosin kinase intrinsik yang diaktifkanrespons fisiologis. oleh ligan. Beberapa reseptor-umumnya yarg berperan padaSebogion Hormon Bekerio Melolui KoskodePrctein Kinose pengikatan ligan yang terlibat dalam kontrol penumbuhan, diferensiasi, dan respons peradangan-memiliki aktivitasProtein kinase tunggal, seperti PKA, IjKC, dan Ca2*-kalmodulin (CaM)-kinase yang menyebabkan fosforilasi tirosin kinase intrinsik atau berkaitan dengan protein yangresidu serin dan treonin di protein target, berPeran sangat merupakan protein kinase. Gambaran menonjol lain padapent;ng dalarn kerja horrnon. Penemuan bahwa reseptor kelx kerja hormon ini adalah bahwa kinase-kinase ini cenderung memfosforilasi residu tirosin, dan fosforilasi tirosin jarang terjadi (<0,03o/a dari total fosforilasi asam amino) di sel mamalia\" Gambaran menoniol ketiga adalah bahwa interalsi ligan-reseptor yang menyebabkan proses fosforilasi tirosin

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 487 lnositol 1,4s-trisfosfat yang mengikat IRS-1 dan menghubungkan fosforilasi tirosin dengan beberapa protein yang menyebabkan pengaktivanGambar 42-7, Fosfolipase C memutus PlP, menjadi diasilgliseroldan inositrol trisfosfat. R, umumnya berupa stearat, dan R, biasanya suatu kaskade treonin dan serin kinase. Jalur yangberupa arakidonat. lP. dapat mengalami defosforilasi (menjadi memperlihatkan bagaimana interaksi insulin-reseptor iniI-1,4-P, inaktifl atau fosforilasi (menjadi l-1 ,3,4,5-P4yang berpotensiaktifl. mengaktifkan jalur mitogen-actiuated proteiz (MAP) kinasememicu kaskade yang dapat melibatkan beberapa protein dan efek anabolik insulin diperlihatkan di Gambar 42-8.kinase, fosfatase, dan protein regulatorik lain. Peran pasti berbagai protein penambat, kinase, dan fosfataseA. INSULIN MENYALURKAN SINYAL MELALUIBEBERAPA KASKADE KINASE belum sepenuhnya diketahui.Reseptor untuk insulin, faktor pertumbuhan epidermis B. JALUR J.A.K,/STAT DIcuruA.xAN OLEH(EGF), dan IGF-I memiliki aktivitas protein kinase Honuoru & Sltorrnrintrinsik yang terletak di domain sitoplasma. Aktivitasini terpicu jika reseptor mengikat ligannya. Reseptor Pengaktivan tirosin kinase juga dapat memicu kaskade fosforilasi dan defosforilasi yang melibatkan efek beberapakemudian mengalami autofosforilasi di residu tirosin, dan protein kinase lain serta efek pengimbang yang dimilikihal ini memicu serangkaian kejadian kompleks (diringkasdi Gambar 42-8). Reseptor insulin yang telah terfosforilasi fosfatase. Untuk memulai kaskade ini digunakan dua mekanisme. Sebagian hormon, seperti hormonkemudian memfosforilasi substrat reseptor insulin (terdapatpaling sedikit empat dari molekul ini yang dinamai IRS 1- pertumbuhan, prolaktin, eritropoietin, dan sitokin, memulai kerjanya dengan mengaktifkan suatu tirosin kinase, tetapi4) di residu tirosin. IRS yang telah terfosforilasi berikatan aktivitas ini bukan merupakan bagian integral dari reseptor hormon. Interaksi hormon-reseptor mendorong pengikatandengan domain homologi Src 2 (SH2) berbagai protein yang dan pengaktivan protein sitoplasma tirosin kinase, sepertisecara langsung terlibat dalam memerantarai berbagai efekinsulin. Salah satu protein ini, PI-3 kinase menghubungkan ryk-2, Jakl, atau Jak2. Berbagai kinase ini memfosforilasipengaktivan reseptor insulin dengan kerja insulin melalui satu atau lebih protein sitoplasma yang kemudian berikatanpengaktivan sejumlah molekul, termasuk kinase PDKI dengan protein-protein penambat lain meialui pengikatan(kinase- 1 dependen-fosfoinositida). Enzim ini menyalurkan pada domain SH2. Salah satu dari berbagai interaksi inisinyal melalui beberapa kinase lain, termasuk PKB (akt), menyebabkan pengaktivan satu famili protein sitosol yangSKG, dan aPKC (lihat keterangan Gambar 42-8 untuk disebut sign al transducers and actiuators of transcrip tion (STAI). Protein STAT yang telah terfosforilasi kemudiandefinisi dan singkatan). Jalur alternatif di hilir PKD1 mengalami dimerisasi dan berpindah ke nukleus, mengikatmencakup p70S6K dan mungkin berbagai