TUGAS KIMIA MEDISINAL
MEKANISME OBAT ANTIKANKER
CYCLOPAMINE
Disusun Oleh:
Aulia Siti Nurhayati
260110100151
Oktavia S D S
260110100152
Dewi Gayuh Lestari
260110100153
Maratussholikhah N
260110100154
Lovi Deliani
260110100155
Septian Anggadibya
260110100158
Ghina Rahimah
260110100159
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2013Cyclopamine and Hedgehog Signaling:
Chemistry, Biology, Medical Perspectives
Biology Of Cyclopamine
Pada akhir tahun 1970-an Nuslein-Volhard dan Wieschaus
mempelajari mutasi di lalat buah Drosophila melanogaster dan
mengidentifikasi lebih dari 50 gen berbeda yang secara langsung
berpengaruh pada perkembangan embrio di Laboratorium Biologi
Molekuler Eropa di Heidelberg. Salah satu gen ini menyebabkan
tumbuhnya lapisan duri di bagian bawah larvanya ketika telah
mengalami mutasi. Karena larva ini mirip dengan landak sehingga
gennya dinamakan gen landak (hh). Christiane Nusslein-Volhard dan
Eric F. Wieschaus bersama dengan Edward B. Lewis dianugerahi hadiah
Nobel di bidang kedokteran pada tahun 1995 untuk penelitian mereka
di bidang genetika mengenai perkembangan embrio awal.Gen landak
mengkode tiga protein unik: Shh (Sonic hedgehog), Ihh (India
hedgehog), dan DHH (Desert hedgehog). Ketiga protein tersebut
adalah ligan dari reseptor ikatan membrane yang menempel (protein
12-transmembran) dan mengaktifkan sinyal untuk jalur hedgehog,
dimana ligan tersebut memiliki pengaruh tidak langsung pada
transkripsi gen hedgehog-response. Dengan tidak adanya ligan hh,
ikatan membran dengan protein Patched1 ( Ptch1 ) ditemukan di dasar
silia primer dekat Sentrosom. Silia adalah ekor yang menyerupai
tonjolan pada membran sel yang dapat ditemukan di hampir setiap sel
eukariotik. Mereka terlibat dalam pendeteksian sinyal mekanik dan
kimia dan bekerja untuk membuat sinyal yang mengontrol pembelahan
dan polaritas sel. Ptch1 menghambat di dasar silia utama yang
mengakibatkan pemindahan Smo, protein 7 - transmembran dari
kompartemen intraseluler ke silia dengan mekanisme yang belum
diketahui. Sehingga, Sufu (penekan protein gabungan) tetap aktif ,
yang akhirnya menyebabkan pemutusan proteosomal dan transformasi
faktor transkripsi Gli2 dan Gli3 menjadi bentuk repressor. Faktor
Gli2/3R menekan transkripsi gen hedgehog-response. Interaksi ini
kurang dapat dipahami, meskipun penelitian yang lebih baru
menunjukkan bahwa translokasi Smo dari endosom ke membran silia
dihambat oleh pengaruh Ptch1 pada lipid yang merupakan kompartemen
ini.Ikatan dari ligan hh menghasilkan pemindahan Ptch1 keluar dari
silia dan degradasi oleh lisosom. Kemudian, Smo berpindah ke silia,
sehingga mencegah pemutusan Gli2 dan Gli3. Gli2 yang teraktivasi
kemudian berikatan dengan promotor Gli dalam nukleus dan merangsang
transkripsi gen hedgehog-response.Gen hedgehog merupakan kunci
pengaturan dari perkembangan embrio. Pada serangga, sinyal hedgehog
mengatur perbaikan segmentasi dan pengembangan sayap. Keberadaan
gen Shh pada mamalia dilaporkan oleh Tabin dan rekan kerjanya pada
tahun 1993. Pada mamalia, gen tersebut memperbaiki pembentukan
tungkai, kerangka, otot, kulit, mata, paru-paru, gigi, sistem
saraf, dan usus serta berperan dalam pembelahan sperma dan tulang
rawan.Selama penelitian pada sinyal hedgehog, Beachy dan rekan
kerjanya mencari cara sederhana untuk mengontrol jalur ini yang
tidak melibatkan gen knock-out. Penggunaan molekul kecil sebagai
probe biokimia merupakan alternatif yang lebih mudah dan lebih
cepat. Namun, molekul yang mampu mempengaruhi sinyal hedgehog tidak
diketahui pada saat itu.Pada awalnya, Beachy dan rekannya menduga
cyclopamine sebagai penghambat biosintesis kolesterol (berdasarkan
kesamaan struktural molekul ini). Namun, asumsi ini terbukti salah.
