Proses Siklus Sel Pada Mamalia dan Peran P53 dalam Siklus Sel

Advertisement
Siklus sel merupakan proses pada sel yang akan mengarah pada pembelahan sel. Dimana 1 sel akan menghasilkan 2 sel. Meliputi proses sel tumbuh, replikasi, terjadi segregasi kromosom dan terjadi pembelahan sel. Siklus sel terdiri dari 4 fase yaitu G1, S, G2 dan M. masing-masing fase memiliki ciri masing-masing pada fase M è mitosis / nukleodivision / pembelahan nukleus tetapi juga diikuti pembelahan sitoplasma (cytokinesis).

Secara umum siklus sel di bagi 2 fase utama yaitu fase Interfase (I) dan fase mitosis (M). pada fase interfase terbagi menjadi 3 fase yaitu G1, S, G2. Pada fase interfase selama ini dianggap fase istirahat, tetapi sebenarnya secara metabolism biokimia sel ini sebenarnya sangat aktif. Secara morfologi sepertinya tidak terjadi perubahan tetapi sebenarnya terjadi proses yang sangat komplek. Pada M phase (mitosis) merupakan bagian yang sangat kecil dari siklus sel, pada mitosis merupakan bagian yang sangat spektakuler karena morfologinya sangat jelas, dimana kromosom terletak ditengah dan tertarik pada masing-masing kutub sehingga secara morfologi sangat jelas terlihat.
Pada fase-fase dalam siklus sel terjadi proses-proses
Fase G1: aktifasi metabilik sel, duplikasi organela dan komponen sitosolik, dimulai dengan replikasi centrosome.
Fase S : replikasi DNA. DNA perlu direplikasi karena akan menghasilkan 2 sel maka perlu digandakan terlebih dahulu supaya sel anaknya akan mendapatkan materi yang sama persis.
Fase G2: pertumbuhan sel berlanjut, sintesis enzim dan protein, replikasi centrosome komplit (fase sebelum sintesis) merupakan fase persiapan sebelum fase berikutnya/mitosis.
Fase M: mitosis/pembelahan sel, pergerakan kromosom bisa diikuti dari tengah ke tepi, akan menjadi sitokinesis (1 sel menjadi 2 sel).
Fase G0 : yaitu dimana sel tidak membelah. Sel tidak selamanya membelah dan berhenti pada saat tertentu. Ada sel yang berhenti membelah (sel yang sudah berdiferensiasi) sehingga tidak kemampuan untuk membelah.

Fase mitosis merupakan fase yang paling pendek. Fase G1 merupakan fase yang paling lama bila ada sel yang rusak karena harus memperbaiki dulu. Fase S juga lama/panjang karena karena ada proses replikasi (harus menyalin ATGC yang panjang) sehingga waktunya tidak bisa kita tentukan.

Pertumbuhan sel/siklus sel digambarkan sebagai jam, dimana banyak faktor yang mempengaruhi yaitu : reseptor tyrosine kinase, reseptor G-protein, reseptor TGF-b, integrin, status nutrient. Sehingga sel membelah atau tidak juga tergantung dari nutrisi, selain itu juga perlu banyak sinyal (reseptor). Semua faktor-faktor tersebut yang menentukan apakah sel dalam fase G0 atau akan membelah.

Siklus sel yang merupakan proses yang menuju duplikasi sel, dari 1 sel menjadi 2. Pada proses tersebut ada transmisi/ perpindahan dan terjadi penerusan sehingga diusahakan sel anak bisa sama. Supaya tidak berubah maka DNA harus direplikasi secara akurat. Genom kita ada sekitar 3 milyar. Supaya bisa meyakinkan maka siklus sel dilengkapi dengan berbagai macam komponen, salah satunya dengan check point. Setiap fase dalam siklus sel memiliki check point, Dari fase ke G1 sebelum masuk S ada check point. Fungsi dari check point yaitu untuk mengecek/ meyakinkan bahwa fase sebelumnya sudah selesai baru masuk fase berikutnya. Karena siklus sel berjalan satu arah dan tidak bisa kembali lagi, sehingga harus diyakinkan bahwa fase sebelumnya benar-benar sudah selesai baru masuk fase berikutnya. Sekali sel masuk melalui G1 ke S, maka sel tidak bisa kembali lagi atau sel itu mati. Pada siklus sel ini terdapat Restriction point (titik R) yaitu garis yang harus dilalui sel bila sel sudah masuk, maka tidak bisa kembali lagi.

Pertanyaannya pada fase G2 ke M apakah semua DNA sudah direplikasi? Kalau belum maka fase itu akan diperpanjang. Apakah lingkungan favorable/ mendukung (apakah ada faktor lingkungan yang tidak memungkinkan). Begitu juga pada fase M ke G1 kromosom sudah menempel pada benang spindle atau belum, kalau belum dilekatkan dulu baru mitosis.

