70
i DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) DI DUA SITUS INTERAKSI DENGAN ENERGI DOCKING BERBEDA Disusun oleh : CAMELIA AGUSTINA M0304004 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA April, 2010

DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

i

DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53

(G245S)

DI DUA SITUS INTERAKSI

DENGAN ENERGI DOCKING BERBEDA

Disusun oleh :

CAMELIA AGUSTINA

M0304004

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

April, 2010

Page 2: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Sebelas Maret telah mengesahkan skripsi mahasiswa:

Camelia Agustina NIM M0304004 dengan judul ”Dinamika Interaksi PRIMA-

1 dengan Mutan p53 (G245S) Di Dua Situs Interaksi dengan Energi Docking

Berbeda”.

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I

Dr. rer. nat. Fajar R. Wibowo, M. Si.

NIP : 19730605 200003 1 001

Pembimbing II

Nestri Handayani, M. Si., Apt.

NIP : 19701211 200501 2 001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :

Hari : Senin

Tanggal : 12 April 2010

Anggota Tim Penguji :

1. Yuniawan Hidayat, M. Si. 1. ........................................

NIP 19790605 200501 1 001

2. Ahmad Ainurofiq, M. Si., Apt. 2. ........................................

NIP 19780319 200501 1 001

Ketua Jurusan Kimia

Fakulta Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D.

NIP : 19560507 198601 1 001

Page 3: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

“DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) DI DUA

SITUS INTERAKSI DENGAN ENERGI DOCKING BERBEDA” belum pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh

orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan

dalam daftar pustaka.

Surakarta, 12 April 2010

CAMELIA AGUSTINA

Page 4: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

iv

DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S)

DI DUA SITUS INTERAKSI DENGAN ENERGI DOCKING BERBEDA

CAMELIA AGUSTINA

Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret.

ABSTRAK

Mutasi G245S pada p53 berkaitan dengan kanker pada manusia mengingat mutasi tersebut menyebabkan sedikit perubahan konformasi pada p53 karena mutasi menghilangkan kemampuan p53 dalam menginduksi apoptosis. Hasil teoritis dan eksperimental baru-baru ini menunjukkan bahwa PRIMA-1 dapat mengembalikan perubahan konformasi pada mutan p53. Sepuluh situs potensial interaksi PRIMA-1 pada molekul 2JIY rigid telah ditemukan dengan studi docking sebelumnya. Untuk menyelidiki interaksi antara PRIMA-1 dan mutan p53 yang menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua kompleks 2JIY–PRIMA-1 pada dua situs dengan energi docking yang berbeda telah dilakukan. Dua situs tersebut berdasarkan hasil studi docking sebelumnya yang mana situs dengan energi docking paling rendah sebagai situs 1 dan situs dengan energi paling tinggi sebagai situs 2. Dua simulasi tambahan untuk 1GZH dan 2JIY juga telah dilakukan sebagai pembanding. Pada situs 1, posisi PRIMA-1 dipertahankan selama 2 ns waktu simulasi. Sedangkan di situs 2, posisi PRIMA-1 dipertahankan dalam waktu yang lebih lama yaitu 7 ns. Situs 2 adalah daerah kaya sistein sementara sistein di situs 1 jumlahnya tidak sebanyak di situs 2. Hasil penelitian kami memperlihatkan bahwa interaksi antara PRIMA-1 dengan daerah kaya sistein pada 2JIY diperlukan untuk mereaktivasi 2JIY. Hasil ini sesuai dengan hasil eksperimen Lambert et al. 2009. Cancer Cell, 15:376–388. Dengan demikian, 2JIY memiliki probabilitas yang tinggi untuk direaktivasi oleh PRIMA-1 melalui situs 2.

Kata kunci : dinamika interaksi, mutan p53, PRIMA-1, situs interaksi.

Page 5: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

v

THE DYNAMIC OF INTERACTION

BETWEEN PRIMA-1 AND p53 MUTANT (G245S)

ON TWO INTERACTION SITES REQUIRING DIFFERENT DOCKING

ENERGY

CAMELIA AGUSTINA

Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Sebelas

Maret University.

ABSTRACT

G245S mutation on p53 associated with human cancer as it causes minor conformational changes on p53 due to the mutation reveals the loss of its capability to induce apoptosis. Recent experimental and theoretical results show that PRIMA-1 was able to restore conformational changes on p53 mutant. Ten potential sites of PRIMA-1 interaction on rigid 2JIY molecule have been found by previous docking study. To investigate the interactions between PRIMA-1 and p53 mutant induce restoration of p53 mutant conformation and the effect of different interaction site on p53 mutant, MD simulations of two 2JIY–PRIMA-1 complex on two interaction sites requiring different docking energy have been performed. The two sites based on previous docking study results where the lowest docking energy site as site 1 and the highest docking energy site as site 2. Two additional simulations of 1GZH and 2JIY have been also performed as references. On site 1, PRIMA-1 position maintained during 2 ns simulation time. On the other hand, on site 2, PRIMA-1 position maintained in longer time (7 ns). Site 2 is cysteine rich region and site 1 is not as much of site 2. Our result demonstrates that the interaction between PRIMA-1 and cysteine rich region of 2JIY is needed to reactivate 2JIY. This result is in agreement with recent experimental result (Lambert et al. 2009. Cancer Cell, 15:376–388). Thus, 2JIY may restored by PRIMA-1 via site 2.

Key words : dynamic of interaction, mutant p53, PRIMA-1, interaction site.

Page 6: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

vi

MOTTO

Anak kemarin sore belum tentu tidak tahu apa-apa dan orang kemarin dulu belum

tentu tahu segalanya. Bukankah generasi yang baik adalah generasi yang mampu

membuat generasi berikutnya lebih baik ? (Misbakhul Munir)

Orang pintar bukanlah orang yang bisa menguasai sesuatu sementara orang lain

tidak, tetapi orang pintar adalah orang yang mampu membuat orang lain tahu

mengenai apa yang kita pahami (Fajar R. Wibowo)

Jika segala sesuatu bisa berjalan dengan lancar-lancar saja, mungkin kita tidak

akan pernah mengerti apa itu perjuangan dan bagaimana rasa lelah yang

kadangkala terasa indah (Camelia Agustina)

Kebenaran bukan untuk dipaksakan tetapi diakui keberadaannya (Achdiat

Kartamihardja)

You do not really understand something unless you can explain it to your

grandmother (Albert Einstein)

Page 7: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

vii

PERSEMBAHAN

Untuk Allah Yang Maha Cerdas, Maha Bijaksana, dan Maha Segalanya

Untuk Bapak dan Ibu terhebat

Untuk Upi, adik tercinta

Dan untuk Misbakh yang bukan hanya sekedar indah

Page 8: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan segenap syukur bagi Allah SWT yang telah menunjukkan

jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan

baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Atas segala karuniaNya pulalah penulis menyadari bahwa segala

sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.

Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan

permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan

dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan

permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu

penulis, yaitu sebagai berikut.

1. Prof. Drs. Sutarno, M.Sc. Ph.D. selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D., selaku ketua Jurusan Kimia Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Nestri Handayani, M.Si., Apt., selaku pembimbing akademik sekaligus

pembimbing II tugas akhir yang dengan sabar telah membimbing penulis

dalam penyelesaian studi di Jurusan Kimia.

4. Dr. rer. nat. Fajar R. Wibowo, M.Si., selaku dosen pembimbing I, yang

dengan penuh kesabaran dan ketulusan membimbing penulis dari titik nol,

membuka mata penulis bahwa segala sesuatu itu memiliki berbagai

kemungkinan dengan alasannya masing-masing.

5. Maulidan Firdaus, M.Sc., yang pernah menjadi dosen pembimbing II, yang

dengan ketulusan membimbing penulis mengenai cara penulisan yang baik

dan sesuai aturan. Atas bimbingan beliau pulalah penulis mendapatkan

dorongan semangat untuk menyelesaikan skripsi ini dengan efektif.

