cancer · molecular biology · molecular pharmacology

Jalur transduksi sinyal Wnt dalam kanker

Apakah jalur transduksi sinyal Wnt?

Jalur transduksi sinyal Wnt adalah jalur molekuler yang berperan penting dalam pembentukan organ (organogenesis) saat perkembangan embryo. Jalur ini mengatur berbagai aspek dalam sel, antara lain penentuan jenis sel, pembelahan sel, migrasi sel, polaritas sel, pembentukan pola neuron, dan proses seluler lainnya.

Wnt adalah suatu glikoprotein, yang jika teraktivasi, akan berikatan dengan reseptor Frizzled (Fz, suatu protein transmembran). Dengan kata lain, Wnt adalah ligan dari Fz. Terdapat beberapa jenis jalur transduksi Wnt. Terkadang diperlukan protein lain sebagai ko-reseptor Fz untuk menangkap Wnt, antara lain adalah low-density-lipoprotein-related protein5/6 (LRP5/6).

 

Jalur canonical vs non-canonical

Hingga saat ini, peneliti sudah berhasil mengkarakterisasi tiga jalur transduksi sinyal Wnt, yaitu: 1) jalur canonical; 2) jalur non-canonical PCP; 3) jalur non-canonical Ca2+. Perbedaan antara kedua jalur tersebut adalah keterlibatan protein β-catenin. Jalur canonical melibatkan β-catenin, sementara jalur non-canonical tidak melibatkan β-catenin.

1) Jalur canonical

Jalur canonical berkaitan erat dengan akumulasi protein β-catenin dan translokasi β-catenin dari sitoplasma ke nukleus, yang pada akhirnya mengaktifkan ekspresi berbagai gen yang terlibat dalam proliferasi sel, migrasi sel, dll.

Saat tidak terjadi aktivasi jalur transduksi Wnt (tidak ada interaksi antara ligan Wnt dan reseptor Fz/LRP5/6), β-catenin berada dalam suatu kompleks protein yang disebut sebagai destruction complex. Kompleks protein ini terdiri dari protein DVL, axin, CKI, GSK3, APC, dan β-TrCP. Kompleks protein tersebut akan memfosforilasi β-catenin, dan protein β-TrCP akan mengubiquitinasi β-catenin, yang pada akhirnya menyebabkan degradasi β-catenin melalui jalur proteasomal. Akibatnya, level β-catenin dalam sel tetap terjaga rendah saat tidak ada sinyal Wnt.

cgmeqfcqoehptcbcvtw4dwd984zabkwhz2vhnhsj

 

 

Ketika jalur Wnt teraktivasi (Wnt berinteraksi dengan reseptor Fz/LRP5/6), destruction complex akan tertarik untuk berinteraksi dengan reseptor Fz. LRP5/6 juga memfosforilasi destruction complex, terutama axin, dan menyebabkan turunnya level axin di dalam sel. Protein DVL juga teraktivasi dan menghambat aktivitas protein GSK3 dan destruction complex secara keseluruhan. Akibatnya, β-catenin terlepas dari destruction complex dan levelnya meningkat di dalam sel. Selanjutnya, β-catenin bertranslokasi ke dalam nukleus dan berinteraksi dengan faktor transkripsi TCF/LEF (T-cell factor/lymphoid enhancing factor) untuk mengaktifkan transkripsi berbagai gen. Contoh gen yang diaktifkan transkripsinya adalah Siamois dan Twin (terlibat dalam organogenesis), serta Myc dan CyclinD1 (yang terlibat dalam proliferasi sel dan kanker).

2) Jalur non-canonical PCP

Jalur non-canonical PCP (planar cell polarity) tidak melibatkan β-catenin dan ko-reseptor LRP5/6. Namun, jalur ini memiliki beberapa kandidat ko-reseptor, seperti NRH1, Ryk, PTK7, dan ROR2. Terdapat 3 cabang dari jalur non-canonical PCP.

a. Sinyal dari kompleks Wnt, reseptor Fz, dan ko-reseptor kemudian mengaktivasi DVL. DVL kemudian menggunakan membentuk kompleks dengan Dishevelled-associated activator of morphogenesis 1 (DAAM1), yang kemudian mengaktifkan Rho. Rho kemudian mengaktifkan Rho-associated kinase (ROCK), yang kemudian akan memodifikasi sitoskeleton aktin.

b. DVL mengaktivasi Rac (dan tidak berkaitan dengan DAAM1). Rac kemudian mengaktivasi JNK dan mengaktifkan jalur yang memodifikasi sitoskeleton aktin.