kinase lain elemen DNA spesifik, seperti elemen respons interferon,yang belum teridentifikasi. Jalur utama kedua melibatkanmTOR. Enzim ini secara langsung diatur oleh asam amino dan mengaktifkan transkripsi. Hal ini diperlihatkandan insulin serta esensial untuk aktivitas p70S6K. Jalur inimemperjelas perbedaan antara cabang PKB dan p70S6K pada Gambar 42-9. Proses-proses penambatan SH2 lain dapat menyebabkan pengaktivan PI-3 kinase, jalur MAPdi sebelah hilir dari PKDI. Kedua jalur ini terlibat dalam kinase (melalui SHC atau GRB2), atau fosfolipase C yang diperantarai oleh protein G (PLCy) disertai pembentukantranslokasi protein, aktivitas enzim, dan regulasi oleh insulin, diasilgliserol dan pengaktivan protein kinase C. Jelaslahg€n-gen yang berperan dalam metabolisme (Gambar 42-8). bahwa terdapat kemungkinan \"komunikasi-silang\" jikaProtein lain yang mengandung domain SH2 adalah GRB2, hormon-hormon yang berbeda mengaktifkan berbagai jalur transduksi sinyal ini. C. JnIun NF.rce DIATUR OLEH GLUKoKoRTIKOID Faktor transkripsi NF-rcB adalah suatu kompieks heterodimer yang biasanya terdiri dari dua subunit yang dinamai p50 dan p65 (Gambar 42-10). Secara normal, NF-rcB tersekuestrasi dalam sitoplasma dalam bentuk yang secara transkripsional inaktif oleh anggota inhibitor famili NF-rB (kB). Rangsangan dari luar sel, misalnya suatu sitokin proinflamasi, spesies oksigen reaktif, dan mitogen menyebabkan pengaktivan kompleks kB kinase, IKK, yaitu struktur heteroheksamer yang terdiri dari subunit ct, p, dan y. IKK memfosforilasi kB di dua residu serin, dan hal ini

/488 BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASEL PENGENALAN (HIPERGLIKEMIA) PEMBENTU > GRSZ/mSOS- SINYAL Translokasiprotein Aktivitasenzim EFEK ffiilil*\"l i;;;--* I I Reseptor insulin | | Protein fosfatase Reseptor IGF-ll |ll| I II Fosfodiesterase. I Lain-lain I Cambar 42-8. )alur pembentukan sinyal insulin. Jalur pembentukan sinyal insulin adalah contoh yan$ sangatbaikuntukparadigma\"pengenalan +pembebasanhormon-+pembentukansinyal->efek\"yang diringkaskan di Cambar 42-1. lnsulin dibebaskan sebagai respons terhadap hiperglikemia. Pengikatan insulin pada reseptor membran plasma spesifik-sel target menyebabkan terpicunya serangkaian proses di dalam sel. Stimulasi aktivitas tirosin kinase intrinsik di reseptor insulin menandai awal proses yang +menyebabkan peningkatan fosforilasi tirosin (Y) (Y Y-P) reseptor dan kemudian satu atau lebih molekul substrat reseptor insulin (lRS 1-4). Peningkatan fosfotirosin ini merangsang aktivitas banyak molekul intrasel, misalnya CTPase protein kinase, dan kinase lipid yang semuanya berperan dalam efek metabolik tertentu insulin. Pada gambar ini diperlihatkan dua jalur yang paling banyak dipelajari. Pertama, fosforilasi sebuah molekul IRS (mungkin IRS-2) menyebabkan tertambat dan diaktifkannya kinase lipid, Pl-3 kinase yang menghasilkan lipid-lipid inositol baru yang dapat berfungsi sebagai molekul )'second messenger\". Aal ini, sebaliknya, mengaktifkan PDKl dan kemudian beragam molekul penrbentuk sinyal lain di sebelah hilir termasuk protein kinase B (PKB atau akO, SCK, dan aPKC. Jalur alternatif melibatkan pengaktivan p70S6K dan mungkin berbagai kinase lain yang belum teridentifikasi. Kedua, fosforilasi IRS (mungkin IRS-1)menyebabkan tertambatnya CRB2/mSOS dan pengaktivan CTPase kecil, p21RAS yang memicu suatu kaskade protein kinase yang mengaktifkan isoform Raf-l, MEK, dan p42/p44 MAP kinase. Berbagai protein kinase ini penting dalam regulasi proliferasi dan diferensiasi beberapa jenis sel. Jalur mTOR merupakan jalur alternatif untuk mengaktifkan p7056K dan tampaknya terlibat dalam pembentukan sinyal nutrien serta kerja insulin. Masing-masing dari kaskade ini dapat memengaruhi berbagai proses fisiologis yang berbeda, seperti diperlihatkan di gambar ini. Masing- masing dari proses fosforilasi bersifat reversibel melalui kerja fosfatase spesifik. Contohnya, fosfatase lipid PTEN mendefosforilasi produk reaksi Pl-3 kinase sehingga bersifat