Page 9: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

ix

6. I.F. Nurcahyo, M. Si. selaku ketua laboratorium Kimia Dasar yang telah

memberikan akses bagi penulis melakukan penelitian di laboratorium Kimia

Dasar bagian Komputasi Kimia.

7. Yuniawan Hidayat, M. Si. selaku dosen penguji I yang telah memberikan

saran dan kritik yang membimbing sehingga skripsi ini dapat menjadi lebih

baik dari sebelumnya.

8. Ahmad Ainurofiq, M. Si., Apt. selaku dosen penguji II yang telah memberikan

masukan yang membimbing dan koreksi mendetail mengenai cara penulisan

yang benar dalam skripsi ini.

9. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan

fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis.

10. Teman-teman Kimia berbagai generasi yang menjadi kawan di medan juang.

11. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu per satu yang telah

memberikan bantuannya.

Penulis menyadari bahwa penelitian dan penyusunan skripsi yang penulis

lakukan masih jauh dari sempurna sehingga membutuhkan saran dan kritik yang

membangun dari para pembaca. Namun, lepas dari semua itu, semoga para

pembaca mendapatkan manfaat setelah membaca skripsi ini.

Surakarta, 12 April 2010

Penulis

Page 10: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL............................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN.............................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................. iii

HALAMAN ABSTRAK...................................................................................... iv

HALAMAN ABSTRACT ................................................................................... v

HALAMAN MOTTO ......................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI........................................................................................................ x

DAFTAR TABEL................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................... 1

A. Latar Belakang..................................................................................... 1

B. Perumusan Masalah............................................................................. 3

1. Identifikasi Masalah........................................................................ 3

2. Batasan Masalah ............................................................................ 4

3. Rumusan Masalah........................................................................... 4

C. Tujuan Penelitian................................................................................. 5

D. Manfaat Penelitian............................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI.............................................................................. 6

A. Tinjauan Pustaka ................................................................................. 6

1. Kanker............................................................................................. 6

2. Gen Penekan Tumor dan p53 Penekan Tumor ............................... 7

3. Mutasi pada Protein p53 ................................................................. 9

4. PRIMA-1 (p53 Reactivation and Induction of Massive

Apoptosis…..................................................................................... 13

5. Simulasi Kimia ............................................................................... 13

Page 11: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

xi

6. Mekanika Statistik .......................................................................... 14

7. Metode Simulasi Molecular Dynamic ............................................ 15

8. AMBER7 (Assisted Model Building with Energy Refinement) ....... 17

a. Antechamber .............................................................................. 17

b. Parmchk. .................................................................................... 18

c. LEaP........................................................................................... 18

d. Sander (Simulated Annealing with NMR-derived Energy

Restraints) .................................................................................. 18

e. Ptraj dan Carnal ........................................................................ 18

9. Root Mean Square Deviation (RMSD) ........................................... 19

10. B-factor .......................................................................................... 19

11. Struktur Protein dan Sudut Dihedral Backbone Protein................. 20

B. Kerangka Pemikiran ............................................................................ 22

C. Hipotesis .............................................................................................. 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 24

A. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. 24

B. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan........................................................ 24

1. Alat ................................................................................................. 24

2. Bahan .............................................................................................. 24

C. Prosedur Penelitian…………………………………………..…….... 24

1. Parameterisasi PRIMA-1................................................................. 24

2. Penentuan Koordinat Awal Sistem................................................. 25

3. Minimisasi Sistem .......................................................................... 25

4. Equilibrasi Sistem........................................................................... 26

5. Simulasi Sistem .............................................................................. 26

D. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ............................................. 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 27

A. Parameterisasi PRIMA-1 ..................................................................... 27

B. Hasil Simulasi ..................................................................................... 28

1. Root Mean Square Deviation (RMSD) .......................................... 28

Page 12: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

xii

2. B-factor .......................................................................................... 29

3. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral ............................................ 30

a. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral Backbone Rentang

Residu yang Melibatkan Residu Lisin 120............................... 31

b. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral Backbone Rentang

Residu yang Melibatkan Residu Arginin 248 .......................... 34

c. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral Backbone Rentang

Residu yang Melibatkan Residu Arginin 280 .......................... 38

4. Posisi PRIMA-1 terhadap 2JIY ...................................................... 40

5. Interaksi PRIMA-1 dengan 2JIY di Situs 1 dan 2 .......................... 42

6. Perbedaan Probabilitas Terjadinya Reaktivasi 2JIY di Situs 1 dan

2 ..................................................................................................... 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................... 48

DAFTAR PUSTAKA. ......................................................................................... 49

LAMPIRAN-LAMPIRAN .................................................................................. 55

Page 13: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Ringkasan Hasil Docking PRIMA-1 pada 2J1Y. ................................... 12

Tabel 2. Kode Atom, Tipe Atom, dan Muatan PRIMA-1 yang Diperoleh

dengan RESP ......................................................................................... 27

Page 14: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Siklus Sel ....................................................................................... 7

Gambar 2. p53 Manusia Beserta Pembagian Domainnya ................................ 9

Gambar 3. Frekuensi dan Distribusi Mutasi p53.............................................. 11

Gambar 4. Letak 10 Situs Aktif pada 2JIY ..................................................... 12

Gambar 5. Struktur PRIMA-1 ........................................................................... 13

Gambar 6. Struktur Dasar Asam Amino .......................................................... 20

Gambar 7. Sudut Dihedral Psi dan Phi pada Backbone Protein.......................... 21

Gambar 8. Kerangka Pemikiran ....................................................................... 22

Gambar 9. Struktur PRIMA-1 Terparameterisasi ............................................. 27

Gambar 10. Grafik Perbedaan RMSD Sebagai Fungsi Waktu ........................... 28

Gambar 11. Grafik Perbedaan Harga B-factor Sebagai Fungsi Nomor Residu 29

Gambar 12. Grafik Fluktuasi Sudut Dihedral Rentang Residu 118-122

(Melibatkan Residu Lisin 120) dan Perbedaan Posisi Sudut

Dihedral Selama Simulasi............................................................... 32

Gambar 13. Grafik Fluktuasi Sudut Dihedral Rentang Residu 246-250

(Melibatkan Residu Arginin 248) Dan Perbedaan Posisi Sudut

Dihedral Selama Simulasi............................................................... 36

Gambar 14. Grafik Fluktuasi Sudut Dihedral Rentang Residu 278-282

(Melibatkan Residu Arginin 280) Dan Perbedaan Posisi Sudut

Dihedral Selama Simulasi............................................................... 39

Gambar 15. Perbandingan Posisi PRIMA-1 pada 2JIY di Situs 1 dan 2 Selama

Simulasi ......................................................................................... 41

Gambar 16. Posisi PRIMA-1 di Situs 1 dan Jarak Atom yang Terlibat Ikatan

Hidrogen Selama Simulasi ............................................................. 43

Gambar 17. Posisi PRIMA-1 di Situs 2 dan Jarak Atom yang Terlibat Ikatan

Hidrogen Selama Simulasi ............................................................ 45

Gambar 18. Gambar Keadaan Sistem Secara Umum pada Saat Penentuan

Koordinat Awal, Minimisasi, Equilibrasi, dan Simulasi ................ 55

Page 15: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

xv

Gambar 19. Densitas, Volume, Energi Total, dan Temperatur Sistem Selama

Proses 500 ps Equilibrasi dan 7000 ps Simulasi ............................ 56

Gambar 20. Ikatan Hidrogen yang Terbentuk antara PRIMA-1 dengan 2JIY

pada Situs 1..................................................................................... 57

Gambar 21. Ikatan Hidrogen yang Terbentuk antara PRIMA-1 dengan 2JIY

pada Situs 2..................................................................................... 58

Page 16: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Gambaran Sistem Secara Umum pada Saat Penentuan Koordinat

