Pengertian Apoptosis dan proses Apoptosis

Advertisement
Apaptosis adalah merupakan kematian sel yang terprogram, melalui proses kerusakan kromatin pada nukleus / inti sel, sel menyusut dengan pembentukan badan-badan apoptosom (apoptotic body) dan sel mengepak dirinya sendiri untuk dimakan makrofag. Apoptosis terjadi setiap hari dalam tubuh kita. Sel dalam tubuh ada yang berproliferasi (lahir) dan ada yang mati. Untuk terjadi apoptosis ada berbagai macam stimulus. Stimulusnya sangat regulated fashion (sangat terkontrol bukan sesuatu yang asal lalu mati). Apoptosis dibedakan dengan necrosis karena necrosis menginduksi inflamasi yang dapat menimbulkan masalah kesehatan yang serius. Proses dimana sel memegang peranan dalam kematiannya sendiri.

Central pada apoptosis yaitu caspase yang beperan sebagai protein eksekutor. yang memutuskan sel untuk apoptosis. Caspase atau Cysteine Aspartate Specific proteases. Caspase belum aktif merupakan procaspase. Agar berfungsi maka caspase harus mengami aktivasi dengan pemotongan sisi karboksil dan pemotongan sisi terminal amino (jumlah amino) sehingga sisinya menempel sedemikian rupa sehingga menjadi active caspase. Ada stimulus tertentu yang merubah procaspase menjadi caspase. 1 molekul caspase dapat mengaktifkan molekul caspase yang lainnya (snowball effect). Hasil caspase-nya berbeda-beda yang memiliki fungsi masing-masing. Aktifnya caspase maka selanjutnya ada pembentukan vesikel, dan degradasi DNA. Sel mengalami apoptosis (DNA intake), kemudian mulai terlihat leader (DNA dipotong) dengan urutan tertentu sehingga punya pola tertentu (cirri-ciri sel yang mengalami apoptosis, sedangkan kalau necrosis DNA-nya remuk).

Mekanisme induksi pemicu terjadinya apoptosis bisa karena radiasi, cell stress, infeksi virus, death receptors, grandzymes (sel mengeluarkan granzymes yang akan menginduksi apoptosis pada mekanisme imun).



sumber gambar : cellsignal.com

Apoptosis dibagi 2 jalur utama yaitu : intrinsik (Mitochondrial pathway) dan ekstrinsik (Death receptor)
Intrinsik: contohnya cellular stress (radiasi, infeksi virus, growth faktor, stress oksidasi) intinya sinyal apoptosisnya melalui pintu mitokondria yang melibatkan protein bcl-2 dan bugs (p53), walaupun dari luar tetapi hancurnya di mitokondria.

1. Jalur Intrinsik (Mitochondrial pathway apoptosis)

Intinya: pelepasan sitokrom c. Karena begitu sitokrom c keluar maka akan diikat oleh Apaf-1 (apoptosis activating faktor), dia akan diikat dan membentuk CARD domain dan membentuk apoptoseome. Apoptosome akan mengaktivasi caspase 9 (caspase awal yang diaktifkan oleh release sitokrom c), sehingga caspase 9 akan mengaktivasi caspase selanjutnya (3,6,7) untuk selanjutnya caspase tersebut akan mengaktifkan system yang lain. Protein yang berperan dalam apoptosis yaitu BH1, BH2, BH3, BH4, artinya satu gen yang terdiri dari beberapa lobus. Bila yang dinyalakan BH1, BH2, BH3, BH4 maka akan menjadi Bcl2/Bcl-XL yang merupakan anti-apoptosis. Kalau yang dinyalakan BH1, BH2, BH3 (atau hanya BH3) maka akan menjadi pro-apoptosis.

Pro-survival / anti apoptosis (Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w, Mcl-1, A1) dikepung oleh pro-apoptosis (molekul yang menginduksi apoptosis: Bim, Puma, tBid, Bad, Noxa, Bax)pro-apoptosis yang disbanding oleh gen yang sama tapi terjadi alternatif slpicing sehingga gen yang sama tetapi splicing berbeda bisa menjadi protein yang berbeda. Sehingga gen yang sama tetapi karena splicing yang berbeda bisa menjadi pro/anti-apoptosis.