Jika check point rusak atau tidak ada dapat mengakibatkan adanya penggadaan sel yang berulang-ulang (endoreduplikasi) sehingga sel anakan bukan 2n tapi bisa 4n atau 8n. Check point diperlukan supaya sel bisa berjalan normal.

Peran Cyclin dan Cyclin-Dependent Kinase (CDK) dalam Siklus Sel

Salah satu check point pada siklus sel adalah cyclin. Cyclin bila sendirian tidak aktif, kemudian ada bagian active site yang berikatan dengan cyclin tetapi butuh CDK-activating kinase (CAK) yang akan mendapatkan fosfat dari cyclin sehingga menjadi fully active. Cyclin-dependent kinase (CDK) sangat tergantung cyclin sebagai donor. CDK tidak bisa berbuat apa-apa tanpa adanya cyclin. Cyclin dan CDK merupakan molekul utama yang menggerakkan siklus sel.
Alasan pemberian nama cyclin karena:
Berfungsi pada siklus sel.
Penampilannya atau kenampakannya bersifat siklin/periodik.

Pada siklus sel ada beberapa jenis cyclin, diberi nama A, B, D, E. Cyclin akan berada pada siklus sel pada tahap yang berbeda. Pemberian nama berdasarkan urutan ditemukanya. Fungsi di dalam sel berbeda. Cyclin bisa berganti pasangan, tetapi CDK4 hanya berpasangan dengan cyclin D.

Macam cyclin dan pada fase-fasenya











Cyclin bisa diproduksi melalui proses sintesis protein, Bila cyclin sudah diproduksi dan tidak digunakan maka harus didegradasi melalui sinyal yang diterjemahkan sebagai ubikuitinasi (penempelan ubikuitin pada residu sistein dari protein) yang merupakan penanda bagi proteosom untuk mulai mendegradasi.


Setiap fase punya check point. G1 ada cyclin (favorable extracellular environment), kemudian antara G1 dan S ada DNA damage (pada saat sel pada posisi G1 kalau ada kerusakan DNA maka sel tidak akan pernah masuk fase S). Pada fase S kalau ada kerusakan DNA maka akan berhenti untuk memperbaiki (direparasi). Kemudian pada fase M kalau ada kerusakan DNA atau DNA yang direplikasi berulang-ulang (rereplication) atau tidak direplikasi maka akan diperbaiki terlebih dahulu kalau tidak bisa diperbaiki maka akan apoptosis (faktor yang menghentikan siklus sel). Tubuh sebenarnya tidak mentolerir karena bila mentolelir maka sel akan mutasi sel sehingga terjadi cancer. Inti cancer adalah kerusakan pada siklus sel.


Penghambat Kerja Cyclin dan Cyclin-Dependent Kinase (CDK)



 Agar cyclin tidak selalu aktif maka perlu ada inhibition atau penghambat. Penghambat Kerja Cyclin dan Cyclin-Dependent Kinase (CDK), Ada 3 utama yaitu: CAK (cdc 25 phosphatase), CDK inhibitor (p21, p27, p57), ubikuitin (APC/C). penghambatan pada sisi aktifnya diganggu atau dengan didegradasi.

Protein kinase menambahkan fosfat di CDK sehingga CDK tetap tidak berfungsi walaupun jadi satu dengan cyclin. Tetapi ternyata bersifat reversible (dapat berpindah) sehingga dengan adanya phosphatase maka phosphatnya diambil dan cyclin dan CDK dapat tetap aktif.


Dengan adanya protein tertentu yang dapat menginhibisi misalnya: protein p27 (yang dapat mengganggu hubungan cyclin dan CDK) yang merupakan inhibitor cyclin yang mengikat cyclin dan CDK sehingga tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya. Cara lain yaitu dengan berkompetisi dengan CDK. Pada CDK umum penghambatnya p21, p27 dan p57. CDK 4/6 dan cyclin D inhibitornya ada 4 molekul, yaitu p15, p16, p18 dan p19.


Adanya CDC 2, cyclin B ada inactive APC/C bisa diaktifkan dengan sub unit (Cdc20), sehingga begitu aktif maka akan menambahkan ubikuitin pada cyclin sehingga cyclin punya polyubikuitin C sehingga merupakan sasaran bagi proteosom untuk didegradasi. Ini merupakan salah satu cara check point pada fase M. Setelah melewati anaphase, metaphase maka cyclin M anjlok dengan drastic (hijau), caranya dengan kehadiran APC/C maka cyclin M akan terdegradasi dengan cepat sehingga akan hilang dan sel kembali ke G1.


