Category: Cell Cycle

Fungsi metabolik dari cyclin D3-CDK6 kinase dalam kelangsungan hidup sel kanker (Nature, 2017)

Ringkasan editor

Kompleks cyclin-CDK umumnya meningkat pada kanker dan membuat siklus sel semakin aktif. Penghambat/inhibitor CDK4/6 diperkirakan berefek pada pasien yang mempertahankan ekspresi substrat CDK RB1.

Pada paper ini, peneliti menggambarkan peran pro-survival tambahan dari satu kompleks cyclin-CDK yaitu D3-CDK6, yang mengendalikan metabolisme sel. Ketika kompleks tersebut hiperaktif pada sel kanker, kompleks memfosforilasi dan menginaktivasi dua enzim glikolisis.

Selanjutnya, hal ini mengalihkan zat antara glikolisis ke jalur pentosa fosfat (PPP) dan jalur serin, yang meningkatkan kapasitas antioksidan. Dengan pemberian inhibitor CDK4/6, selanjutnya dapat menyebabkan apoptosis dengan meningkatkan stress oksidatif pada sel tumor yang mengekspresikan kompleks D3-CDK6 pada level yang tinggi. Temuan menunjukkan bahwa, selain RB1, penanda seperti level kompleks D3-CDK6 dapat berguna untuk mengidentifikasi pasien yang kemungkinan merespons inhibitor CDK4/6.

f1000

Tidaklah mengherankan bahwa siklus sel dan proliferasi akan berhubungan erat dengan metabolisme. Telah diketahui bahwa proses biologi tergantung pada CDK4/6 mengatur pembatasan checkpoint (misal fosforilasi Rb), dan ini sangat penting bagi pasien kanker payudara luminal.

Siciniski dkk memperluas analisis mereka terhadap proses yang tergantung pada CDK6 lainnya. Mereka menemukan bahwa penghambatan CDK4/6 menyebabkan apoptosis sel T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) yang kekurangan protein RB. Secara khusus, mereka menemukan bahwa penghambatan CDK6/cyclinD3 mengganggu jejaring metabolik yang menempatkan sel tumor dalam krisis.

Selanjutnya, mereka menemukan bahwa sel tumor lain dengan level tinggi CDK6/cyclinD3 juga sensitif terhadap penghambatan CDK6. Studi ini membuka banyak pertanyaan tentang peran CDK4/6 pada kanker.

  • Apakah CDK6/cyclinD3 tinggi merupakan sentinel untuk jenis jejaring metabolik atau apakah CDK6/cyclinD3 melakukan sesuatu yang istimewa?
  • Apakah efeknya tergantung pada cyclin D3 atau varian cyclin D lainnya?
  • Bagaimana resistensi obat terjadi (mengubah jejaring metabolik atau sinyal CDK/cyclin)?

Secara keseluruhan, manuskrip tersebut telah memperluas minat terhadap biologi tergantung CDK tidak hanya pada siklus sel semata.

Q/A

Tolong ingatkan lagi regulasi dasar cyclin-CDK-Rb, kok saya hampir lupa?

Selama siklus sel berlangsung, ada sekelompok protein yag membentuk kompleks, cyclin dan CDK, yang silih berganti mengatur tiap tahap siklus sel. Salah satu kompleks yang paling intensif diselidiki adalah CyclinD dan CDK4/6. Ketika kompleks ini aktif, dia akan memfosforilasi tumor supressor Rb, yang selanjutnya ikatan Rb dan E2F jadi lepas, dan faktor transkripsi E2F bisa mengatur transkripsi gen-gen penting untuk proliferasi. (sumber eLIFE, Nature Rev Cancer).

Ketika D3-CDK6 berada pada level tinggi, dia akan menghambat 2 enzim glikolisis, apakah itu?

Dua enzim glikolisis tersebut adalah 6-fosfofruktokinase (6-PFK) dan piruvat kinase M2 (PKM2). Posisi enzim di jalur gliklisis, bisa dilihat disini.

Adakah inhibitor CDK4/6 yang sudah disetujui FDA?

Ya, palbociclib dan juga ribociclib (Kisqali, Novartis) yang disetujui FDA bulan Maret 2017, dikombinasikan dengan aromatase inhibitor sebagai terapi berbasis endokrin awal untuk pengobatan wanita paskamenopause dengan kanker payudara lanjutan atau metastatik dengan reseptor hormon (HR) positif, reseptor epidermal faktor pertumbuhan 2 (HER2) negatif. (Sumber FDA, Nature Rev Drug Discovery).

Sebelumnya juga telah disetujui palbociclib dengan indikasi yang sama dengan atas, dan memberikan luaran yang baik ketika dikombinasikan dengan letrozole atau fulvestrant. (Sumber BMC). Saat ini sedang diuji pada studi klinis obat inhibitor CDK4/6 terbaru yaitu abemaciclib.