Pada tahun 1998, Beachy dan rekannya akhirnya mengidentifikasi
bahwa cyclopamine berinteraksi dengan protein Smo pada jalur hh,
sehingga menghambat aktivitas pada jalur ini bahkan ketika terdapat
ligan hh. Cyclopamine mengikat Smo dan menghambat aktivitasnya
dengan perubahan konformasi. Namun, hal ini bergantung pada sinyal
hh pada kolesterol dan metabolitnya karena diperlukan C-terminal
cholesteroylation dari ligan hh di proses pematangan nya. Seperti
yang terdapat pada gambar 1 :
Gambar 1. Jalur pengaktifan sinyal hedgehog. A) Dengan tidak
adanya ligan hh, Ptch1 menghambat Smo memasuki silia, sehingga Sufu
tetap aktif, faktor transkripsi Gli2 / 3 diputus oleh proteosom,
dan transkripsi gen target hh dicegah. B) Ikatan dari hasil ligan
hh di Ptch1 dihambat dan Smo berpindah ke silia, dimana Sufu
dihambat dan bentuk aktif dari factor Gli2 / 3 dapat mengaktifkan
transkripsi gen hh dalam nukleus; cyclopamine menghambat aktivitas
Smo dan menyebabkan deaktivasi jalur hh.
Ketika domba hamil menelan cyclopamine, perkembangan embrio akan
terganggu karena sangat bergantung pada sinyal hh di beberapa tahap
(misalnya, pada hari ke-14 kehamilan), yang menyebabkan malformasi
(kesalahan pembentukan embrio) telah diamati di Idaho.
Relevansi medis Cyclopamine dan Hedgehog SignalingJalur Hedgehog
(hedgehog pathway) adalah hal penting dalam proses perkembangan dan
regulasi sel punca (stem cell) serta proliferasi dan diferensiasi
sel progenitor. Penyimpangan aktivasi jalur hedgehog akan mengarah
ke keganasan, termasuk karsinoma sel basal, medulloblastoma,
rhabdomyosarcoma, prostat, pankreas, usus besar, prostat, dan
kanker payudara. Penghambatan sinyal hh menyediakan rute ke terapi
antikanker baru. Inhibitor jalur Hedgehog (HPI) terbukti efektif
dalam penelitian in vitro pada sel kanker dan baru baru ini
aktivitas inhibisi kanker juga ditunjukkan dalam uji klinis.
Karsinoma sel basal dianggap berasal dari sel-sel pluripotensial
(sel yang dapat berubah menjadi sel-sel lain) yang ada pada stratum
basalis epidermis atau lapisan folikuler. Sel ini diproduksi
sepanjang hidup dan membentuk kelenjar sebasea dan kelenjar
apokrin. Tumor tumbuh dari epidermis dan muncul di bagian luar
selubung akar rambut dan sel stem folikel rambut tepat dibawah
duktus glandula sebasea. Sinar ultraviolet menginduksi mutasi pada
gen supresor tumor p53 yang terletak pada kromosom 17p. Mutasi gen
supresor tumor pada lokus 9q22 yang menyebabkan sindrom nevoid
basalioma, suatu keadaan autosomal dominan ditandai dengan
timbulnya karsinoma sel basal secara dini.