Awal, Minimisasi, Equilibrasi, dan Simulasi ................................. 55

Lampiran 2. Densitas, Volume, Energi Total, dan Temperatur Sistem Selama

Proses 500 ps Equilibrasi dan 7000 ps Simulasi ............................ 56

Lampiran 3. Ikatan Hidrogen yang Terjadi antara PRIMA-1 dan 2JIY di Situs

1 Selama Simulasi........................................................................... 57

Lampiran 4. Ikatan Hidrogen yang Terjadi antara PRIMA-1 dan 2JIY di Situs

2 Selama Simulasi .......................................................................... 58

Page 17: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kanker diperkirakan akan menggeser kedudukan penyakit jantung

sebagai penyebab kematian paling banyak pada tahun 2010 mendatang. Risiko

kematian akibat kanker tersebut akan terus meningkat hingga 2030. Perkiraan

tersebut didasarkan pada data organisasi kesehatan dunia (WHO) yang

menyebutkan kanker mengintai sekitar 12 juta warga dunia pada tahun 2008. Dari

jumlah tersebut, WHO meramalkan kanker dapat mengakibatkan kematian pada

tujuh juta orang di dunia. Pada 2030 jumlah penderita kanker akan meningkat

menjadi 27 juta orang dengan tingkat kematian mencapai 17 juta orang (Hindarto,

2008).

Kanker atau disebut juga dengan karsinoma, merupakan penyakit yang

disebabkan oleh rusaknya mekanisme pengaturan dasar perilaku sel, khususnya

mekanisme pertumbuhan dan diferensiasi sel yang diatur oleh gen, sehingga

faktor genetik diduga kuat sebagai pencetus utama terjadinya kanker (Maliya,

2004). Proses pengendalian untuk menekan pertumbuhan kanker secara umum

dilakukan dengan beberapa cara, di antaranya pencegahan terhadap agen

penyebab kanker, peningkatkan pertahanan terhadap kanker, modifikasi gaya

hidup, dan pencegahan dengan bahan kimia (Murray, et al., 1998).

Pengendalian pertumbuhan sel tidak lepas dari adanya gen penekan

tumor (tumor suppressor gen). Salah satunya adalah protein p53. Pengendalian

pertumbuhan sel oleh protein p53 dilakukan melalui proses apoptosis (bunuh diri

sel terprogram). Ketika terjadi kerusakan DNA dan kerusakan sel yang lain

sebelum terjadinya replikasi maka dilakukan perbaikan, apabila proses perbaikan

gagal (kerusakan tidak dapat diperbaiki) maka protein p53 akan menginduksi

terjadinya apoptosis. (Alberts et al., 2002).

Mutan p53 ditemukan lebih dari 50% dari kanker manusia. Hilangnya

fungsi p53 karena mutasi, eksklusi inti, inaktivasi kompleks, atau degradasi yang

dipercepat melalui jalur ARF-MDM2 ditemukan pada kebanyakan tumor manusia

Page 18: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

2

(Wiesmuller, 2001). Hilangnya fungsi p53 dapat menyebabkan kerusakan DNA

atau cacat yang lain yang tidak diikuti dengan penghentian penggandaan.

Apoptosis tidak dapat berjalan meskipun terjadi kenaikan konsentrasi p53 (Bykov

et al., 2002a). Dengan tidak berjalannya apoptosis ataupun penghentian siklus sel,

maka sel yang rusak pun akan terus tumbuh dan berkembang sebagai sel-sel

kanker yang berbahaya.

Salah satu mutasi yang terjadi pada p53 adalah mutasi G245S (residu

245 yang seharusnya glisin tergantikan oleh serin). Mutasi ini menyebabkan

perubahan konformasional kecil pada loop L3 protein p53 (Joerger, Ang, &

Fersht, 2006).

Menurut Bykov et. al (2002b), pengembalian fungsi p53 yang

mengalami mutasi berpotensi memicu apoptosis masal yang dapat menghentikan

sel tumor secara efektif. Penempelan molekul kecil ataupun peptida pendek dapat

mengembalikan aktivitas p53. Bukti-bukti penelitian menunjukkan bahwa fungsi

p53 dapat dikembalikan dengan mengatur konformasi dari mutan p53 sehingga

menyerupai wild-type p53. Senyawa yang digunakan dalam penelitian tersebut

salah satunya adalah PRIMA-1 (Bykov et al., 2002a).

PRIMA-1 (p53 Reactivation and Induction of Massive Apoptosis) adalah

senyawa kimia yang teridentifikasi sebagai penekan pertumbuhan mutan p53 yang

selektif berdasarkan kajian pustaka senyawa-senyawa yang bermassa molekul

rendah. Akan tetapi, mekanisme kerja PRIMA-1 tersebut belum diketahui (Li, et

al., 2005).

Warsino (2008) telah menemukan 10 situs yang potensial sebagai

sasaran interaksi PRIMA-1 pada mutan p53 (G245S). Situs yang berpotensi

sebagai pusat reaktivasi mutan p53 tersebut terletak pada daerah sekitar mutasi,

sedangkan reaktivasi mutan p53 tersebut diduga terjadi melalui pengembalian

konformasinya.

Meskipun interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 sudah diketahui, namun

dinamika interaksinya belum dapat digambarkan. Oleh karena itu, perlu dilakukan

penelitian mengenai dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 dalam

rangka mereaktivasi mutan tersebut.

Page 19: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

3

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Sebagian besar penyakit kanker pada manusia terjadi akibat adanya

mutasi pada protein p53. Mutasi yang terjadi dibedakan menjadi dua kelas, yaitu

kontak termutasi, terjadi pada residu yang langsung kontak dengan DNA

(misalnya G248W, R273H) dan konformasi termutasi, terjadi pada residu yang

menjaga stabilitas struktur dari domain inti (misalnya R175H, R249S, 281G)

(Peng et al., 2003). Pengembalian fungsi p53 yang mengalami mutasi berpotensi

memicu apoptosis masal yang dapat menghentikan sel tumor secara efektif.

(Bykov et al., 2002b).

Ligan PRIMA-1 telah terbukti dapat mengembalikan konformasi

domain inti dari p53 yang termutasi pada beberapa penyakit kanker, namun belum

optimal untuk semua jenis tipe kanker yang mengalami mutasi pada p53 (Bykov

et al., 2002a). Menurut Warsino (2008), p53 termutasi pada residu G245 (mutasi

pada hot spot) memiliki pusat reaktivasi pada daerah sekitar mutasi tersebut

melalui pengembalian konformasinya. Namun, penelitian tersebut belum dapat

menjelaskan dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 pada dua situs yang

memiliki energi docking berbeda.

Simulasi kimia dapat menggambarkan dinamika interaksi PRIMA-1

dengan mutan p53. Pemilihan metode dan force field yang sesuai merupakan

suatu permasalahan dalam simulasi kimia. Metode simulasi yang umum

digunakan adalah Molecular Dynamic (MD) dan Monte Carlo (MC). Menurut

Esposito, Tobi, and Madura (2006) berbagai program MD yang populer seperti

AMBER (Assisted Model Building with Energy Refinement), CHARMM

(Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics), Tinker, GROMOS

(Groningen Molecular Simulation), dan NAMD (NAnoscale Molecular Dynamics)

dapat digunakan untuk perbaikan molekul.

Page 20: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

4

2. Batasan Masalah

Pada penelitian ini, studi dinamika interaksi mutan p53 dilakukan

terhadap mutan p53 (G245S) (jenis mutasi M133L-V203A-N239Y-(G245S)-

N268D dan kode pdb 2JIY). Dari 10 situs pada mutan p53 yang telah ditemukan

Warsino (2008), 2 di antaranya akan digunakan sebagai situs interaksi PRIMA-1.