antagonis terhadap jalur tersebut dan menghentikan sinyal. Pada masing-masing boks diperlihatkan contoh efek utama insulin. Tanda bintang s;telah fosfodiesterase menunjukkan bahwa insulin secara tidak langsung memengaruhi aktivitas banyak enzim dengan mengaktifkan fosfodiesterase dan mengurangi kadar cAMP intrasel. (ICFBP, protein pengikat faktor pertumbuhan mirip-insulin; IRS 1-4, isoform substrat reseptor insulin 1-4, Pl-3 kinase, fosfatidilinositol 3-kinase; PTEN, phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome l0; PKD1 , kinase dependen-fosfoinositida; PKB, protein kinase B; SCK, kinase yang diatur oleh serum dan glukokortikoid; aPKC, protein kinase atipikal; p7os6K, protein s6 kinase ribosom p70; mToR, mam\"malian targetof rapamycln (target rapamisin pada mamalia); CRB2, protein pengikat reseptor faktor pertumbuhan 2; mSOS, mammalian son of sevenless; MEK, MAP kinase kinase dan ERK kinase; MAP kinase, protein kinase yang diaktifkan oleh mitogen).

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 489 X=SHC Dimerisasi GR82 dan PLCy translokasi PI-3K nukleus GAPGambar 42-9. lnisiasi transduksi sinyal oleh reseptor yang terkait dengan Jak kinase.Reseptor (R) yang berikatan dengan prolaktin, hormon pertumbuhan, interferon, dan sitokintidak memiliki aktivitas tirosin kinase endogen. Sewaktu mengikat ligan, reseptor-reseptorini mengalami dimerisasi dan terjadi fosforilasi protein terkait (Jak1 , )ak2, atau TYK). Jak-P,suatu kinase aktif, memfosforilasi reseptor di residu tirosin. Protein-protein STAT berikatandengan reseptor yang terfosforilasi dan kemudian protein tersebut mengalami fosforilasioleh Jak-P. STAT €) mengalami dimerisasi, berpindah ke nukleus, mengikat elemenDNA spesifik, dan mengatur transkripsi. Residu fosfotirosin pada reseptor tersebut jugaberikatan dengan beberapa protein yang mengandung domain SH2. Hal ini menyebabkanpengaktivan jalur MAP kinase (melalui SHC atau CRB2), PLCy, atau Pl-3 kinase.menyebabkan ItcB mengalami ubikuitinasi dan degradasi HORMON DAPAT'YIE'VIENGARUHI EFEK BIOLOGIS SPESIFIK DENGANoleh proteasom. Setelah kB terurai, NF-rcB bebas kini dapat MEMODU IASI TRANSKRIPSIberpindah ke nukleus, tempat faktor ini berikatan dengansejumlah promotor gen dan mengaktifkan transkripsi, Sinyal yang dihasilkan oleh proses-proses di atas perluterutama gen-gen yang terlibat dalam respons peradangan. diterjemahkan menjadi suatu tindakan yang memungkinkanRegulasi transkripsi oleh NF-rcB diperantarai oleh berbagai sel beradaptasi secara efektif terhadap suatu tantangankoaktivator, misalnya protein pengikat CREB (CBP) seperti (Gambar 42-l). Sebagian besar adaptasi ini terlaksanadijelaskan di bawah (Gambar 42-13). melalui perubahan laju transkripsi gen-gen tertentu. Dari Hormon glukokortikoid adalah obat yang bermanfaat banyak pengamatan, muncul pandangan yang sekaranguntuk mengobati beragam penyakit peradangan dan imu- berlaku tentang cara hormon memengaruhi transkripsi. Sebagian pengamatan tersebut adalah: (1) Gen-gen yangnologik. Efek anti-inflamasi dan imunomodulatorik senyawa aktif ditranskripsikan terletak di regio kromatin \"terbuka' (didefinisikan berdasarkan kerentanan terhadap enzimini sebagian dijelaskan oleh kemampuannya menghambatNF-rB dan efek-efek ikutannya. Terdapat tiga bukti inhibisi DNase I) yang memungkinkan faktor transkripsi mengaksesNF-rB oleh glukokortikoid: ( I ) Glukokortikoid meningkat-kan mRNA kB, yang menyebabkan meningkatnya protein DNA. (2) Gen memiliki regio regulatorik, dan faktorkB dan peningkatan efisiensi sekuestrasi NF-rB di sitoplas- transkripsi berikatan dengan regio ini untuk memodulasima. (2) Reseptor glukokortikoid bersaing dengan NF-rB frekuensi permulaan transkripsi. (3) Kompleks hormon-untuk berikatan dengan koaktivator. (3) Reseptor glukokor- reseptor dapat merupakan salah satu dari faktor transkripsi ini. Sekuens DNA yang diikat oleh faktor-faktor transkripsitikoid secara langsung berikatan dengan subunit p65 NF-rcBdan menghambat pengaktivannya (Gamb ar 42-\0) .