Pada kondisi sel yang normal, cytochrome c hanya ada pada mitochondria (dalam sel) karena dijaga oleh bcl2 protein supaya permeabilitas mitokondria selalu terjaga. Sebenarnya antara yang pro dan anti apoptosis selalu bersaing. Sehingga kalau banyak yang anti-apoptosis maka membrane mitokondria akan tetap intake dan sitokrom c tidak keluar. Tetapi kalau produksi bax berlimpah, maka akan mengganggu permeabilitas dan sitokrom c keluar, sehingga mulai apoptosis.

Anti apoptotic menghambat supaya BH123 tidak bergabung menjadi satu supaya sitokrom c tidak keluar.
Selanjutnya karena adanya apoptotic stimulus sehingga BH123 mengumpul jadi satu akan memberikan jalan ke sitokrom c untuk menginduksi terjadinya apoptosis. Tetapi ada juga ada apoptosis stimulus yang meng-inaktivasi Bcl2 sehingga BH123 tetap menjadi satu dan sitokrom c terlepas.

Mitokondria juga melepaskan protein anti-IAP (untuk memblok caspase). IAP akan menempel pada caspase dan memblok caspase. Tetapi pada saat BH123 terlepas, anti IAP juga terlepas sehingga memblok supaya IAP tidak menghambat caspase. Caspase yang aktif pada jalur ini adalah dari procaspase 9 menjadi caspase 9, selanjutnya caspase 9 akan mengaktifkan caspase 3.

Caspase 3 termasuk dalam caspase eksekutor yang diaktifkan oleh caspase inisiator meliputi: caspase 8 dan caspase 9. Aktivasi apoptosis baik jalur ekstrinsik maupun jalur intrinsik akan berujung pada aktivasi caspase-3 sebagai caspase eksekutor. Apabila caspase-3 telah teraktivasi, terjadi determinasi tak terhindarkannya kematian sel, akan terjadi apoptosis.

Cara penghambatan apoptosis melalui extraselular :
Cara A: meningkatkan jumlah protein Bcl2, bila Bcl2 semakin banyak maka dia akan bersifat anti apoptosis sehingga apoptosisnya terblok.
Cara B: meng-inaktifasi BH3 (pro-apoptosis) sehingga apoptosis tidak terjadi.
Cara C: meng-inaktifasi anti-IAPs sehingga apoptosis tetap bisa diblok.

Protein-protein berperan dalam apoptosis
 Famili protein Bcl-2 merupakan regulator apoptosis jalur intrinsik yang bekerja dengan mengontrol pelepasan cytochrome c dan protein intermembran mitokondria lainnya ke sitosol. Beberapa protein Bcl-2 merupakan pro-apoptosis yang memicu apoptosis dengan meningkatkan pelepasan cytochrome c ke sitosol, sedangkan protein Bcl-2 lainnya merupakan anti-apoptosis yang menghambat apoptosis dengan menghambat pelepasan cytochrome c ke sitosol. Protein Bcl-2 yang termasuk protein anti-apoptosis antara lain Bcl-2, Bcl-xL, Bcl-w, MCL-1, dan A1 (Alberts et.al., 2008).

Gen BCL2L1
Gen yang mengkode Bcl-xL adalah gen BCL2L1. Gen BCL2L1 (Bcl-2-like protein 1) memiliki nama lain yaitu BCL2L dan BCLX. Locus gen BCL2L1 yaitu 20q11.21 (pada subpita 2 pita 1 regio 1 lengan panjang kromosom 20). Gen BCL2L1 tersusun atas 59.537 pasang basa. Jumlah exonnya 4 (www.ensembl.org, www.uniprot.org, www.atlasgeneicsoncology.org).