Saya menemukan dari genomediscovery mengajukan 3 bahan alam yang singergis pada jalur ini (tapi menurut saya ini baru ide saja):

  • Artemesia annua, kandungan artemisinin
  • Magnolia grandiflora, kandungan honokiol
  • Cloves, kandungan rhamnetin

Referensi

Wang H, Nicolay BN, Chick JM, Gao X, Geng Y, Ren H, dkk, The metabolic function of cyclin D3-CDK6 kinase in cancer cell survival. Nature. 2017 Jun 15;546(7658):426-430. doi: 10.1038/nature22797. Epub 2017 Jun 7.

F1000Prime Recommendations, Dissents and Comments for [Wang H et al., Nature 2017, 546(7658):426-430]. In F1000Prime, 03 Jul 2017; F1000Prime.com/727689917

Obat bertarget siklus sel pada kanker gastro intestinal

Siklus sel merupakan proses vital dalam kehidupan setiap organisme. Siklus sel biasanya dibagi menjadi empat fase. Periode sintesis DNA disebut fase S, dan pembelahan adalah M (mitotik), dipisahkan oleh dua gap disebut G1 dan G2.

Gambar 1. Siklus sel dan respon terhadap kerusakan DNA. Kerusakan DNA akibat induksi kemoterapi atau radioterapi akan mengaktifkan p53, yang beraksi sebagai faktor transkripsi dan menginduksi p21. p21 beraksi sebagai cyclin dependent kinase inhibitor (CDKI atau CKI), selanjutnya menghambat aktivitas kompleks cyclin E/CDK2, cyclin A/CDK2, dan cyclin B1/cdc2. Hal ini menyebabkan cell cycle arrest pada fase G1 dan G2.

Sel kanker yang p53 dan p21 berfungsi penuh mengalami cell cycle arrest akibat kerusakan DNA karena pemberian SN-38, namun tidak mengalami apoptosis.

Hal ini tidak terbatas hanya pada inhibitor topoisomerase I, tetapi juga semua kemoterapi atau radioterapi yang menghasilkan stres genotoksik dan kerusakan DNA. Hasil ini mengindikasikan bahwa sel tumor mungkin mengalami cell cycle arrest, namun tidak cukup untuk menghasilkan kematian sel, suatu kejadian yang dipercaya sebagai titik kritis pengobatan.

Saat ini, p53 adalah pendorong penting apoptosis dengan cara aktivasi transkripsi pada banyak gen terkait apoptosis. Gen target p53 yang terkait apoptosis termasuk Bax, Noxa, Puma, Pidd, perp, p53AIP1, DR5 dan Bid.

Sebagai contoh, dilaporkan Puma (p53 upregulated modulator of apoptosis) yang secara ketat diregulasi oleh p53 dan sifat ini mengindikasikan mediasi apoptosis terkait p53 pada kanker kolon.

PUMA adalah protein domain BH3 only dan secara eksklusif terlokalisasi di mitokondria, yang berinteraksi dengan Bcl-2 dan Bcl-xL. Melalui domain BH3, akan mempromosikan multimerisasi Bax dan kematian sel terkait mitokondria (jalur intrinsik).

Referensi

Schwartz GK., 2005, Development of Cell Cycle Active Drugs for the Treatment of Gastrointestinal Cancers: A New Approach to Cancer Therapy, Journal of Clinical Oncology, Vol 23 No 20, 4498-4508 [Abstract]

SN-38 menginduksi cell cycle arrest dan apoptosis pada kanker testikular manusia

CPT-11 is one of the most widely used camptothecin analogues and is converted to form the active metabolite SN-38. Clinical trials are ongoing to better characterize its spectra of clinical activity, to determine the optimal schedules of administration, and to define the usage in combination with other chemotherapeutic compounds. Continue reading “SN-38 menginduksi cell cycle arrest dan apoptosis pada kanker testikular manusia” →

p53-Independent G1/S DNA damage checkpoint

p53-Independent G1/S DNA damage checkpoint

G1 arrest terinduksi kerusakan DNA berasal dari faktor transkripsi dan tumor supressor p53. Agar efektif, dalam hitungan menit setelah kerusakan DNA, induksi pengeblokan G1 mengeksploitasi mekanisme transkripsi dan sintesis protein secara independen.

Pada paparan ultraviolet light (UV) atau ionizing radiation (IR), kelimpahan dan aktivitas dari protein, Cdc25A, cepat menurun, ini respon kerusakan DNA tidak tergantung pada p53. Perusakan cepat Cdc25A fosfatase mencegah masuknya sel ke fase S, dengan mempertahankan Cyclin E: kompleks Cdk2 di T14Y15 bentuk terfosforilasi mereka.