Critical check point pada siklus sel : Restriction Point (R)

Pada siklus sel ada periode dimana sel responsive terhadap mitogenik GFs (growth faktor) dan TGF-b. Faktor TGF-b berfungsi sebagai faktor anti pertumbuhan, dimana faktor mitogenik akan menginduksi TGF-b akan menghentikan. Pada fase G1 sejak selesai fase M dan masuk fase G1 sampai akhir dari G1 sebelum R point, sel responsive terhadap faktor eksternal. Setelah itu (setelah melewati S) maka tidak akan bergerak walaupun diberi apapun karena sudah tidak responsive terhadap faktor eksternal. Karena itu fase G1 adalah fase persiapan yang harus dipersiapkan paling matang. Fase R merupakan fase yang sangat menentukan. Sebelum titik R, sel sangat responsive terhadap faktor eksternal, tetapi setelah melewati titik R maka sel melalui R maka sel independent terhadap faktor eksternal dan sel harus menyelesaikan siklus sel.

Perjalanan sel dari luar (dari atas): Mitogen akan menempel pada mitogen reseptor salah satunya adalah Ras yang merupakan molekul yang berfungsi sebagai signal transduction, jadi dia akan menterjemahkan, lalu sinyal masuk kedalam. Lalu di situ akan menggerakkan immediate early gene expression, biasanya akan menggerakkan gen yang akan diekspresikan. Tetapi ada juga yang lainnya, gen delay, yaitu gen yang diproduksi setelah gen lain diproduksi (gen regulatory protein), contohnya Myc (salah satu proto oncogen) fungsinya adalah untuk memacu proliferasi.


Peran protein retino blastoma (PRb) dan E2F

Myc mengaktivasi G1-CDK (cyclin D dan CDK 4/6). CDK 4/6: terjadi pergerakan dari G1 menuju S. Cell cycle-dependent phosporylation of pRb (p artinya protein retino blastoma) salah satu tumor suppression gen. Dimana fungsi CDK 4/6 memfosforilasi pRb. Pada garis merah yang di luar berarti protein retino blastoma mengandung phosphor sedikit. Begitu melewati R point, garis merahnya tipis menunjukkan jumlah phosphate pada protein retino blastoma, maka garisnya menjadi tebal, karena terjadi penambahan phosphate yang dilakukan oleh cyclin. Fungsi cyclin dependent kinase adalah memfosforilasi dari protein retino blastoma. Phosphat ditambah sampai pada fase M jumlah phosphate menjadi banyak (extent of pRb phosphorylation). Tetapi setelah masuk fase G1 maka phosphate diset ulang (dihilangkan) sehingga dalam keadaan dephosphorylation. Pada saat pRb dalam keadaan dephosphorylation maka dia dalam keadaan menanti cyclin untuk member phosphate. Bila tidak ada cyclin maka dia tidak akan pernah terfosforilasi dan tidak akan pernah bergerak ke fase berikutnya. Bila terlalu menunggu, maka pRb akan masuk G0. Bila keadaan memungkinkan maka akan masuk ke G1.

Pada G1 hypophosphory-lation artinya hanya memegang 1 P. Begitu akan melewati titik R maka P menjadi 3, 4, 5, 6, 7, 8. Fase M paling banyak P. Kemudian pada PPI: dephosphory-lation (semua phosphate dihilangkan) dan masuk G1 hanya memiliki 1 phosphat.


Intinya: pRb memegang 1 phosphat. Dia adalah protein yang memegang pocket protein yang memegan E2F dan DP yang merupakan faktor transkripsi. Bila E2F dan DP dipegang oleh protein retinoblastoma maka aka ada acktive repression E2F target genes off (tidak ada gen yang terjadi). Tetapi bila ada cyclin D maka cyclin D akan menambahkan phosphate (fosforilasi), kemudian pRb rebut (mengikat P yang lain, tangannya kurang) dan meninggalkan/lupa dengan E2F. E2F ditinggal, karena E2F dan DP sebagai faktor transkripsi maka akan menghasilkan suatu gen atau menghasilkan protein tertentu. Protein yang dinyalakan/yang terjadi yang dihasilkan E2F dan DP adalah cyclin E. Begitu cyclin E dihasilkan maka sel akan bergerak melewati R point. Bila tidak ada cyclin E maka sel tidak akan berpindah.


Pada G1 sel menunggu faktor dari luar (responsive) sedangkan di fase lain tidak karena produksi cyclin D1 dipengaruhi oleh faktor eksternal, dimana cyclin D1 merupakan satu-satunya cyclin yang dipengaruhi faktor eksternal. Tanpa adanya signal dari luar tidak akan pernah terjadi cycklin D1. Bila tidak ada cycklin D1 maka tidak akan pernah terjadi siklus sel. Sel tidak akan pernah melewati fase R.