49O / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASELAktivator NF-rB Kompleks IKKSitokin proinflamasilnfeksi bakteri dan virusSpesies oksigen reaktifMitogen \ \ ^o oo .v.-oo O \ oo v/-\Gambar 42-1O. Regulasi jalur NF-<8. NF-rB terdiri dari dua subunit, p50 dan p65 yangmengatur transkripsi banyak gen jika berada di nukleus. NF-rB dihambat untuk masuk kenukleus oleh kB, suatu inhibitor NF-rB. hcB berikatan dengan-dan menyembunyikan-sinyal yang mengarahkan NF-r<B ke nukleus. Protein sitoplasma ini mengalami fosforilasioleh kompleks IKK yang diaktifkan oleh sitokin, spesies oksigen reaktif, dan mitogen. hcByang terfosforilasi dapat mengalami ubikuitinasi dan terurai sehingga pegangannya padaNF-rcB terlepas. Clukokortikoid dapat memengaruhi banyak tahap dalam proses ini, sepertidijelaskan di teks.tersebut dinamai elemen respons hormon (HRE; iihat Tabel menggunakan sistem reporter heterolog sederhana (lihat42-1 untuk contoh). (4) Selain itu, sinyal-sinyal lain yangdihasilkan oleh hormon dapat memodifikasi lokasi, jumlah, Gambar 38-10). Meskipun HRE sederhana ini berikatan dengan kompleks hormon-reseptor lebih erat daripadaatau aktivitas faktor transkripsi sehingga mbmengaruhi DNA di sekitarnya-atau DNA dari sumber lail-5s11xpengikatan dengan elemen regulatorik atau elemen respons. menyebabkan gen reporter peka terhadap hormon, namun(5) Anggota sebuah superfamili besar reseptor nukleus bekerjasama dengan-atau dengan cara serupa dengan-reseptor segera menjadi jelas bahwa mekanisme alami regulasi genhormon. (6) Reseptor-reseptor nukleus ini berinteraksi tentunya jauh lebih rumit. Glukokortikoid, progestin,dengan kelompok besar lain molekul koregulatorik untuk mineralokortikoid, dan androgen memiliki efek fisiologismemengaruhi transkripsi gen-gen tertentu. yang sangat berbeda. Bagaimana mungkin spesifisitas yangBeberopo Elemen Respons Hormon (HRE) diperlukan untuk efek ini dicapai melalui regulasi ekspresiyong Teloh Dikerohui gen oleh HRE yang sama (Tabel 42-1)? Pertanyaan sepertiElemen respons hormon (hormone response element, HRE) ini mendorong dilakukannya eksperimen-eksperimen yangmenyerupai elemen penguat, yaitu bahwa elemen ini tidaksemata-mata bergantung pada posisi dan lokasi. Elemen- mengkaji model regulasi transkripsi yang sangat kompleks.elemen ini umumnya ditemukan daiam beberapa ratus Contohnya, HRL harus berikatan dengan elemen DNA lain (dan protein pengikat terkait) agar dapar berfungsinukleotida sebelah hulu (5') dari tempat inisiasi transkripsi,namun dapat juga terletak di regio penyandi gen, di intron. optimal. Kemiripan sekuens yang ditemukan di antaraHRE' didefinisikan berdasarkan strategi yang dilukiskan reseptor-reseptor hormon steroid, terutama di domaindi Gambar 38-11. Sekuens konsensus yang diperlihatkan pengikat-DNAnya, mendorong ditemukannya superfamilipada Tabel 42-1 diperoleh melalui analisis terhadapbeberapa gen yang diatur oleh hormon tertentu dengan protein reseptor di nukleus. Protein-protein ini-dan sejumlah besar protein koregulator-memungkinkan variasi interaksi DNA-protein dan antarprotein yang luas dan spesifisitas yang dibutuhkan untuk kontrol fisiologis yang ketat. Skema susunan semacam ini dilukiskan pada Gambar 42-1.1.