c. DVL dan DAAM1 menginduksi interaksi antara profilin dengan aktin, yang kemudian menyebabkan restrukturisasi sitoskeleton dan gastrulasi (saat embryogenesis).

ehlo1cjubeqomkkldira

3) Jalur non-canonical Ca2+

Pada jalur non-canonical Ca2+, Wnt berikatan dengan reseptor Fz, yang kemudian mengaktivasi DVL dan protein G trimerik. Ko-stimulasi DVL dan protein G ini kemudian mengaktivasi PDE atau PLC. Jika PLC teraktivasi, komponen membran plasma PIP2 akan terpotong menjadi DAG dan IP3. IP3 kemudian dapat berikatan dengan reseptornya di retikulum endoplasma (RE) dan menyebabkan lepasnya kalsium dari RE. Kenaikan kadar DAG dan kalsium intracellular mengaktivasi PKC, yang kemudian mengaktivasi Cdc42, dan menyebabkan terjadinya pemisahan jaringan dalam organogenesis.

Kalsium juga mengaktifkan protein calcineurin, yang kemudian mendefosforilasi protein sitoplasmik nuclear factor associated with T cells (NFAT). Selanjutnya, NFAT aktif dan menginduksi ekspresi gen-gen yang terlibat dalam perkembangan neuron, sel otot jantung dan rangka, serta berbagai gen pro-inflamasi di limfosit.

Kalsium juga dapat mengaktivasi calcium/calmodulin-dependent kinase II (CamKII). CamKII kemudian mengaktifkan TGF-β-activated kinase (TAK1) dan Nemo-like kinase (NLK), yang selanjutnya dapat menginhibisi jalur transduksi sinyal β-catenin/TCF.

 

t4syxlazleoxuwox6nvs

 

Jalur transduksi sinyal Wnt pada sel normal vs sel kanker

Pada sel normal, level Wnt diregulasi dengan ketat sehingga jalur transduksi sinyal Wnt hanya aktif ketika diperlukan dalam pembelahan dan perkembangan sel atau organ. Regulasi Wnt antara lain melalui:

a) Palmitolasi protein Wnt. Protein Wnt mendapat gugus tambahan asam palmitat, yang dimediasi oleh protein porcupine. 

b) Di matriks ekstra seluler, Wnt distabilisasi oleh proteoglikan Dally dan glipikan 3 sehingga ukuran Wnt menjadi lebih besar. Akibatnya, Wnt sulit untuk berdifusi dan melakukan fungsinya sebagai molekul penghantar sinyal.

c) Terdapat berbagai jenis molekul antagonis Wnt yang menghalangi interaksi Wnt dengan reseptor Fz dan/atau ko-reseptor LRP5/6. Molekul-molekul tersebut antara lain protein Dickkopf (Dkk), Wnt-inhibitor protein (WIF),soluble Frizzled-related proteins (SFRP), Cerebrus, Frzb, dan Wnt inhibitor Wise.

Pada sel kanker, jalurWnt (dan β-catenin) telah diketahui memiliki peran besar dalam perkembangan berbagai jenis kanker. Mutasi protein APC (yang termasuk dalam destruction complex β-catenin) dan hilangnya fungsi protein tersebut, diketahui berkaitan erat dengan perkembangan kanker kolon. Lebih lanjut, aktivasi jalur canonical Wnt juga terdapat pada sebagian besar subtipe leukemia.

Jalur Wnt dan β-catenin juga berperan pada 50% kasus kanker payudara dan berkorelasi dengan penurunan survival pasien. Jalur canonical Wnt berperan besar pada kasus kanker payudara bertipe triple negative (negatif reseptor estrogen, progesteron, dan HER2).

 

Obat anti-kanker dengan target Wnt

Berikut adalah obat-obat antikanker yang dikembangkan dengan target jalur sinyal transduksi Wnt (Zhan et al., 2017).

Screen Shot 2018-10-30 at 07.09.09Screen Shot 2018-10-30 at 07.09.19

 

 

Referensi:

De, A., 2011. Wnt/Ca2+ signaling pathway: a brief overview. Acta biochimica et biophysica Sinica43(10), pp.745-756.

Komiya, Y. and Habas, R., 2008. Wnt signal transduction pathways. Organogenesis4(2), pp.68-75.

Zhan, T., Rindtorff, N. and Boutros, M., 2017. Wnt signaling in cancer. Oncogene36(11), p.1461.

 

Advertisements
cancer · Inspiring people

Story from Herceptin

Herceptin, as known as trastuzumab, is such a famous drug among cancer therapy field. Claimed as one pioneer of cancer targeted therapy, many researches are subjected to compete the succeed of Herceptin. Tonight I just found this video, about story of Herceptin, as described by Prof. Susan Desmond-Hellmann.