Dasar pemikiran untuk menargetkan Cdk dan jalur checkpoint siklus sel (VII)

Pembelahan sel yang tidak terkontrol dan penurunan apoptosis merupakan mekanisme dinamis dasar yang menjadi dasar pertumbuhan sel kanker. Selain itu, instabilitas genetik dan kerusakan checkpoint merupakan faktor kunci dari karsinogenesis. Pengetahuan terhadap komoinen molekular yang meregulasi mekanisme ini meningkat beberapa tahun ini.

Jalur siklus sel dan kontrol checkpoint telah diketahui dideregulasi pada tumor manusia dan virus onkogenik. Sistem genetik juga telah digunakan untuk menunjukkan bagaimana restorasi jalur ini dan atau interferensi dengan molekular efektornya dapat mengblok proliferasi sel. Pada kenyataanya, inhibitor cyclin/Cdk dan inhibitor checkpoint, seperti flavopiridol dan UCN-01 memperlihatkan aktivitas antikanker pada model hewan dan memperlihatkan hasil yang sama pada uji klinik. Pemahaman bagaimana agen ini mendapatkan selektivitasnya untuk sel kanker akan memberikan kita pendekatan baru untuk pengobatan kanker.

  1. Virus onkogenik umumnya mengaktivasi Cdk dan menginaktivasi jalur checkpoint.

Virus tumor umumnya menginaktivasi jalur pRb dan p53 untuk memaksa pembelahan sel dan mengeblok apoptosis. Misalnya, dua gen (E6 dan E7) penting untuk replikasi Human Papillomaviruses (HPVs) yang di hubungkan dengan sel kanker serviks manusia. Protein E6 dan E7 masing-masing berikatan dan menaikan degradasi p53 dan pRb. Produk gen E1A dan E1B dari adenovirus menginaktivasi pRb dan p53. Pada kasus papillomavirus, p53 dan pRb diinaktivasi oleh antigen SV40T yang berupa peptida tunggal.

Beberapa virus tumor dapat juga mengaktivasi cyclin G1 dengan mekanisme yang tidak tergantung p53. Herpes virus dihubungkan dengan sarkoma Kaposi (KSHV/HHV8) yang menyandi homolog cyclin D2 yang membentuk kompleks dengan Cdk6. Kompleks ini meningkatkan degradasi CDK inhibiotr, p27kip1, dan oleh karena itu meningkatkan penghambatan pembentukan kompleks cyclin D/Cd). Protein E7 dari HPV selain menginaktivasi pRb juga menginaktivasi CKI utama lainnya, termasuk p21WAF1/CIP1.

2. Jalur transisi G1/S umumnya teraktivasi dalam kanker pada manusia

Ada banyak fakta yang membuktikan keterlibatan jalur transisi siklus G1/S yang meningkat atau tidak teregulasi dalam kanker pada manusia. pRb merupakan salah satu dari beberapa protein gen penekan tumor yang pertama kali ditemukan. Inaktivasi dan mutasi pada pRb yang mencegah pengikatannya dengan E2F dan inaktivasi E2F oleh pRb mengakibatkan kanker pada hewan uji dan pada manusia. Cyclin-D-dependent kinase diaktivasi baik secara langsung maupun secara tidak langsung melalui regulator negatif mereka dalam kebanyakan kanker pada manusia.

Misalnya cyclin D1 mengalami ekspresi yang berlebihan pada 70% dari mantle cell lymphoma sebagai akibat dari translokasi (t11:14). P27KIPI­ ­memiliki kadar yang rendah pada karsinoma yang agresif seperti karsinoma payudara, kolon, lambung, paru, dan prostat. Perubahan perubahan genetik lain yang ditemukan dalam kanker pada manusia mempengaruhi CDK4, CDK2, cyclin E, dan p15INK4B, p16INK4A, p57KIP2 nya CKI. Peningkatan (up regulasi) dari jalur D-dependent kinase mengakibatkan peningkatan fosforilasi dari pRb sehingga menekan efek regulator negatifnya pada E2F dan mengaktifkan faktor transkripsi E2F.