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL qStGambar 42-11, Unil transkripsi respons hormon. Unit transkripsi antara DNA half-site membantu menentukan spesifisitasrespons hormon adalah suatu susunan elemen DNA dan protein-protein terikat yang berinteraksi, melalui interaksi antarprotein, pengikatan. Oleh sebab itu, secara umum, suatu pengulang-dengan sejumlah molekul koaktivator atau korepresor. Komponen an langsung (direct repeat) dengan regio pengulangan tiga,esensial adalah elemen respons hormon yang mengikat reseptor empat, atau lima nukleotida masing-masing akan menspesi-(R) terikat-ligan ( ). Hal yang juga penting berupa elemen fikasi pengikatan reseptor vitamin D, tiroid, dan asam reti-faktor aksesori (accessory factor element, AFEs) dengan faktortranskripsinya. Lebih dari dua lusin faktor aksesori (AFE) ini, yang noat ke elemen respons konsensus yang sama (Tabel 42-1).sering adalah anggota superfamili reseptor nukleus, dilaporkanberkaitan dengan efek hormon pada transkripsi. Berbagai AF Pada separuh terminal karboksil reseptor terdapat domaindapat berinteraksi satu sama lain, berinteraksi dengan reseptornukleus berligan, atau berinteraksi dengan koregulator. Komponen- pengikatJigan (l;S\"d binding domain, LBD) multifung-komponen ini berkomunikasi dengan kompleks transkripsi basalmelalui suatu kompleks koregulatorik yang dapat terdiri dari satu sional. LBD mengikat secara selektif hormon atau metabolitatau lebih anggota famili p-l 60, korepresor, terkait-mediator, atau sehingga menentukan respons biologis tertentu. LBD jugaCBP/p300 tlihal Tabel 42-6). mengandung domain-domain yang memerantarai pengikat-Terdopot Suqtu Fomili Besar ProteinReseptor di Nukleus an heat shock protein, dimerisasi, lokalisasi di nukleus, dan transaktivasi. Fungsi terakhir ini difasilitasi oleh transcriprionSuperfamili reseptor nukleus terdiri dari beragam faktor actiuation function (domain AF-2) terminal karboksil, yangtranskripsi yang ditemukan karena kemiripan sekuens di membentuk suatu permuk^an yartg dibutuhkan untuk in-domain pengikat-DNA faktor transkripsi tersebut. Famili ini teraksi tersebut dengan koaktivator. DBD dipisahkan dariyang kini memiliki lebih dari 50 anggota, mencakup reseptor LBD oleh regio engsei (hinge region) yang sangat bervariasi. Regio ini menentukan fleksibilitas reseptor sehingga kon-hormon nukleus yang dibahas sebelumnya, sejumlah reseptor formasi domain pengikat-DNA dapat berubah-ubah. Yanglain yang ligannya ditemukan setelah reseptor diidentifikasi,dan banyak reseptor putatifatau reseptor yatim yang ligannya terakhir, terdapat regio terminal amino, yang sangat beffa- riasi, yang mengandung domain transaktivasi lain (A-F-l).belum diketahui. Domain AF-l, yang belum diketahui secara lengkap, dapat Berbagai reseptor di nukleus ini memiliki beberapa ciri menentukan fungsi fisiologis tertentu melalui pengikatanstruktural (Gambar 42-12). Semuanya memiliki domain protein koregulator yang lain. Regio reseptor ini, melaluipengikat-DNA (DNA-b;nding domain, DBD) yang ter- pemakaian promotor yang berbeda, tempat penggabunganletak di tengah yang memungkinkan reseptor berikatan alternatil dan berbagai tempat inisiasi translasi, menyebab- kan reseptor memiliki isoform-isoform yang identitas DBDpada elemen respons dengan berafinitas tinggi. DBD men-gandung dua motif zinc fnger (jari-seng; lihat Gambar 38- dan LBD-nya sama, tetapi menimbulkan respons fisiologis14) yang mengarahkan pengikatan sebagai homodimer,heterodimer (biasanya dengan mitra reseptor retinoid X berbeda karena ikatan berbagai koregulator dengan domain[RXR]), atau monomer. Elemen respons target terdiri darisatu atau