Struktur Bcl-xL
Protein Bcl-xL merupakan suatu transmembran protein dengan berat molekul 26 kDa. Bcl-xL tersusun dari 233 asam amino (www.uniprot.org). Bcl-xL tersusun dari 2 helix hidrofobik yang terletak di sentral. Helix–helix hidrofobik tersebut dikelilingi oleh helix lain yang bersifat ampiphatic. Bcl-xL memiliki transmembran domain dan 4 domain Bcl-2 homology (BH) yaitu BH1, BH2, BH3, dan BH4. Domain BH1, BH2, dan BH3 letaknya saling berdekatan dan membentuk suatu celah hidrofobik yang panjang yang merupakan tempat untuk berikatan dengan domain BH3 milik protein Bcl-2 yang pro-apoptosis (Muchmore et.al., 1996).
Bcl-xL terutama terletak di membran luar mitokondria. Selain itu, Bcl-xL juga terletak di di retikulum endoplasma dan pada membran nucleus. Bcl-xL berfungsi untuk menjaga integritas membran, mencegah pengeluaran protein intermembran dari mitokondria dan mencegah pengeluaran ion Ca2+ dari retikulum endoplasma (Alberts et.al., 2008).

Fungsi Bcl-xL
Bcl-xL terutama berperan dalam penghambatan jalur intrinsik apoptosis. Pada saat terdapat stimulus apoptosis, Bcl-xL yang terdapat pada membran luar mitokondria diikat oleh Bad, suatu protein Bcl-2 pro-apoptosis, sehingga Bcl-xL tidak dapat melakukan fungsinya dalam menghambat apoptosis. Stimulus apoptosis menyebabkan Bax yang terdapat di sitosol akan bergerak menuju membran luar mitokondria. Di membran luar mitokondria, Bax mengalami oligomerisasi dan membentuk suatu kanal pada membran luar mitokondria. Sedangkan Bak yang merupakan transmembran protein pada membran luar mitokondria, segera mengalami oligomerisasi dan membentuk kanal pada membran luar mitokondria setelah terdapat stimulus apoptosis. Melalui kanal yang dibentuk oleh Bax dan Bak, cytochrome c serta protein intermembran akan keluar dari mitokondria menuju sitosol. Di sitosol, cytochrome c berikatan dengan Apaf-1. Apaf-1 kemudian berikatan dengan ATP dan mengalami oligomerisasi. Kemudian beberapa molekul procaspase 9 akan berikatan dengan Apaf-1, agregasi procaspase 9 tersebut akan menyebabkan procaspase 9 melakukan self-cleavage sehingga procaspase 9 akan aktif menjadi caspase 9. Komplex Apaf-1, cytochrome c, caspase 9, serta ATP disebut apoptosome. Caspase 9 kemudian akan mengaktifkan caspase 3, 6, dan 7, yang memproteolisis protein-protein sel dan memicu terjadinya kematian sel. 

Bcl-xL dapat melakukan fungsinya untuk menghambat apoptosis apabila terdapat survival stimulus. Stimulus survival akan mengaktifkan Phosphatidylinositol 3-Kinase/Akt Signaling Pathway. Akt yang mengalami aktivasi akan memfosforilasi Bad. Bad yang terfosforilasi akan melepaskan Bcl-xL, sehingga Bcl-xL dapat melaksanakan fungsinya untuk menghambat apoptosis. Bcl-xL akan mengikat Bak dan Bax. Bak dan Bax yang diikat oleh Bcl-xL tidak dapat mengalami oligomerisasi sehingga tidak dapat membentuk suatu kanal pada membran luar mitokondria, sehingga tidak terjadi pelepasan cytochrome c. Tidak adanya pelepasan cytochrome c menyebabkan tidak terbentuknya interaksi Apaf-1 dan cytochrome c, sehingga tidak terjadi caspase cascade yang memicu kematian sel (Goodman, 2008).

Defek pada ekspresi gen BCL2L1
1. Adanya overekspresi gen BCL2L1 menyebabkan follicular lymphoma.
Follicular lymphoma lebih disebabkan karena adanya defek pada apoptosis sel daripada karena adanya defek pada proliferasi sel. Bcl-xL berperan penting dalam regulasi apoptosis sel limfosit B. Apabila terjadi overekspresi gen BCL2L1, akan terjadi peningkatan ekspresi Bcl-xL pada sel limfosit B. Ekspresi Bcl-xL yang berlebihan mengakibatkan peningkatan survival sel limfosit B. Selain itu sel limfosit B juga resisten terhadap apoptosis sel yang dipicu oleh Fas (Zhao et.al., 2004).
2. Mutasi pada gen BCL2L1 berperan dalam tumorigenesis Non-Hodgkin Lymphoma.
Mutasi missense pada kodon 154, yaitu perubahan susunan basa AGC menjadi GGC menyebabkan perubahan asam amino dari serine menjadi glycine. Mutasi ini berperan dalam tumorigenesis Non-Hodgkin Lymphoma, tetapi bagaimana mekanismenya, belum dapat diketahui (Yamaguchi et.al., 2002).
3. Penurunan ekspresi gen BCL2L1 pada masa embrio menyebabkan penurunan ekspresi Bcl-xL. Penurunan ekspresi Bcl-xL pada masa embrio menyebabkan kematian sel yang masif, terutama pada neuron-neuron yang imatur pada sistem saraf perifer dan sistem saraf pusat yang sedang berkembang. Keadaan ini dapat mengakibatkan kematian embrio (Goodman, 2008).