Just realize that I know nothing about cancer therapy, pardon me; though now I am a student studying about cancer therapy T_T . I’ve just known that the story of Herceptin has been started since 1991, as old as me! Yes, it is a long journey to found a great drug. And by watching this video, I’m kinda get some spirit to always fight for my study *I know it’s such a hyperbola*. I had background as pharmacist and now choose basic bio as my field of study. But as she said: “Great drug development requires that you have a deep understanding of basic science“. This video also bring another inspiration for me, that she told about her experiences in Uganda and got much inspiration there. Seems like a great experiment is not only come from the lab, but also about how we will implemented the result. Imagination about the implementation will direct and always inspire us.

Well, the conclusion for me now: basic science is important; also getting experiences outside the bench! (i.e. travelling :p )

cancer · course notes

Ringkasan : Clinical Relevance of Drug–Drug and Herb–Drug Interactions Mediated by the ABC Transporter ABCB1 (MDR1, P-glycoprotein)

Fungsi Farmakologi dan Toksikologi

  • Pgp adalah protein membran plasma yang dapat menyebabkan multidrug resistance (MDR) melalui pengeluaran senyawa-senyawa xenobiotik dari dalam sel –> menyebabkan resistensi pada beberapa kanker
  • Pgp menghambat uptake seluler obat pada otak, plasenta, testis dan menghambat transport obat dari lumen intestinal ke sel epitel.
  • Pgp memediasi ekskresi obat keluar hepatosis menuju canaliculi empedu dan keluar ginjal menuju urin
  • Pemberian obat yang merupakan substrat dan senyawa inhibitor Pgp secara bersamaan –> memodifikasi farmakokinetik obat dengan meningkatkan bioavailability dan uptake seluler –> menyebabkan ADR dan toksisitas
  • Pemberian obat yang merupakan substrat dan senyawa inducer Pgp secara bersamaan –> penurunan level obat di plasma –> subterapeutik
  • Lokalisasi Pgp di plasenta berperan penting dalam melindungi janin dari paparan senyawa berbahaya –> inhibisi Pgp pada ibu hamil harus diperhatikan karena dapat menyebabkan toksisitas pada ibu hamil

Continue reading “Ringkasan : Clinical Relevance of Drug–Drug and Herb–Drug Interactions Mediated by the ABC Transporter ABCB1 (MDR1, P-glycoprotein)”

cancer · chemoterapy · molecular biology · review

Hallmark of Cancer – How important to know?

Satu sitasi yang pasti dipakai dalam penelitian mengenai kanker adalah Hanahan&Weinberg (2011). Kedua orang ini bisa dibilang selayaknya ‘artis’ dalam dunia per-kanker-an :). Nah paper mereka yang terkenal itu berjudul “Hallmark of Cancer”. Apa sih sebenarnya yang dimaksud dengan Hallmark of Cancer? Hallmark sendiri berarti ‘karakteristik tertentu, yang menarik perhatian’. Pada tahun 2006, Hallmark of Cancer versi Hanahan&Weinberg ada 6 macam, dan pada tahun 2011 ditambah menjadi 10 macam. Berikut adalah Hallmark of Cancer :

Continue reading “Hallmark of Cancer – How important to know?”

cancer · molecular pharmacology

Review : Resistance Protein/ABCG2-Mediated Multidrug

Breast Cancer Resistance Protein (BCRP) atau ABCG2 adalah sebuah protein transporter yang termasuk dalam transporter ATP-binding cassette. BCRP memediasi multidrug resistance terhadap agen-agen kemoterapi antara lain SN-38, mitoxantron, dan topotecan melalui mekanisme efflux senyawa sitotoksik dari sel sehingga akan menurunkan efek sitotoksiknya. Substrat fisiologis dari BCRP ini sendiri adalah estrogen dan sulfated estrogen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah senyawa fitoestrogen/flavonoid dapat membalikkan resistensi sel kanker yang diinduksi dengan gen BCRP.