dua sekuens konsensus DNA half-site yang ter- AF-l terminal yang bervariasi ini.susun sebagai pengulangan terbalik atau iangsung. Jarak Reseptor dalam jumlah besar ini dapat disortir menjadi kelompok-kelompok dengan berbagai cara. Di sini reseptor- reseptor ini dibahas berdasarkan cara reseptor tersebut berikatan dengan elemen DNA masing-masing (Gambar 42-12). Reseptor hormon klasik untuk glukokortikoid (GR), mineralokortikoid (MR), estrogen (ER), androgen (AR), dan progestin (PR) berikatan sebagai homodimer pada sekuens berulang yang terbalik. Reseptor hormon lain, seperti tiroid (TR), asam retinoat (RAR), dan vitanrin D (\DR) serta reseptor yang mengikat berbagai ligan metabolik misalnya PPAR cr, F, d* y, FXR, lXR, PXR/SXR, dan CAR berikatan sebagai heterodimer, dengan reseptor retinoidX (RXR) sebagai mitra, pada sekuens pengulangan langsung (lihat Gambar 42-12 danTabel 42-5). Kelompok lain reseptor yatim yang ligannya belum diketahui berikatan sebagai homodimer atau monomer pada sekuens pengulangan langsung. Seperti yang diperlihatkan pada Tabel 42-5, penemuan superfamili reseptor nuldeus telah menghasilkan pema- haman penting tentang cara berbagai metabolit dan xenobiotik mengatur ekspresi gen, dan oleh karena itu mengatur metabolisme, detoksifikasi, dan eliminasi produk tubuh normal dan zat eksogen, misalnya obat. Tidaklah

492 / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEL & INTRASEI\" A/B DBD Hinge LBD i AF.2 AF-1 AA.A& Ldr-dClr O-l)-l .C*, l*6hdl-x-l- | GR, MR, PR TR, RAR, VDR COUP-TF, TR2, GEN8 AR, ER HNF-4, TLX PPARcr, B, y FXR, CAR, LXR PXR/SXRReseptor: Kelas steroid Pasangan RXR YatimPengikatan: Homodimer Heterodimer HomodimerLigan: g-Cis RA + (x) ? Steroid Pengulangan PengulanganElemen DNA Pengulangan langsung langsung terbalikGambar 42-l2.Superfamili reseptor nukleus. Anggota famili ini dibagi menjadi enamdomain struktural (A-F). Domain A/B juga disebut AF-1 , atau regio modulator karenaterlibat dalam mengaktifkan transkripsi. Domain C terdiri dari domain pengikat-DNA(DBD). Regio D mengandung engsel yang menghasilkan fleksiblitas antara DBD dandomain pengikat-ligan (LBD, regio E). Bagian terminal amino (N) regio E mengandungAF-2, domain lain yang penting untuk transaktivasi. Regio F belum sepenuhnyadiketahui. Fungsi domain-domain ini dibahas secara Iebih rinci di teks. Reseptor yangIigannya diketahui, misalnya hormon steroid, berikatan sebagai homodimer padaseparuh bagian regio pengulangan terbalik. Reseptor lain membentuk heterodimerdengan RXR pada elemen pengulangan langsung. Mungkin terdapat nukleotida penyeladengan satu sampai lima basa antara berbagai pengulangan langsung ini (DRl-5).Kelas reseptor lain yang tigannya belum diketahui (reseptor yatim) berikatan sebagaihomodimer pada regio pengulangan langsung dan kadang-kadang sebagai monomerpada h alf-site tunggal.mengherankan, bidang ini menjadi lahan subur penelitian transuiption (STAIS), reseptor nukleus, dan CREB (Gambar 42-13). CBP/p300 juga berikatan dengan koaktivator familiuntuk mencari intervensi terapeutik baru. pl60 yang dijelaskan di bawah dan dengan sejumlah proteinSeiumloh Besqr Koregulolor ResePtor lain, termasuk faktor transkripsi virus Ela, protein kinaseNukleus Jugo lkut Sertq MengoturTronskripsi p90\"k, dan RNA helikase A. Hal yang penting dicatat bahwaRemodcling kromatin, modifikasi faktor transkripsi oleh CBP/p300 juga memiliki aktivitas histon asetiltransferaseberbagai aktivitas enzim, dan komunikasi antara reseptornukleus dan perangkat transkripsi basal dilakukan oleh (HAI) intrinsik. Pentingnya hal ini dijelaskan di bawah.interaksi antarprotein dengan satu atau lebih kelas molekulkoregulator. Jumlah