Gene Bid
Lokasi gen : 22q11.1, yaitu pada kromosom 22, lengan panjang (q) pada lokus 11.1
Pada urutan basa : 16.596.906 – 16.637.263, memiliki 6 exon dan 5 intron.

Protein Bid
Bid (BH3 interacting domain) termasuk dalam family Bcl-2, berfungsi sebagai link antara jalur ekstrinsik dan intrinsic, dan mediasi pelepasan sitokrom c dari mitokondria. Terletak pada sitoplasma dan membran mitokondria. Memiliki 195 asam amino, dengan berat 21.995 Da.

Jalur Mekanisme : Setelah reseptornya diaktifkan, Caspase 8 yang teraktivasi akan memotong bid menjadi t bid kemudian t bid dipindahkan atau masuk ke mitokondria dan akan menginduksi pelepasan sitokrom C, sitokrom C ini akan mengikat Apaf 1, kemudian Apaf 1 akan mengaktifkan caspase 9,Caspase 9 mengaktifkan caspase 3 untuk melakukan apoptosis.

Ganggauan Protein Bid
Peran Bid : tumorogenesis
Mutasi gen Bid mengganggu fosforilasi menyebabkan resisten terhadap rangsangan apoptosis.

Protein BAD
BAD termasuk salah satu protein dari golongan BCL-2. Semua protein yang termasuk dalam golongan BCL-2 berfungsi mengatur kematian sel, berupa anti-apoptosis atau mencegah kematian sel dan berupa pro-apoptosis atau memudahkan terjadinya kematian sel. Sedangkan BAD dalam menjalankan fungsi ini, ia berfungsi khusus sebagai pro-apoptosis. Protein-protein yang berperan dalam pro-apoptosis dikelompokkan lagi menjadi 2 berdasarkan domain penyusunnya yakni, pro-apoptosis dengan penyusun domain BH1-BH2-BH3 dan pro-apoptosis dengan penyusun domain BH3 saja, sedangkan BAD termasuk salah satu protein pro-apoptosis dengan penyusun BH3 saja.

BAD ternyata memiliki nama lain yakni BBC2, BBC6, 3BCL2L8, dan Bcl2-L-8. ia terletak di kromosom ke-11 pada lengan panjang dan terletak di lokus 13.1. Dari tiga milyar pasangan basa suatu genom, basa-basa penyusun BAD terletak pada urutan basa ke 63.793.878 sampai 63.808.740, sehingga BAD memiliki 14.863 basa penyusunnya. BAD memiliki 168 asam amino dengan berat sekitar 18 Kda, memiliki 5 ekson.

BAD dikatakan berfungsi aktif saat ia membentuk heterodimer dengan beberapa protein diantaranya dengan BCL-2 dan BCL-xL, saat aktif BAD berada di sitoplasma, dengan adanya bentuk heterodimer ini BAD mencegah kerja dari pasangannya (BCL-2 dan BCL-xL) untuk terjadinya proses anti –apoptosis. Dan BAD dikatakan tidak aktif ketika proses fosforilasi terjadi pada heterodimer sehingga BAD terlepas dari pasangannya (BCL-2 dan BCL-xL) sehingga terjadilah proses anti-apoptosis yang diperankan oleh pasangannya yakni BCL-2 dan BCL-xL yang terlepas dari BAD. Saat tidak aktif, BAD berada di membran luar mitokondria.