Pada hampir semua tipe karsinoma sel basal terjadi mutasi gen
yang mengkode molekul reseptor Hedgehog (Hh), jalur signal yang
berperan dalam diferensiasi sel. Ada tiga jenis yang diketahui
yaitu sonic HH (SHH), Indian HH (IHH), dan desert HH (DHH). Terjadi
aktivasi yang tidak sesuai pada jalur signal hedgehog (HH) yang
ditemukan secara sporadik pada kasus karsinoma sel basal familial.
Awalnya dikenali sebagai penentu pada segmen polarity dalam spesies
lalat Drosophila melanogaster, jalur signal HH memainkan peranan
penting dalam pertumbuhan makhluk bertulang belakang. SHH yang
disekresi akan mengikat protein patched tumor-supressor homologue 1
(PTCH1), maka menghapuskan supresi signal intraseluler yang
disebabkan oleh PTCH1 oleh protein transmemran yang lain, smoothed
G-rotein-coupled receptor (SMO). Target berikutnya bagi SMO
termasuk faktor transkripsi family GLI.
Sonic hedgehog (SHH) berinteraksi dengan kompleks reseptor yang
terdiri dari patched tumor-supressor homologue 1 (PTCH1)-suatu
supresor tumor-dan smoothed G-rotein-coupled receptor (SMO). Tanpa
SHH, PTCH1 berinteraksi dan mengsupresi signal transduksi dari SMO.
Ikatan antara SHH dengan PTCH1 menyebabkan SMO menghantar signal ke
nukleus dengan perantara faktor transkiptor golongan GLI. Kurangnya
PTCH1 yang fungsional menyebabkan transduksi signal dari SMO tidak
mengalami interupsi dan menyebabkan aktivasi target.
Hilangnya fungsi mutasi PTCH1 termasuk mutasi germ-line yang
ditenukan pada pasien dengan sindrom karsinoma sel basal nevoid
(Gorlins syndrome) telah ditemukan pada 30-40% secara sporadic
dalam kasus karsinoma sel basal. Tanpa kehadiran PTCH1, SMO sangat
aktif, menyebabkan aktivasi target secara terus-menerus. Gangguan
lain pada jalur HH yang telah memberikan implikasi pada
perkembangan penyakit ini termasuk mutasi fungsi pada SHH, SMO, dan
GLI. Transgenic human-skin model menggambarkan bahwa aktivasi jalur
HH merupakan kondisi awal dalam pembentukan tumor. Molekul
inhibitor yang kecil pada jalur signal HH seperti cyclopamine
merupakan terapi mekanis yang menjanjikan.
Figure1.Tissues where Hedgehog activity is important for normal
development and can play a role in their conversion to tumors.
Activating components of the Hh pathway support normal development
of the organs and tissues indicated, but are potential
proto-oncogenes that promote tumor growth in those same tissues
when overactive. Restraining components of the normal Hh pathway
also support development,but function as tumor suppressors that
allow tumor growth if they are damaged in adult hood.This schematic
depicts the array of tissues in which Hh supports development and
can promote tumorigenesis.Colors denote the role Hh plays in the
formation of the tumors:red is category 1,yellow is category 2 and
green is category 3.Model Kanker melibatkan Hedgehog Signaling
Tiga model dasar dibahas dalam literatur terbaru untuk
partisipasi dari jalur hh pada kanker (Gambar 2) :
a. Tipe 1 kanker (ligan independen, mutasi dipicu), Ditemukan
pertama kali. Pasien dengan sindrom Gorlin, yang termasuk kategori
ini, memiliki insidensi tinggi untuk Basal Cell Carcinoma (BCC),
medulloblastoma, dan rhabdomyosarcoma. Dasar molekuler untuk
pengembangan dari jenis keganasan yang diwariskan menginaktivasi
mutasi pada Ptch1 (melalui hilangnya heterozigositas dan / atau
menonaktifkan mutasi), yang menyebabkan hh sinyal teraktivasi tanpa
adanya ligan.