2 situs tersebut adalah situs-situs yang memiliki perbedaan energi docking yang

paling besar di antara 10 situs yang ditemukan. Situs yang digunakan yaitu situs 1

(dengan energy docking -6,98 kkal/mol) sebagai situs 1 dan situs 10 (dengan

energy docking -4,18 kkal/mol) sebagai situs 2. Keduanya memiliki perbedaan

energi docking sebesar 2,8 kkal/mol. Studi dinamika juga dilakukan pada p53

wild type dan mutan p53 sebagai pembanding.

Metode simulasi yang digunakan adalah Molecular Dynamic (MD)

karena metode ini sesuai untuk simulasi yang berupa pemantauan perubahan suatu

sampel dari keadaan satu menjadi keadaan lain (di mana penentuan dinamika

interaksi mutan p53 merupakan proses pemantauan perubahan keadaan mutan p53

dari keadaan satu menjadi keadaan lain dengan perlakuan berupa penempelan

ligan PRIMA-1). Sedangkan program yang akan digunakan adalah AMBER7

karena program ini cukup baik untuk simulasi biomolekul protein dan memiliki

kemampuan untuk menggabungkan lebih dari satu force field.

3. Rumusan Masalah

1. Bagaimanakah dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) di dua

situs dengan energi docking berbeda ?

2. Apakah perbedaan letak situs interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S)

menunjukkan dinamika interaksi yang berbeda?

Page 21: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

5

C. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) di dua

situs dengan energi docking berbeda.

2. Mengetahui pengaruh letak situs interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53

(G245S) terhadap dinamika interaksinya.

D. Manfaat Penelitian

Perbandingan dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S)

di situs 1 dan 2 cukup mampu menggambarkan selektivitas PRIMA-1 dalam

berinteraksi dengan mutan di kedua situs tersebut. Dengan diketahuinya

selektivitas PRIMA-1, maka dapat diketahui efektivitasnya dalam mengobati

kanker. Penelitian ini juga membuka kemungkinan untuk mendesain senyawa

baru selain PRIMA-1 yang lebih efektif dalam mengobati kanker.

Page 22: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Kanker

Kanker adalah suatu penyakit yang terjadi karena gangguan beberapa

mekanisme checkpoint dan penekanan tumor (Hanahan & Weinberg, 2000).

Pertumbuhan kanker diawali dengan mutasi berangkai. Mutasi tersebut terjadi

pada gen penekan tumor dilanjutkan dengan mutasi pada gen yang berfungsi

untuk memperbaiki kerusakan DNA (DNA repair gene). Mutasi pada

protoonkogen dapat mengaktifkan onkogen dan menonaktifkan gen penekan

tumor. Beberapa faktor hereditas dapat meningkatkan perubahan mutasi penyebab

kanker, mencakup aktivasi onkogen atau penghambat gen penekan tumor. Fungsi

berbagai gen penekan tumor dan onkogen dapat diganggu pada tahapan berbeda

pertumbuhan tumor (Hadi & Nurlaila, 2008).

Mutasi gen penekan tumor mengganggu regulasi sel normal karena mutasi

tersebut mampu menghilangkan restriction point yang seharusnya dilewati oleh

setiap sel pada saat masuk ke siklus sel (Hadi & Nurlaila, 2008). Urutan kejadian

dapat diidentifikasi sebagai berikut : diawali dari keadaan istirahat (fase G0),

pertumbuhan sel dan persiapan kromosom untuk replikasi (fase G1). Siklus

dilanjutkan dengan sintesis DNA (fase S) dan diikuti dengan persiapan pemisahan

sel (fase G2). Siklus disempurnakan dengan mitosis (fase M) hingga dihasilkan

sel-sel belahan yang baru (Enten and Monson, 2005). Restriction point terjadi di

antara fase G1 dan fase S siklus sel, berlangsung kira-kira dua hingga tiga jam

sebelum DNA disintesa dalam fase S. Lintasan yang teraktifkan sebagai respon

kerusakan DNA merupakan sinyal bagi inaktivasi restriction point, sehingga

siklus sel berhenti di fase G1. Apabila terjadi kerusakan DNA, siklus sel berhenti

di fase G1 dan di fase G2. Pemberhentian di fase G1 berfungsi untuk mencegah

DNA yang rusak direplikasi dan pemberhentian di G2 memungkinkan sel untuk

menghindari pemisahan kromosom yang rusak (Hadi & Nurlaila, 2008).

Page 23: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

7

Bila mutasi pada gen penekan tumor terjadi, maka sel tetap berproliferasi

meskipun DNA yang dimilikinya mengalami kerusakan atau ketidaksesuaian

dengan urutan DNA normal. Kerusakan tersebut diwariskan pada sel-sel anakan

(Hadi & Nurlaila, 2008). Siklus sel ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Siklus sel (Ismono & Anggono, 2009).

2. Gen Penekan Tumor dan p53 Penekan Tumor

p53 manusia adalah suatu fosfoprotein inti dengan berat molekul 53 kDa,

yang dikode oleh gen 20 kb yang mengandung 11 ekson dan 10 intron, yang

berlokasi pada tangan kecil kromosom 17. Gen ini termasuk ke dalam famili gen

yang sangat dipertahankan (highly conserved gene) yang mengandung setidaknya

dua anggota lain, yaitu p63 and p73. Protein p53 wild-type mengandung 393 asam

amino dan dibuat dari berbagai domain struktural dan fungsional (Bai & Zhu,

2006).

Menurut Lacroix et. al. (2006) p53 bertempat di kromosom 17 (17p13),

mengandung 11 ekson yang membentangkan 20 kb. p53 termasuk keluarga gen

yang sangat dipertahankan yang juga meliputi TP63 and TP73 yang secara

berurutan mengkode p63 dan p73. Tiga daerah yang berbeda secara fungsional

telah diidentifikasi dalam p53 (disajikan pada gambar 2).

Page 24: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

8

a. Daerah ujung N yang bersifat asam (kodon 1−101) yang mengandung 2

domain utama. (i) domain transaktivasi yang bersifat asam (kodon 1−62).

Kodon 17–28 dapat berinteraksi dengan ubikuitin ligase mouse double

minute-2 homologue (MDM2), yang berperan penting dalan degradasi p53.

Kodon 22–26 (LWKLL) membentuk suatu motif pengenalan koaktivator tipe

LXXLL (Savkur & Burris, 2004) yang dilibatkan dalam histon ikatan

acetyltransferase P300. Diyakini bahwa kodon 11–27 dapat berfungsi sebagai

nuclear export signal (NES) sekunder dan bahwa fosforilasi yang

menginduksi kerusakan DNA dapat menghambat aktivitas ini. (ii) domain

kaya prolin (kodon 63–97) diperlukan untuk interaksi dengan berbagai

protein yang terlibat dalam induksi apoptosis. Domain ini mengandung lima

motif PXXP (PRMP pada 64–67; PVAP pada 72–75; PAAP pada 77–80;

PAAP pada 82–85; PSWP pada 89–92) yang terlibat dalam interaksi p53

dengan P300 (Dornan et al., 2003). Menariknya, polimorfisme telah

terdemonstrasikan pada kodon 72, di mana prolin sering digantikan oleh

arginin. Kedua bentuk ini merupakan wild type secara morfologis dan tidak

berbeda kemampuannya mengikat DNA dalam tingkah laku sekuen spesifik.