Untuk mengetahui apakah fitoestrogen/flavonoid dapat meningkatkan sensitivitas sel kanker terhadap agen kemoterapi, dilakukan uji sitotoksik terhadap beberapa sel kanker, yaitu sel kanker K562/BCRP (mengekspresikan protein BCRP), K562/MDR (mengekspresikan P-glycoprotein), dan KB/MRP (mengekspresikan MRP1), kemudian dihitung reversal index. Reversal index genistein dan naringenin diketahui lebih kuat daripada estron, sedangkan flavonoid golongan flavon seperti  acacetin, apigenin, chrysin, diosmetin, dan luteolin serta flavonoid golongan flavonol seperti kaempferide dan kaempferol juga memperlihatkan efek reversal yang kuat. Naringenin-7-glukosida dan dan luteolin-4’-O-glukosida juga menunjukkan efek reversal yang cukup kuat, namun tidak dengan glikosida flavonoid yang lain. Namun efek reversal ini spesifik untuk sel kanker yang diinduksi gen BCRP karena baik genistein maupun naringenin tidak menunjukkan efek reversal pada sel kanker resisten yang dimediasi oleh P-glycoprotein maupun MRP1. Selain itu, perlakuan flavonoid juga tidak meningkatkan efek sitotoksik sel K562 normal.

Western blot dilakukan untuk mengetahui apakah peningkatan sensitivitas sel terhadap agen kemoterapi disebabkan oleh inhibisi ekspresi BCRP atau melalui penghambatan fungsi BCRP. Setelah diinkubasi dengan flavonoid selama 5 hari, jumlah BCRP yang diekspresikan oleh K562/BCRP ternyata sama dengan kontrol K562 sehingga hasil ini mengindikasikan bahwa flavonoid tidak menginhibisi ekspresi BCRP tetapi meningkatkan sensitivitas sel kanker dengan menghambat fungsi BCRP.

Akumulasi agen kemoterapi di dalam sel kanker diuji untuk mengetahui apakah efek reversal sel kanker resisten BCRP terkait dengan inhibisi mekanisme efflux senyawa sitotoksik dari dalam sel. Akumulasi intraseluler topotecan dalam K562/BCRP meningkat setelah diberi perlakuan genistein dan naringenin dan peningkatan sensitivitasnya seiring dengan kenaikan dosis. Sedangkan pada kontrol K562, peningkatan dosis genistein dan flavonoid tidak meningkatkan akumulasi topotecan intraseluler. Hal ini mengindikasikan bahwa flavonoid membalikkan resistensi dengan meningkatkan jumlah agen kemoterapi pada sel kanker yang mengekspresikan BCRP.

Penting mengetahui apakah flavonoid yang diberikan kemudian menggantikan agen kemoterapi untuk di-efflux keluar sel sehingga dalam penelitian ini juga dilakukan uji transport transselular flavonoid ([3H]genistein) pada sel LLC/BCRP. Transport basal-to-apical (sekresi) mitoxantron lebih tinggi pada LLC/BCRP daripada LLC/PK1 sedangkan transport apical-to-basal (reabsorbsi) mitoxantron pada LLC/BCRP lebih rendah. Hal ini menyebabkan akumulasi genistein dalam LLC/BCRP lebih rendah daripada dalam LLC/PK1. Selanjutnya [3H] genistein yang terakumulasi di bagian apical sel LLC/BCRP dan LLC-PK1 dianalisis menggunakan kromatografi lapis tipis (KLT) untuk mengetahui apakah [3H]genistein dimetabolisme terlebih dahulu sebelum disekresikan keluar sel. Setelah inkubasi selama 4 jam, diketahui LLC/BCRP mensekresikan [3H] genistein lebih banyak daripada LLC-PK1. Dari hasil KLT, hampir seluruh [3H] genistein disekresikan dalam bentuk utuhnya (belum termetabolisme) pada sel LLC/BCRP sedangkan pada sel LLC-PK1 ditemukan metabolit selain  [3H] genistein utuh sehingga dapat disimpulkan bahwa [3H] genistein langsung ditarnsportasikan keluar sel oleh sel kanker resisten BCRP.

BCRP memediasi resistensi sel kanker melalui mekanisme efflux agen kemoterapi yang akan menurunkan jumlahnya dalam sel sehingga menurunkan efek sitotoksiknya. Flavonoid dapat menjadi substrat palsu BCRP sehingga dapat meningkatkan sensitivitas sel kanker resisten BCRP secara efektif. Mekanisme substrat palsu ini dapat dibuktikan dari kenaikan akumulasi intraselular agen kemoterapi serta kenaikan transport basal-to-apical (sekresi) flavonoid pada sel kanker resisten BCRP.

Referensi :

Imai, Y., Tsukahara S., Asada S., Sugimoto Y., 2004, Resistance Protein/ABCG2-Mediated Multidrug Resistance Phytoestrogens/Flavonoids Reverse Breast Cancer, Cancer Res 2004;64:4346-4352

http://cancerres.aacrjournals.org/content/64/12/4346.full.pdf