molekul koregulator ini kini melebihi Sebagian efek CBP/p300, yang tampaknya bergantung pada100, belum termasuk variasi spesies dan varian lain. Yangpertama ditemukan adalah protein pengikat-CREB, CBP. aktivitas enzim intrinsik dan kemampuannya berfungsiCBB melalui domain terminal amino, mengikat serin 137 sebagai perancah (scaffold) untuk pengikatan protein lain,terfosforilasi pada CREB dan memerantarai transaktivasi dilukiskan pada Gambar 42-11. Koregulator lain dapatsebagai respons terhadap cAMP Oleh karena itu, CBPdianggap sebagai koaktivator. CBP dan molekul terkaitnya, memiliki fungsi serupa.p300, berinteraksi secara langsung dan tidaklangsungdengan sejumlah molekul pembentuk sinyal, termasuk Beberapa famili lain molekul koaktivator telahprotein aktivator 1 (AP-1), signal transducer and actiuators of ditemukan. Anggota koaktivator famili p160' yang kesemuanya memiliki berat sekitar 160 kDa, mencakup (1) SRC-i dan NCoA-1; (2) GRIP t,TIF2, dan NCoA-2; dan (3) p/CIP, ACTR, AIBI, RAC3, dan TRAM-I (Thbel 42-6). Nama-nama yang berbeda untuk anggota-anggota dalam satu subfamili sering mencerminkan variasi spesies atau varian sambungan minor (minor splice). Grdapat sekitar 35o/o kesamaan asam amino antara anggota-anggota

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 493Tabel 42-5. Reseptor nukleus dengan ligan khususr Pi RXR (Drl i Asom lemok '$g i A.orn lerok i Asom lemok FF.ARp, ,\"lirEiko drii*aotia;iedian-. F.P,ARy' i Fornesol, osom empedu i Oksisterol i Andrortono I Fenoborbitol i Xenobiotikt.,;$.1, ttr,tt.ttt i Pregnono i XenobiotikrBanyak anggota superfamili reseptor nukleus ditemukan dengan pengklonan, dan Iigan padanannya kemudian diiderrtifikasi. Ligan-ligan ini bukan hormondalam definisi klasik, tetapi ligan-ligan ini memiliki fungsi serupa, vaitu mengaktifkan anggota tertentu superfamili reseptor nukleus. Reseptor yang dijelaskan disini membentuk heterodimer dengan RXR dan memiliki sekuens nukleotida bervariasi yang memisahkan elemen-clemen pengikat pengulangan langsung (DR1 -5).Reseptor-reseptor ini mengatur berbagai gen yang mengode sitokrom p,150 (CYP), protein pengikat di sitosol, dan transporter ATP-binding cassette (APC) r,rntukmemengaruhi metabolisme dan melindungi scl dari obat dan zat yang merugikan.subfamili yang berbeda. Koaktivator p 1 60 me miliki beberapa (4) mengandung paling sedikit tiga motif I)O(LL yangsifat. Koaktivator ini (1) berikatan dengan reseptor nukleussecara agonis dan bergantung (dependen) pada domain dibutuhkan untuk interaksi antarprotein dengan koaktivatortransaktivasi AF-2; (2) memiliki motif basic helix-loop-helix(bHLH) terminal amino yang terkonservasi (lihat Bab 38); lain; dan (5) sering memiliki aktivitas HAT. Peran HAI(3) memiliki domain transaktivasi terminal karboksil yang sangat menarik karena mutasi domain HAI menyebabkan banyak faktor transkripsi ini tidak berfungsi. Pendapatlemah dan domain transaktivasi terminal amino yang lebih saat ini adalah bahwa aktivitas HAT mengasetilasi histon dan menyebabkan remodeling kromartn menjadi suatukuat di regio yang diperlukan untuk interaksi CBP/p160; lingkungan vang efisien untuk transkripsi; namun, substrat Hormon GH, Prl, Kelompok I Sitokin. dsb. Asam retinoat, estrogen, vitamin D, glukokortikoid, dsbnya oo'*\"I?Reseptor STAT CREB NUKIEUS p300 Gambar 42-13. Beberapa jalur transduksi sinyal menyatu di CBF/p300. Ligan yang berikatan dengan membran atau reseptor nukleus akhirnya menyatu di CBP/p300. Beberapa jalur transdul<si sinyal yang berbeda digunakan. ECF, faktor per[umbuhan epidermis; CH, hormon pertumbuhan; Prl, prolaktin; TNF, faktor nekrosis tumor; singkatan lain terdapat di teks.