Namun, terdapat sejumlah perbedaan antara varian-varian p53 dalam hal

kemampuannya untuk mengikat komponen mesin transkripsional,

mengaktifkan transkripsi, menginduksi apoptosis, dan untuk menekan

transformasi sel-sel primer (Thomas et al., 1999).

b. Daerah inti ikatan DNA pusat (kodon 102–292). Daerah ini mengenal motif

konsensus promoter yang terbuat dari segmen 10 bp (RRRCWWGYYY)

yang dipisahkan oleh 0–13 bp. Daerah ini sangat dipertahankan selama

evolusi. Daerah ini juga merupakan daerah yang sama antara anggota family

p53 (P63, P73).

c. Daerah ujung C yang bersifat basa (kodon 293–393), terlibat dalam

tetramerisasi dan pengaturan aktivitas p53. Daerah ini mengandung : tiga

sinyal lokalisasi inti (kodon 305–322, 369–375, 379–384) yang diperkenalkan

oleh kompleks heterodimerik yang terbuat dari alfa dan beta importin yang

memungkinkan masuknya inti p53 (Fabbro & Henderson, 2003); (ii) domain

Page 25: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

9

tetramerisasi (kodon 323–356) yang mengandung NES primer (kodon 339–

352) yang diperkenalkan oleh reseptor ekspor CRM1/exportin (Fabbro &

Henderson, 2003). p53 aktif sebagai faktor transkripsi hanya dalam bentuk

homotetrametrik. Tetramerisasi p53 menutupi NES primer dan mencegah

ekspor dari inti sel; (iii) daerah regulasi negatif (kodon 363–393). Melalui

untaian DNA non spesifik yang berikatan pendek, daerah ini dapat mencegah

DNA spesifik berikatan dengan daerah inti (Weinberg et al., 2004).

Gambar 2. p53 manusia beserta pembagian domainnya. Lokalisasi kromosomal

gen p53 dan gambaran skematik domain protein p53 : transaktivasi

transkripsional (asam amino 1−62); kaya prolin (asam amino 63−97);

ikatan DNA (asam amino 102−292); tetramerisasi (asam amino

323−356), regulasi ( asam amino 362−393) (Bossi & Sacchi, 2007).

3. Mutasi pada Protein p53

Lebih dari 50% kanker manusia mengalami mutasi salah (missence

mutation) dalam pengkodean gen untuk penekan tumor p53 yang menyebabkan

inaktifnya p53 tersebut (Friedler et al., 2002). Beberapa kerusakan DNA (karena

radiasi ultraviolet ataupun radiasi pengionan) diiringi dengan meningkatnya

sintesis p53 yang mengendalikan propagasi DNA yang rusak (Nelson and Kastan,

1994). Protein p53 memiliki afinitas yang tinggi terhadap lesi-lesi DNA et al.,

Page 26: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

10

1995). Jadi, suatu proses polimerisasi yang terjadi pada konsentrasi p53 tinggi

akan berperan dalam pengenalan dan perbaikan DNA rusak saat penundaan

replikasi (Cox et al., 1996). Jika kerusakan DNA di luar kemampuan mesin

perbaikan, apoptosis terjadi (Martin et al., 1994). Enoch and Norbury (1995)

mengusulkan bahwa tingginya level p53 merupakan pertanda penting untuk hal

ini.

Tumor yang mengandung p53 termutasi cenderung resisten terhadap

kemoterapi yang telah umum dilakukan dibandingkan dengan yang mengandung

wild type p53 (Bykov et al., 2002a). Di samping itu terapi tumor bervariasi

bergantung pada tipe tumor tersebut. Dalam kaitannya dengan pengendalian

tumor melalui induksi apoptosis jalur p53 diketahui bahwa limfoma menunjukkan

respon paling kuat, pada mamari dan intestinal tumor diperoleh respon menengah,

sedangkan untuk tumor paru-paru, kulit, dan hati, tidak ditemukan terapi yang

terkait dengan induksi apoptosis (Kemp et al., 2001).

Enam mutasi yang berkaitan dengan kanker yang paling sering terjadi

adalah hot spot R175H, G245S,R248Q, R249S, R273H, and R282W. Mutasi ini

dibagi menjadi dua kategori : (i) Mutasi kontak-DNA (R248 dan R273) yang

terjadi karena hilangnya residu ikatan DNA, dan (ii) mutasi struktural yang terjadi

karena perubahan struktur domain inti ikatan DNA pada p53 (Friedler et al.,

2002). Domain inti p53 adalah bagian yang sangat dipertahankan. Substitusi pada

domain inti akan meningkatkan 98% mutasi perubahan (transforming mutation)

pada p53, dan 40% dari jumlah tersebut melibatkan hanya enam hot spot di dekat

permukaan ikatan DNA (Wong et al., 1999). Frekuensi dan distribusi mutasi p53

disajikan pada gambar 3.

Page 27: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

11

Gambar 3. Frekuensi dan distribusi mutasi p53. Daerah I−V merupakan daerah

yang paling dipertahankan, empat di antaranya (II−IV) termasuk ke

dalam domain inti. Histogram mutasi salah (missence mutation)

menunjukkan mutasi terjadi pada domain inti; residu berlabel

merupakan hot spot mutasi (Bullock & Fersht, 2001).

Mutan p53 kode 2J1Y dengan mutasi hot spot G245S terjadi akibat

ketidakstabilan struktur p53 dalam berinteraksi dengan DNA. Ketidakstabilan

terjadi antara loop 2 dan loop 3 dikarenakan struktur pada daerah mutasi ini

berubah. Interaksi PRIMA-1 diharapkan dapat mengembalikan stabilitas interaksi

antara loop 2 dan loop 3, lebih lanjut lagi stabilitas ikatan dengan DNA dapat

dikembalikan (Warsino, 2008).

Menurut Warsino (2008) verifikasi hasil docking awal pada 2J1Y

didapatkan 10 tempat penempelan (situs) yang dimungkinkan merupakan situs

aktif dari 2J1Y. Ringkasan hasil docking PRIMA-1 pada 2JIY disajikan pada tabel

1, letak 10 situs tersebut pada 2JIY disajikan pada gambar 4.

Page 28: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

12

Tabel 1. Ringkasan hasil docking PRIMA-1 pada 2J1Y. Data energi penempelan

yang disajikan hanya energi terendah dari klaster (cluster) terendah masing-

masing situs.

No.Site

energi dock awal (kkal/mol)

jumlah cluster

jumlah dlm cluster terendah

energi minimal (kkal/mol)

energi rerata (kkal/mol)

Energi ikat (kkal/mol)

1 -6.98 1 20 -6.62 -6.62 -6.18

2 -5.86 1 20 -5.93 -5.92 -5.44

3 -5.85 3 9 -5.88 -5.88 -5.18

4 -5.61 6 2 -5.64 -5.63 -4.95

5 -5.39 1 20 -5.42 -5.42 -4.95

6 -5.17 3 18 -5.21 -5.20 -4.67

7 -4.99 2 4 -5.95 -5.95 -5.45

8 -4.62 4 1 -5.91 -5.91 -5.46

9 -4.35 2 18 -4.47 -4.46 -3.84

10 -4.18 3 9 -4.62 -4.61 -3.92 · Tanda latar gelap menunjukkan bahwa situs ini bergabung dengan situs yang

lain di dekatnya.

Gambar 4. Letak 10 situs aktif pada 2JIY. Daerah hot spot terdapat pada

daerah Lp1 (loop 1), Lp2 (loop 2) dan Hl2 (heliks 2). Anak panah

berwarna hijau dan kuning menunjukkan situs 1 dan 10 (Warsino,

2008).

Page 29: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

13

4. PRIMA-1 (p53 Reactivation and Induction of Massive Apoptosis)

Proses pengembalian fungsi p53 melalui pengembalian konformer

domain inti dari p53 termutasi dengan molekul kecil telah dilakukan. Bukti-bukti

menunjukkan bahwa fungsi p53 dapat dikembalikan dengan mengatur konfomasi

mutan p53 sehingga menyerupai p53 wild type . Senyawa yang digunakan salah

satunya adalah PRIMA–1 (2,2-bis(hydroxymethyl)-1-azabicyclo[2,2,2]octan-3-

one) oleh Bykov et al. (2002b). PRIMA-1 memiliki sifat fisik yaitu berupa kristal

putih dengan titik leleh sebesar 142 –144° C, rumus molekul C9H15NO, dan berat

molekul 185,2 g/mol. PRIMA-1 secara selektif menghambat pertumbuhan sel

tumor dengan memicu apoptosis dalam pola yang bergantung pada transkripsi

melalui manipulasi konformasional mutan p53 untuk memperbaiki ikatan DNA

sekuen spesifik (Bykov et al., 2002b). Struktur PRIMA-1 disajikan pada gambar

5.