Pasien Gorlin adalah kandidat yang sangat baik untuk terapi
dengan inhibitor Smo atau komponen lain pada jalur hh.
b. Tipe 2 kanker tergantung pada hh ligan yang disekresikan oleh
autokrin. Sel-sel tumor yang sama keduanya menghasilkan ligan hh.
Jenis sinyal hh ada di sel kanker usus besar manusia
c. Tipe 3 kanker tergantung pada hh ligan yang disekresikan oleh
parakrin. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kelebihan produksi
ligan hh oleh sel-sel tumor terjadi pada kebanyakan kanker terkait
dengan penyimpangan hh sinyal hh. Protein Hedgehog mungkin
merangsang sel-sel stroma dekat tumor (sel endotel, sel epitel,
fibroblas, dan sel-sel kekebalan tubuh). Hasilnya hal itu menjadi
dukungan tidak langsung untuk pertumbuhan tumor melalui mekanisme
berasal dari sel-sel stroma. Mekanisme tersebut termasuk dukungan
dari sel tumor, termasuk tumor batang sel, stimulasi angiogenesis
tumor, efek pada matriks ekstraseluler, dan sekresi komponen jalur
sinyal molekuler yang melibatkan insulin-seperti Insulin Growth
Factor IGF) dan Wnt.
d. Sebuah varian dari jenis hh signaling yang disebut sinyal
"Reverse-parakrin" (tipe 3b), di mana ligan hh disekresikan dari
sel stroma ke sel penerima dalam tumor.
Overview of the three categories of Hh related tumor
Cyclopamine
Pengobatan Kanker Pankreas dengan Cyclopamine dan Turunannya
Lebih dari 90% dari kanker pankreas adalah duktus
adenocarcinoma. Duktus adenocarcinoma adalah penyebab kematian
keempat paling umum terkait kanker pada wanita dan pria di Amerika
Serikat. Pada tahap metastasis, kanker pankreas dapat hampir tidak
pernah dikontrol oleh salah satu obat yang tersedia, dan pada lima
tahun tingkat kelangsungan hidup diperkirakan kurang dari 2%.
Bahkan dalam kasus-kasus stadium awal, penyakit lokal, dimana
reseksi bedah dengan maksud kuratif bisa dilakukan, mayoritas
pasien terjadi kekambuhan lokal atau terjadi metastasis di
organ-organ jauh, dan akhirnya meninggal (mati). Upaya intensif
telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir untuk mengembangkan
strategi terapi yang secara langsung menargetkan penyebaran
metastasis tumor, dan diantisipasi bahwa strategi tersebut akan
memiliki dampak klinis yang luar biasa. Baru-baru ini, sebuah
penelitian melibatkan analisis urutan/rangkaian sedunia (global)
yang mengidentifikasi jalur sinyal-hh sebagai salah satu Core
(Inti) jalur sinyal yang mengalami perubahan somatik pada hampir
semua kanker pancreas. Penghambatan sinyal hh dengan cyclopamine
telah meningkatkan tingkat kelangsungan hidup dalam rekayasa
geneticpada model tikus dari kanker pancreas dan menghapus atau
meniadakan metastasis sistemik yang timbul dari xenograft
orthotopik. Studi ini juga menyediakan lebih banyak bukti bahwa
sinyal hh adalah target yang valid (benar) untuk pengembangan
terapi baru kanker pankreas dan akan bernilai mengevaluasi dalam
pengaturan klinis.