Bahwa inaktivasi dari CDK4 dan CDK6 (yaitu CDKnya G1) dapat menghalangi proliferasi sel secara efektif telah dibuktikan dengan ekspresi berlebihan dari p16INK4A secara in vitro dan in vivo. Sebuah peptida sepanjang 36 residu yaitu asam amino pada urutan 84-103 dari p16INK4A yang di-couple dengan sebuah peptida pembawa (carrier peptida) telah diketahui cukup untuk menghambat CDK4 dan proliferasi sel. Karena p16INK4A mengeblok CDK4 dan CDK6 secara selektif sementara CDK’S lain tidak, tampaknya penargetan selektif CDK4 kinase dan CDK6 kinase dapat menghentikan (arrest) secara selektif sel yang memiliki pRb fungsional. Dengan demikian, dengan berasumsi bahwa pRb adalah target utama dari cyclin-D-dependent kinase, inhibitor inhibitor dari CDK4 dan CDK6 mungkin berguna untuk melawan kanker dengan pRb normal, dan juga mungkin untuk melindungi jaringan normal terhadap aktivitas dari agen antikanker yang tergantung siklus sel pada pasien dengan defisiensi pRb.

Cyclin E umumnya diamplifikasi dalam tumor pada manusia. Kadar cyclin E yang tinggi berhubungan dengan kadar p27KIPI­­­­ yang rendah dan prognosis yang buruk pada pasien kanker payudara awal. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa penghambatan CDK2 dengan memakai bentuk negatif dominan dari CDK2 atau oligonukleotida yang antisense terhadap CDK2 mengakibatkan penghentian pada siklus G1 dan diferensiasi pada beberapa sel. Bagaimanapun, karena CDK2 berhubungan dengan cyclin E dan cyclin A (cyclin A= cyclin pada fase S), bisa dipertanyakan akan seselektif apakah inhibitor CDK2 itu. Sebelumnya telah diamati bahwa peptida-peptida kecil yang mengeblok aktivitas dari Cyclin A dan Cyclin E bersifat toksik selektif terhadap sel yang telah mengalami transformasi dengan inaktivasi pRb. Karena sel-sel yang defisien pRb memiliki kadar E2F yang lebih meningkat, yang dikontrol secara negatif dengan cyclin A atau CDK2, inhibisi CDK2 dapat menaikkan kadar dari E2F-1 dan kematian sel secara apoptosis.

Dari yang kita ketahui, tidak ada bukti bahwa aktivasi berlebihan dari cyclin G2/M atau CDK adalah faktor utama dalam kanker pada manusia dan juga tidak ada bukti bahwa cyclin G2/M atau CDK diregulasi secara berbeda dalam kanker pada manusia. Oleh karena itu, susah untuk merasionalisasi perkembangan dari inhibitor inhibitor cyclin B/CDK1 sebagai agen antikanker. Bagaimanapun, satu penemuan yang menarik bahwa fosforilasi dari survivin, sebuah inhibitor apoptosis (IAP, Inhibitor of Apoptosis), oleh cyclin B atau CDK1, adalah perlu untuk pengikatan survivin pada caspase 9 dan penghambatan apoptosis. Dengan demikian, inhibisi CDK1 mungkin mengakhiri aktivitas antiapoptosis dari survivin. Dimana aktivitas antiapoptosis survivin ini diekspresi secara selektif pada tumor malignan tapi tidak pada jaringan dewasa.

3. Jalur checkpoint siklus sel umumnya terjadi defek pada kanker manusia

Pada kanker terjadi defisiensi checkpoint siklus sel. Protein p53 mengalami defek (termutasi atau tidak terekspresi) pada sekitar 50% kanker. Pasien dengan mutasi p53 herediter (yang dinamakan sindrom Li Fraumeni) mempunyai insidensi kanker yang tinggi. Tempat interaksi dari p53 dapat dihubungkan dengan dua fungsi utama, yaitu checkpoint siklus sel (termasuk perbaikan DNA dan penghentian siklus sel) dan induksi apoptosis. Pemulihan aktivitas p53 telah tervalidasi untuk terapi antikanker dengan percobaan-percobaan yang menunjukkan bahwa pemulihan aktivitas p53 pada tumor p53-negatif adalah efektif pada kedua subjek, yaitu sistem eksperimental dan pasien kanker.

Manakah dari inhibisi atau pemulihan jalur checkpoint yang lebih baik untuk kemoterapi kanker lebih dapat diperdebatkan. Adalah masuk akal kalau dikatakan bahwa jalur checkpoint yang mantap bergantung pada redundancy mereka. Karena sel kanker umumnya mengalami defektivitas pada satu atau beberapa checkpoint, adalah masuk akal bahwa ketiadaan salah satu jalur checkpoint mungkin meningkatkan survival sel. Misalnya, peniadaan checkpoint fase G2 atau fase S oleh kafein dan UCN-01 secara selektif mensensitisasi sel-sel yang defisien p53 terhadap agen genotoksik. Bahkan pada ketiadaan stress genotoksik (yaitu perlakuan perusakan DNA), peniadaan checkpoint siklus sel mungkin toksik secara selektif untuk sel sel kanker yang menunjukkan instabilitas genomik dan lesi DNA yang terjadi secara spontan.

Referensi