Gambar 5. Struktur PRIMA-1 (Bykov et al., 2002b).

5. Simulasi Kimia

Metode simulasi komputer memudahkan kita untuk mempelajari

beberapa sistem dan memprediksikan sifat-sifatnya dengan penggunaan teknik

yang mempertimbangkan replikasi yang kecil dari sistem makroskopik dengan

sejumlah atom atau molekul yang dapat diatur. Simulasi menghasilkan suatu

konfigurasi yang representatif dari replikasi yang kecil ini dalam beberapa cara

yang nilai akurat dari sifat-sifat struktural dan termodinamiknya dapat diperoleh

dengan sejumlah komputasi yang mungkin mudah dikerjakan. Teknik simulasi

juga memungkinkan perilaku bergantung-waktu dari sistem atomik dan molekuler

Page 30: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

14

untuk didekati, menyediakan suatu gambaran yang detail dari cara di mana sistem

berubah dari satu konformasi atau konfigurasi ke yang lain. Teknik simulasi juga

digunakan secara luas dalam beberapa prosedur eksperimental, seperti pendekatan

struktur protein dari kristalografi sinar X (Leach, 2001).

Dua jenis teknik simulasi yang umum dalam pemodelan molekuler adalah

metode Molecular Dynamic (MD) dan Monte Carlo (MC) (Leach, 2001). Simulasi

Molecular Dynamic dan Monte Carlo berbeda dalam berbagai hal. Yang sangat

berbeda adalah Molecular Dynamic menyediakan informasi mengenai

ketergantungan waktu sifat-sifat sistem sedangkan tidak ada hubungan waktu

antara konfigurasi successive Monte Carlo. Dalam simulasi Monte Carlo

pengeluaran dari tiap-tiap percobaan pergerakan hanya tergantung pada immediate

predecessor, sedangkan Molecular Dynamic memungkinkan untuk

memprediksikan konfigurasi sistem di setiap waktu di waktu yang akan datang

atau waktu-waktu yang sudah terlewati. Molecular Dynamic memiliki kontribusi

energi kinetik terhadap total energi sedangkan dalam simulasi Monte Carlo total

energi ditentukan secara langsung dari fungsi energi potensial (Leach, 2001).

6. Mekanika Statistik

Teknik eksperimental mendekati sifat-sifat seperti tekanan atau kapasitas

kalor dengan melakukan pengukuran pada sistem makroskopik. Sistem

makroskopik tunggal dapat digantikan dengan sejumlah besar replikasi sistem

mikroskopik yang dipertimbangkan secara simultan (Wibowo, 2005). Mekanika

statistik adalah alat teoritis yang digunakan untuk mempelajari sifat-sifat sistem

makroskopik (sistem terdiri dari banyak atom atau molekul) dan mengaitkan sifat-

sifat tersebut dengan keadaan sistem mikroskopik (Widom, 2002).

Suatu keadaan mikroskopik sistem dikarakterisasi oleh suatu set harga

{r,p}, yang berkaitan dengan suatu titik dalam ruang yang didefinisikan oleh

koordinat r dan momenta p (disebut phase space) (Becker & Watanabe, 2001).

Untuk memperoleh rata-rata termodinamik ensemble kanonikal, yang

dikarakterisasi oleh variable makroskopis (N, V, T), sangat tepat untuk

mengetahui probabilitas menemukan sistem pada masing-masing dan setiap titik

Page 31: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

15

(keadaan) dalam phase space. Distribusi probabilitas ini ρ(r,p), disajikan oleh

fungsi distribusi Boltzmann

(2.6.1)

di mana fungsi partisi Z adalah integral dari seluruh phase space factor

Boltzmann , dan kB merupakan factor Boltzmann. Ketika

fungsi distribusi diketahui, maka dapat digunakan untuk menghitung rata-rata

phase space dari berbagai variable dinamik A(r, p).

Contoh variabel dinamik adalah posisi, energi total, energi kinetik,

fluktuasi, dan berbagai fungsi lain dari r dan/atau p. Rerata ini disebut rerata

termodinamik atau rerata ensemble karena berperan dalam menghitung setiap

keadaan yang mungkin dari sistem. Untuk menghitung rerata termodinamik, harus

diketahui probabilitas Boltzmann untuk setiap dan masing-masing keadaan {r, p}

yang merupakan tugas komputasional yang sangat sulit (Becker & Watanabe,

2001).

7. Metode Simulasi Molecular Dynamic

Dalam molecular dynamic, konfigurasi berurutan dari sistem

dihasilkan dengan menggabungkan hukum-hukum Newton dari pergerakan.

Hasilnya adalah suatu trajektori yang menspesifikkan bagaimana posisi dan

kecepatan partikel di dalam sistem bervariasi sesuai waktu. Hukum-hukum

Newton dari pergerakan dapat dinyatakan sebagai berikut.

a. Suatu zat melanjutkan pergerakannya dalam garis lurus pada kecepatan

konstan kecuali jika suatu gaya bekerja padanya.

b. Gaya sama dengan laju perubahan momentum.

c. Kepada setiap kerja (action) terdapat reaksi yang sama dan berlawanan.

(Leach, 2001)

Trajektori dihasilkan dengan menyelesaikan persamaan diferensial

yang diwujudkan dalam Hukum Newton 2 (F = ma):

(2.7.1)

iixi

m

F

dt

xd=

2

2

Page 32: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

16

Persamaan tersebut menggambarkan pergerakan partikel yang

bermassa mi sepanjang satu koordinat (xi) dengan Fxi merupakan gaya pada

partikel dalam arah tersebut (Leach, 2001).

Simulasi Molecular Dynamic memungkinkan kita untuk menyelidiki

energi dan gaya yang berkaitan dengan sejumlah banyak ikatan dan konfigurasi

sterik mengenai protein. Kita dapat mengumpulkan informasi stabilitas dan

perilaku protein dengan mengamati sejumlah sifat-sifat fisik sistem. Secara

visual kita dapat mengamati misalnya jika protein menunjukkan tanda-tanda

denaturasi atau reorganisasi (Turner, 2004).

Terdapat empat tahap utama dalam simulasi Molecular Dynamic.

Setelah menemukan konfigurasi awal sistem, fase penyeimbangan dilakukan

untuk memperoleh sistem yang stabil. Atom-atom makromolekul dan pelarut di

sekitarnya yang mengalami fase relaksasi biasanya menghabiskan 10 atau 100

ps sebelum sistem mencapai keadaan stasioner. Sifat-sifat termodinamik

seperti temperatur, energi, dan densitas dipantau sampai nilainya stabil.

Segmen non-stasioner awal dari trajektori akan dibuang dalam penghitungan

sifat-sifat kesetimbangan. Sebelum melakukan simulasi Molecular Dynamic,

sistem harus diseimbangkan dengan kontrol volume, tekanan, dan temperatur

untuk menyesuaikan misalnya densitas pelarut untuk nilai eksperimental dan

temperatur sistem untuk temperatur yang dipilih. Setelah penyeimbangan, fase

produksi dimulai, yang akan memproduksi hasil simulasi aktual dengan

simulasi Molecular Dynamic berdurasi sekitar 1 ns. Pada dasarnya, protokol

yang sama seperti pada saat tahap akhir penyeimbangan dapat digunakan.

Simulasi Molecular Dynamic dapat diteruskan sampai diperoleh konfigurasi

molekuler yang memuaskan. Jalannya produksi Molecular Dynamic

ditampilkan berada pada kondisi jumlah partikel (N), volume (V), dan energi

(E) konstan yang mewakili ensembel mikrokanonikal NVE dan memungkinkan

pengamatan molekul yang berinteraksi dengan lingkungannya selama interval

waktu yang telah ditentukan sebelumnya, biasanya dalam orde nanosekon

(Molinelli, 2004).