Control of cyclin D1 baik oleh extracellular mitogens maupun signal-transduction. Tanpa adanya sinyal dari luar tidak akan pernah terjadi cyclin D1, dan bila tidak ada cyclin D1 maka tidak akan pernah terjadi siklus sel. Sel tidak akan pernah melewati fase R.
Dihubungkan dengan fungsi cyclin D1 yang memfosforilasi protein retino blastoma.
Bila ada growth faktor, Wnts, cytokine, hedgehog, various ligands maka akan terjadi signal-transduction. Semua signal ini memberi perintah pada sel untuk memproduksi cyclin D1. Tanpa ada faktor tersebut (kuning) maka cyclin D1 tidak akan pernah diproduksi. Kalau cyclin D1 tidak pernah diproduksi maka dia tidak akan pernah berfungsi untuk memfosforilasi protein retinoblastoma. Kalau protein retinoblastoma tidak pernah terfosforilasi maka cyclin E tidak akan pernah terproduksi. Kalau cyclin E tidak pernah terproduksi maka sel akan tetap pd fase G.

Active protein Rb, active G1-CDK. Protein retinoblastoma aktif (bebas mencengkeram protein E2F) pada saat tidak mengalami fosforilasi. Begitu protein mengalami fosforilasi sehingga tidak bisa memegangi E2F lagi. Karena E2F bebas dan dia merupakan faktor transkripsi yang bertanggung jawab untuk memproduksi cyclin E maka berjalanlah sel melewati titik R. Sehingga protein retinoblastoma sangat penting, dia masuk ke dalam tumor supresor gen, dimana adanya keganasan terjadi karena hilangnya fungsi dari protein retinoblastoma. (Cek point pertama).


Peran P53 dalam Siklus Sel

Bila ada kerusakan DNA karena x-rays, UV atau yang lain maka ATM/ATR kinase akan diaktifkan, yang akan mengaktifkan Chk1/Chk2 kinase dimana Chk1/Chk2 fungsinya adalah memfosforilasi p53. Pada keadaan tidak terfosforilasi p53 dicengkeram oleh protein Mdm2. Pada keadaan normal, kadar p53 dalam sel sangat rendah karena dipegangi oleh Mdm2. Bila p53 dalam keadaan dipegangi Mdm2 maka akan cepat didegradasi karena Mdm2 akan menambah ubikuitin pada p53. Sehingga p53 menjadi sasaran bagi proteosom, akan terus didegradasi sehingga konsentrasinya akan rendah. Dalam keadaan kerusakan DNA maka ada ATM/ATR; Chk1/Chk2 yang teraktifasi sehingga p53 akan terfosforilasi dan timbul tonjolan sehingga Mdm2 tidak bisa lagi memegangi p53. Karena tidak bisa dipegangi maka akan kehilangan sifatnya sehingga bersifat stabil (artinya akan terus diproduksi p53). p53 juga merupakan faktor transkripsi, dan dia akan membantu transkripsi gen berikutnya, yaitu p21 (inhibitor dari cyclin) sehingga DNA rusak maka siklus selnya akan berhenti untuk memberi kesempatan repair. Setelah p21 ditranskripsi maka akan menghasil p21 mRNA dan setelah ditranslasi akan menghasilkan p21 yang merupakan protein inhibitor CDK. Maka cyclin G1/S yang tadinya aktif karena kehadiran p21 dia menjadi tidak aktif sehingga sel berhenti pada satu fase (akan hilang). Pada saat yang sama p53 mengaktifkan repairing bersama molekul lain akan mengusahakan agar DNA yang rusak untuk diperbaiki. Bila tidak bisa diperbaiki maka p53 akan menghentikan, mereparasi dan bila tidak bisa direparasi maka menunjukkan sel untuk apoptosis. p53 selain faktor transkripsi untuk p21 juga merupakan faktor transkripsi untuk bax (protein pro apoptosis). p53 merupakan penjaga genom, sehingga 9% karsinoma terjadi karena mutasi pada p53.

Ringkasan

Hubungan p53 dan pRb. Dimulai dari cyclin D/CDK, dimana cyclin D ditentukan oleh faktor eksternal. Begitu ada cyclin D/CDK ada maka dia akan berfungsi untuk memfosforilasi protein retinoblastoma sehingga retinoblastoma yang tadinya memegang E2F akan melepas, E2F akan memungkinkan memungkinkan terjadinya transkripsi maka akan melewati. Tetapi disisi lain ada p53 yang akan meringkat dengan kerusakan DNA atau dengan kerusakan yang lain. p53 berikatan dengan Mdm2 tetapi dengan hadirnya pengganggu tadi maka p53 akan bebas dan menghasilkan p21, p21 akan menghambat cyclin D/CDK sehingga tidak jalan (fungsinya sebagai rem dan gas).
Sumber : Molecular Biology of the cell Fifth Edition 2008


ARTIKEL YANG BERKAITAN