494 / BAGIAN V: BIOKIMIA KOMUNIKASI EKSTRASEI & INTRASEITabel 42-6. Beberapa protein koregulator pada ini pada promotor tertentu bersifat dinamik. Dalam bebe-mamalia rapa hal, kompleks yang terdiri dari hingga 47 faktor rran' skripsi pernah ditemukan pada sebuah gen.protein lain untuk asetiiasi yang diperantarai oleh HAI juga RINGKASANpernah drlaporkan. Asetilasi/deasetilasi histon diperkirakan . Hormon, sitokin, interleukin, dan faktor pertumbuhanberperan penting dalam ekspresi gen. menggunakan berbagai mekanisme pembentuk sinyai untuk mempermudah respons adaptif sel. Sejumlah kecii protein, termasuk NCoR dan SMRI, ' Kompleks ligan-reseptor berfungsi sebagai sinyal awalmembentuk famili korepresor. Protein-protein ini berfungsi, bagi anggota famili reseptor nukleus.paling tidak sebagian, seperti telah dijeiaskan pada Gambar . Hormon kelas/kelompok II yang berikatan dengan42-2. Farr.ili lain nencakup TRAPs, DRIPs, dan ARC(Tabe\ 42-6). Protein terkait-mediator ini memiliki ukuran reseptor di permukaan sel, menghasilkan berbagai sinyalberkisar dari 80 kDa hingga 240 kDa dan diperkirakan intrasel. Sinyal-sinyal ini mencakup kaskade cAMP,terlibat daiam menghubungkan kompleks reseptor nukleus- cGMB Ca2-, fosfatidiiinositida, dan protein kinase.koaktivator dengan RNA poiimerase II dan komponen lain ' Banyak respons hormon terjadi melalui perubahan lajuperangkat transkripsi basal. Perarr pasti berbagai koaktivator ini saat ini sedang dalam transkripsi gen spesifik.penelitian. Banyak protein ini memiliki aktivitas enzimatik ' Superfamili protein reseptor nukleus berperan besarintrinsik. Hal ini sangat menarik mengingat fakta bahwaasetilasi, fosforilasi, metilasi, sumoilasi, dan ubikuitinasi- dalam mengatur transkripsi genserta proteolisis dan transiokasi sel-telah diperkirakan . Reseptor-reseptor ini, yang dapat memiliki hormon,mengubah aktivitas sebagian koregulator dan targetnya. metabolit, atau obat sebagai ligannya, berikatan tmpaknya komhinasi koregulator-koregulator terten- dengan elemen DNA spesifik sebagai homodimer atautu-demikian juga berbagai kombinasi aktivator dan inhibi- heterodimer dengan RXR. Sebagian reseptor yaitutor-bertanggung jawab menentukan efek yang dipicu oleh reseptor yatim tidak memiliki ligan yang dikenal, tetapi berikatan dengan DNA dan memengaruhi transkripsi.ligan melalui berbagai reseptor. Selain itu, interaksi-interaksi ' Famili besar protein koregulator iain menyebabkan remodeling kromatin, modifikasi faktor transkripsi lain, dan menghubungkan reseptor nukleus dengan perangkat transkripsi basal. REFERENSI Arvanitahis L, et al. Constitutively signaling G-protein-coupled receptors and human disease. Ti'ends Endocrinol Metab l99B;9:27. Darnell JE Jr, Kerr iM, Stark GR. Jak-STAI pathways and transcriptional activation in response to IFNs and other extracellular signaling proteins. Science 7994;264:1415. Fantl \X{, Johnson DE, \Williams LT. Signalling by receptor tyrosine kinases. Annu Rev Biochem 1993:62:453. Hanoune J, Deler N. Regulation and role of adenylil cyclase isoforms. Annu Rev Pharmacol Toxicol 200 1 ;41 : I 45. Jaken S. Protein kinase C isozymes and substrates. Curr Opin Cell Biol 1996;8:168. Lee C-H, Olson B Evans RM. Mini-review: Lipid metabolism, metabolic diseases, and peroxisome proliferation-activated receptor. Endocrinology 2003l'l 44:2207. Lonard DM, O'Malley BV. Expanding functional diversity of the coactivators. Tiends Biochem Sci 2005 ;30:126.

/BAB 42: KERJA HORMON & TRANSDUKSI SINYAL 495Montminy M. Tianscriptional regulation by cyclic AMP Ann Rev Perissi V, Rosenfield MG. Controlling nuclear receptors: the circular Biochem 1997;56:807. logic of cofactor cycles. Nat Rev Mol Cell Biol 2005;6:542.Morris AJ, Malbon CC. Physiological regulation of G protein- \(alton KM, Dixon JE. Protein tyrosine phosphatase. Annu Rev Biochem 1993;62:101. linked signaling. Physiol Rev 1999;79:1373.