Page 33: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

17

Ketika mensimulasikan sistem yang tidak homogen, prosedur

kesetimbangan yang lebih rinci biasanya diperlukan. Prosedur khusus untuk

simulasi molecular dynamic dari zat terlarut makromolekuler, seperti protein

dalam larutan, adalah sebagai berikut. Pertama-tama, pelarut tunggal bersama-

sama dengan berbagai counterion gerak adalah subjek minimisasi energi

dengan zat terlarut yang dipertahankan dalam konformasi awalnya. Pelarut dan

berbagai counterion kemudian dibiarkan tersusun menggunakan salah satu

simulasi Molecular Dynamic (atau Monte Carlo), struktur molekul zat terlarut

yang ditentukan dipertahankan kembali. Fase kesetimbangan pelarut ini cukup

meluas untuk membiarkan pelarut disesuaikan kembali secara lengkap terhadap

medan potensial zat terlarut. Untuk Molecular Dynamic hal ini berakibat pada

lamanya fase kesetimbangan pelarut akan lebih panjang daripada waktu

relaksasi pelarut (waktu ini merupakan waktu molekul kehilangan ‘memori’

dari orientasi aslinya, di mana untuk air sekitar 10 ps). Selanjutnya,

keseluruhan sistem (zat terlarut dan pelarut) diminimisasi. Kemudian simulasi

Molecular Dynamic sistem utuh dimulai (Leach, 2001).

8. Assisted Model Building with Energy Refinement (AMBER7)

(Case et al. 2002)

Paket program AMBER7 terdiri dari 60 program yang beberapa di

antaranya dideskripsikan sebagai berikut.

a. Antechamber

Antechamber merupakan program yang mengotomatisasi proses

pengembangan deskriptor-deskriptor force field khususnya untuk molekul-

molekul organik. Antechamber dihidupkan dari masing-masing arsip PDB

(format PDB), arsip (‘prepin’) baru dengan format yang dapat dibaca

dalam LEaP untuk digunakan dalam pemodelan molekuler. Deskripsi

force field yang dibuat dirancang untuk sesuai dengan force field Amber

yang biasa.

Page 34: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

18

b. Parmchk

Parmchk dibaca dalam suatu arsip ‘ac’ atau arsip input ‘prep’

sebagaimana suatu arsip force field. Parameter menuliskan arsip ‘frcmod’

untuk parameter-parameter yang hilang.

c. LEaP

Leap adalah suatu program berbasis X-windows yang disediakan untuk

pembuatan model dasar dan koordinat AMBER dan pembuatan arsip input

parameter/topologi. Program tersebut meliputi editor molekuler yang

memungkinkan pembuatan residu dan memanipulasi molekul.

d. Sander (Simulated Annealing with NMR-derived Energy Restraints)

Sander adalah program utama yang digunakan untuk simulasi

Molecular Dynamic. Program ini merelaksasi struktur dengan

memindahkan atom-atom secara iteratif menurunkan gradien energi

sampai gradien rata-rata yang cukup diperoleh. Porsi Molecular Dynamic

membentuk konfigurasi sistem dengan menggabungkan persamaan

Newtonian tentang gerak. Molecular Dynamic akan melakukan sampling

ruang konfigurasional yang lebih banyak daripada minimisasi dan akan

memungkinkan struktur untuk melewati halangan energi potensial yang

kecil. Konfigurasi dapat disimpan pada interval tetap selama simulasi

untuk analisis lebih lanjut, dan perhitungan energi bebas dasar

menggunakan integrasi termodinamik dapat dilaksanakan.

e. Ptraj dan Carnal

Ptraj dan Carnal merupakan program-program untuk menganalisa

trajektori-trajektori Molecular Dynamic, menghitung (misalnya Root Mean

Square deviation dari struktur referen), analisis ikatan hidrogen, fungsi

korelasi waktu, perilaku difusional, dan sebagainya (Molinelli, 2004).

Page 35: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

19

9. Root Mean Square Deviation (RMSD)

Pengukuran kesamaan diperlukan untuk perbandingan kuantitatif

suatu struktur dengan lainnya. Kesamaan struktur biasanya diukur dengan root

mean square deviation (RMSD) antara dua konformasi (Becker, 2001). RMSD

yang dihitung dan diplotkan menggunakan ptraj menyediakan informasi

apakah konformasi telah mencapai suatu keadaan yang stasioner. Deviasi

masing-masing frame terhadap frame pertama dalam trajektori dihitung. Harga

ini sangat berguna dalam mendekati sejauh mana struktur bergeser selama

simulasi MD berjalan (Molinelli, 2004).

Dalam koordinat Cartesian, jarak RMS antara konformasi i dan

konformasi j dari suatu molekul didefinisikan sebagai

(2.9.1)

Di mana N adalah jumlah atom, k adalah indeks atom, dan r(i)k, r(ij)k

adalah koordinat Cartesian dari atom k dalam konformasi i dan j. Harga

minimum dari persamaan di atas diperoleh dengan superposisi optimal dari dua

struktur (Becker, 2001).

10. B-factor

B-factor adalah ukuran termal dari ketidaktentuan (luasan densitas

elektron) untuk struktur dan ditetapkan terhadap tiap-tiap atom dan dapat

dihitung untuk tiap-tiap residu asam amino. Pergerakan termal paling besar

biasanya ditemukan pada rantai samping dan loop (Esposito, Tobi, and

Madura, 2006). B-factor kristalografik dapat digunakan sebagai indikator

mobilitas konformasional atau fleksibilitas protein. Analisis distribusi B-factor

telah digunakan lebih awal untuk menganalisa karakteristik struktural dan

fungsional protein (Kumar & Krishnaswamy, 2009). Tinggi rendahnya

fluktuasi atomik suatu molekul diwakili oleh tinggi rendahnya harga B-factor.

Fluktuasi atomik simulasi dapat diperkirakan dengan B-factor yang

persamaannya sebagai berikut.

Page 36: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

20

(2.9.2)

Di mana Δri adalah akar pangkat dua fluktuasi posisional atom

(Karjiban, et al., 2009). Menurut Wright and Lim (2007), B-factor rantai utama

rata-rata sebagai fungsi nomor residu menunjukkan bahwa mutasi Arg

273→Cys terlihat membuat rigid beberapa residu yang terlibat di dalam ikatan

Zn2+ dan/atau ikatan DNA terutama protein yang bebas.

11. Struktur Protein dan Sudut Dihedral Backbone Protein

Struktur sekunder memiliki 3 bentuk yang biasa : alfa (α) heliks, beta

(β) sheet (kombinasi dari sejumlah beta strand), dan loop (juga disebut reverse

turns atau coil). Dalam masalah prediksi struktur sekunder protein, inputnya

adalah urutan dan outputnya adalah struktur yang diprediksikan (yang juga

disebut konformasi, yang merupakan kombinasi dari alfa heliks, beta sheet, dan

loop). Suatu protein yang khusus mengandung sekitar 32% alfa heliks, 21%

beta sheet, dan 47% loop atau struktur non regular (Branden and Tooze, 1991).

Gambar 6 menunjukkan struktur dasar asam amino, yang terdiri dari

suatu gugus amino (NH2), gugus karboksil (COOH), atom hidrogen, dan rantai

samping yang semuanya terikat pada suatu atom karbon yang disebut karbon

alfa (Cα). Masing-masing satu dari 20 asam amino memiliki struktur yang sama

kecuali rantai sampingnya. Ikatan peptida menghubungkan gugus karboksil

dari suatu asam amino dengan gugus amino dari asam amino yang lain dengan

cara mengeliminasi air (H2O) (Branden and Tooze, 1991).

Gambar 6. Struktur dasar asam amino.