Salah satu kasus penyakit manusia yang berkaitan dengan BAD adalah kanker kolon. Dimana terjadi mutasi pada gen BAD berupa mutasi missen yaitu pada ekson 2 BAD diurutan basa ke-340 terjadi pergantian basa sitosin dengan timin sehingga mengubah asam amino yang semula leusin menjadi fenilalanin atau mutasi missen pada urutan basa ke-337 di ekson 2 terjadi pergantian basa guanin menjadi arginin sehingga mengubah asam amino yang semula glutamin menjadi lisin. Dengan adanya mutasi missen ini, maka tidak terbentuk protein BAD atau terbentuk BAD yang tidak berfungsi normal, sehingga sel tersebut tidak mengalami apoptosis, dan terjadilah proliferasi sel yang menjadi kanker tersebut.

2. Jalur Ekstrinsik (Death receptor pathway)

Extrinsic signal biasanya melalui death receptor atau melalui enzyme granzyme. Fas ligand/FasL (CD95) merupakan death receptor, terdapat di permukaan dan kalau berpasangan akan memicu terjadinya apoptosis tetapi bedanya tidak lewat mitokondria.


FADD akan jadi satu dengan yang akan mengaktifasi caspase 8 yang akan mengaktifasi caspase 3, 6, 7 sebagai caspase eksekusioner. Beda intrinsic dan ekstrinsik: intrinsic melalui mitokondria (sitokrom c yg mengaktifkan caspase), yang ekstrinsik karena adanya FADD/death domain yang bersatu membentuk kinase tertentu sehingga akan mengaktifkan caspase 8,9,10 dimana caspase 8,9,10 akan mengaktifkan eksekusioner caspase.


Granzyme biasanya terjadi di sel T. sel T sitotoksik biasanya akan menghasilkan granzyme untuk membunuh sel yang terinfeksi oleh gran. Apotosis normal terjadi selama pertumbuhan/perkembangan normal, biasanya terjadi juga terjadi resposilble untuk setting dari pembentukan jaringan/organ juga untuk regulasi limfosit untuk pembentukan sel T, dari bone marrow sel T pindah ke tymus dan hanya 10% yang berfungsi sebagai sel, yang 90% tidak lulus/tidak berfungsi sehingga dibuang (drop out). Sel yang tidak berfungsi dan drop out akan dibunuh atau pada proses perkembangan pada pembentukan ekor pada katak yang dibuang atau pada manusia sehingga memiliki bentuk jari 5 karena adanya proses apoptosis. Selain itu juga terjadi pada sel darah merah kita, dimana setiap 120 hari sel akan mati.


Peran apoptosis dalam kesehatan dan penyakit :

- Selama perkembangan normal pada organism multiseluler dan berlanjut sampai dewasa.
- Bertanggungjawab terhadap pembentukan jaringan dan organ selama perkembangan embrio. (apoptosis dari sel berada antara jari kaki sehingga kita memiliki 5 jari)
- Merupakan bagian penting dari regulasi system imun (pematangan timus).

Apaf1 (apoptosis activating faktor +/- : artinya ada apaf-nya, bisa terjadi morfogenesis, tetapi yang Apaf-nya -/- tidak terjadi apa-apa (tidak terjadi apoptosis). Sementara pada caspase 9 tidak tidak ada bedanya antara +/+ dan -/- hal ini menunjukkan bahwa Apaf1 lebih penting daripada caspase 9 karena kalau tidak pakai caspase9 masih bisa pakai caspase 8/10. Kalau Apaf hanya satu-satunya sehingga tidak ada yang menggantikan sehingga begitu Apaf1 tidak ada maka apoptosis tidak terjadi.


Kelainan apoptosis (sedikit apoptosis) terjadi pada sel-sel kanker. Sel-sel kanker adalah sel yang tidak mau mengalami apoptosis karena punya sifat resisten.

Bila apoptosis terlalu banyak bisa terkena Parkinson, alzheimer atau pre-eklamsia. Salah satu penyebab pre-eklamsi excessive apoptosis pada tropoblas. Jadi tidak terjadi remodeling pre-eklamsia
Pada Parkinson atau Alzheimer progressive loss of neuron, neuron mengalami kematian yang terlalu banyak sehingga gangguan pada pergerakan. Pada elzheimer kehilangan ingatan secara graduate.



ARTIKEL YANG BERKAITAN