Sejak cyclopamine menampilkan afinitas rendah untuk Smo,
memiliki bioavailabilitas yang buruk pada pemberian oral,
suboptimal farmakokinetik, dan stabilitas metabolisme rendah,
turunan IPI-269.609 (Skema 10) dikembangkan. Ini mempertahankan
potensi cyclopamine, tetapi telah meningkatkan sifat fisikokimia
dan metabolik stabil. IPI-269.609 secara mendalam menghambat
metastasis sistemik dalam penentuan xenografts orthotopik dari
jalur sel kanker pankreas manusia. IPI-926 (Skema 10), semisintetik
baru analog cyclopamine dengan banyak sekali peningkatan potensi
dan profil farmakokinetik yang relatif baik terhadap cyclopamine,
kemudian dirancang dan disintesis. Dengan menggunakan model yang
sangat invasif dan rekayasa genetika yang mematikan kanker
pankreas. IPI-926 menunjukkan peningkatkan kelangsungan hidup bila
digunakan dalam kombinasi dengan gemcitabine dalam hal ini
dinyatakan resistensi gemcitabine pada model tikus. Studi ini jelas
menunjukkan bahwa penghambatan jalur hh dalam stroma hasil tumor
ganas pengurangan yang mencolok pada reaksi fibrosis padat yang
menyertai tumor ini. IPI-926 juga meningkatkan neovaskularisasi
tumor, sehingga memudahkan distribusi gemcitabine dalam sel-sel
ganas. Studi ini menunjukkan bahwa pasien dengan kanker pankreas
stadium lanjut adalah yang paling mungkin untuk mendapatkan
keuntungan dari terapi penghambatan jalur hh.Inhibitor Jalur
Hedgehog untuk Pengobatan Kanker Sel Basal dan
MedulloblastomaKanker sel basal merupakan penyebab kanker kulit
yang paling umum di USA. Kanker sel basal disebabkan paparan sinar
UV. Pembedahan sering dilakukan untuk metode penyembuhan jenis
kanker ini, namun masih ada kanker jenis ini yang telah berkembang
menjadi kanker yang dapat membahayakan hidup, tidak dapat
dioperasi, menyebar secara lokal, atau tumor metastatik.
Inhibitor jalur Hedgehog (hh) pada tingkat Smo seperti
siklopamin, dapat menjadi metode pengobatan yang baik untuk kanker
sel basal. Krim siklopamin diberikan kepada pasien yang akan
dioperasi sel kankernya, dan hasilnya semua tumor mengecil dengan
cepat. Analisis histologi dan imunohistokimia menunjukan adanya
inhibisi proliferasi dan induksi diferensiasi dan apoptosis yang
sangat efisien pada sel tumor. Induksi yang efisien dan selektif
terhadap diferensiasi dan apoptosis sel tumor secara in vivo dengan
penghambatan transient terhadap sinyal hh memberikan metode
pengobatan yang rasional terhadap kanker sel basal.
GDC-0449 adalah inhibitor Smo dan secara struktur tidak
berkaitan dengan siklopamin. GDC-0449 memiliki aktivitas antitumor
pada kanker sel basal yang menyebar secara lokal atau metastatik.
Penemuan ini mengkonfirmasi bahwa keterlibatan jalur hh pada kanker
sel basal dan penghambatannya dapat menjadi metode pengobatan untuk
tumor yang tidak dapat dioperasi.
Pasien berumur 26 tahun dengan medulloblastoma metastatik diberi
pengobatan dengan GDC-0449. Hasil pengobatan menunjukan regresi
tumor yang cepat tapi sementara dan penurunan gejala secara
dramatis. Hal itu disebabkan mutasi gen hh-signaling pada tumor
menyebabkan resistensi pada pasien medulloblastoma. Mutasi tersebut
disebabkan oleh asam amino substitusi pada residu asam aspartat
dari Smo yang telah diawetkan dapat mengganggu kemampuan GDC-0449
untuk mengikat Smo sebagai inhibitor jalur hh. Perlu ditekankan
untuk menemukan inhibitor Smo generasi kedua untuk mengatasi
resistensi tersebut.
Studi klinik tersebut menunjukan bahwa jalur hedgehog dapat
menjadi dasar dari agen terapi kelas baru yang penting dengan
implikasi mendalam pada onkologi.
0