Gambar 7 menunjukkan suatu unit peptida. Polipeptida adalah suatu

Page 37: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

21

struktur tak bercabang dari sejumlah urutan asam amino yang terikat melalui

ikatan-ikatan peptida. Satu unit asam amino dalam rantai polipeptida disebut

residu. Rantai polipeptida dimulai pada ujung amino dan berakhir pada ujung

karboksilnya (Branden and Tooze, 1991).

Gambar 7. Sudut dihedral psi dan phi pada backbone protein (Arjunan, Deris, &

Illias, 2001).

Phi adalah sudut rotasi di sekitar ikatan N–C sedangkan psi

merupakan sudut rotasi di sekitar ikatan C–C. Rotasi-rotasi menentukan

masing-masing struktur protein (seperti alfa heliks, beta sheet, atau loop).

Asam-asam amino yang berada di bagian dalam molekul protein adalah asam-

asam amino golongan hidrofobik sedangkan asam-asam amino yang bersifat

polar berada di permukaan protein dan biasanya memiliki urutan dan

konformasi asam-asam amino yang sama, sehingga memiliki fungsi dan sifat-

sifat yang sama pula (Arjunan, Deris, and Illias, 2001).

Konfigurasi backbone protein sepenuhnya ditentukan oleh spesifikasi

sudut dihedral φ dan ψ. Korelasi sudut dihedral dalam protein asli dan

terdenaturasi sangat penting karena mengandung sumber utama informasi

dalam folding dan stabilitas protein (Keskin, 2004).

Page 38: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

22

B. Kerangka Pemikiran

Berdasarkan penelitian Warsino (2008), telah diketahui bahwa p53

(G245S) dapat direaktivasi oleh ligan PRIMA-1 dengan interaksi yang spesifik

melalui pengembalian konformasinya. Namun dinamika interaksi tersebut

belum diketahui. Penelitian ini akan mengamati dinamika interaksi PRIMA-1

dengan mutan p53 di situs 1 dan 2 (beda energi docking keduanya sebesar 2,8

kkal/mol) dengan metode simulasi molecular dynamic (MD). Sebagai

pembanding, simulasi juga dilakukan terhadap p53 wild type dan mutan p53.

Kerangka pemikiran secara skematis dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Kerangka pemikiran.

Dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) di situs 2 dibanding p53 wild type dan

mutan p53 (G245S) diketahui

dibandingkan

Mutan p53 (G245S) dapat direaktivasi oleh ligan PRIMA-1 melalui pengembalian konformasinya

(Warsino, 2008)

Metode simulasi kimia (Molecular Dynamic)

Dinamika interaksi PRIMA-1 dengan p53 belum diketahui

program AMBER7

Dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) di situs 1 dibanding p53 wild type dan

mutan p53 (G245S) diketahui

Perbandingan dinamika interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) di situs 1 dan 2 diketahui

Page 39: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

23

C. Hipotesis

1. Interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) diduga terjadi di daerah sekitar

residu 245 yang termutasi.

2. Letak situs interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) berpengaruh

terhadap dinamika interaksinya.

Page 40: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

24

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Agustus 2009 sampai Desember 2009,

bertempat di Laboratorium Kimia Dasar bagian Komputasi Kimia jurusan Kimia

FMIPA UNS.

B. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan

1. Alat

Seperangkat komputer dengan spesifikasi : CPU berprosesor AMD Athlon

(tm) 64 X2 Dual Core Processor 5200+, 2.60 GHz, RAM 4 GB, dan harddisk

2x250 GB. Perangkat lunak berupa AMBER7 (Case, et al., 2002), program

Molden (Klinsky et al., 2002), MATLAB7 (MathWorks, 2004), CHIMERA

(Pettersen et al., 2004), dan VMD (Humphrey, Dalke, and Schulten, 1996).

2. Bahan

Struktur p53 wild type pada manusia kode PDB = 1GZH (Derbyshire et al.,

2002), struktur mutan p53 (G245S) kode PDB = 2JIY (Joerger et al., 2006), dan

PRIMA-1.

C. Prosedur Penelitian

1. Parameterisasi PRIMA-1

Parameterisasi PRIMA-1 dilakukan dengan mengambil terlebih dahulu

struktur PRIMA-1 teroptimasi dari hasil penelitian Warsino (2008). Densitas

elektron (Electrostatic Potensial/ESP) dihitung dengan GAUSSIAN98 (Frisch et

al., 1995) metode ab initio pada level teori HF dan basis set 6-31G*. Populasi

elektron dihitung dengan metode Mulliken. Arsip log yang dihasilkan kemudian

diolah dengan program Antechamber dan parmchk dalam AMBER7 di mana di

Page 41: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

25

dalamnya terdapat RESP untuk metode penghitungannya. Hasilnya berupa arsip

prep dan arsip frcmod sebagai template dan parameter ligan PRIMA-1 yang akan

digunakan dalam proses selanjutnya.

2. Penentuan Koordinat Awal Sistem

Simulasi dilakukan terhadap empat sistem, yaitu 1GZH, 2JIY, 2JIY yang

berinteraksi dengan PRIMA-1 pada situs 1, dan 2JIY yang berinteraksi dengan

PRIMA-1 pada situs 2. Ion Cl- sebagai counterion ditambahkan menggunakan

modul XLEAP dalam AMBER7. Sistem kemudian disolvasi dengan penambahan

eksplisit solvent berupa model air TIP3P (Jorgensen, et al., 1983) yang berupa

sekumpulan molekul air yang berbentuk kotak yang melingkupi sistem dengan

jarak antara sistem dan model air sebesar 12 Ǻ. Setelah itu, sistem tersebut

disimpan dalam format arsip pdb (urutan atom dan posisinya), arsip prmtop

(topologi sistem), dan arsip prmcrd (parameter sistem) yang nantinya akan

digunakan dalam proses minimisasi, penyeimbangan, dan simulasi.

3. Minimisasi Sistem

Agar proses solvasi sempurna (yaitu jarak model air dekat dengan sistem),

maka dilakukan minimisasi. Minimisasi sistem dilakukan sebanyak 500 step di

mana tiap 100 step besarnya penahanan harmonik pada makromolekul dan

counterion diubah. Pada 100 step pertama, besarnya penahanan harmonik pada

makromolekul dan counterion adalah sama-sama sebesar 25 kcal/mol-1A-2. Pada

100 step 2, besarnya penahanan harmonik pada makromolekul tetap 25 kcal/mol-

1A-2 dan pada counterion hanya sebesar 20 kcal/mol-1A-2. Pada 100 step ketiga,

besarnya penahanan harmonik pada makromolekul adalah 20 kcal/mol-1A-2 dan

pada counterion hanya 15 kcal/mol-1A-2. Pada step keempat, besarnya penahanan

harmonik pada makromolekul adalah 15 kcal/mol-1A-2 dan pada counterion hanya

sebesar 10 kcal/mol-1A-2. Pada step kelima, besarnya penahanan harmonik pada

makromolekul adalah 10 kcal/mol-1A-2 dan pada counterion hanya sebesar 5

kcal/mol-1A-2. Minimisasi ini akhirnya dilakukan tanpa adanya restraints.

Page 42: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

26

4. Equilibrasi Sistem

Penyeimbangan dilakukan dengan pemanasan bertahap 50-300 K (sesuai

suhu sistem yang sebenarnya) selama 200 ps di mana makromolekul dan posisi-

posisi ion dijaga konstan dengan penahanan harmonik (harmonic restraint) 25

kcal/mol-1A-2. Penahanan harmonik berkurang 5 kcal/mol-1A-2 setiap 5 ps selama

25 ps berikutnya, hingga akhirnya kesetimbangan akan berlangsung tanpa adanya

penahanan. Untuk meningkatkan dan menjaga temperatur sistem pada 300 K

digunakan algoritma Berendsen (Berendsen et al., 1984).

5. Simulasi Sistem

Simulasi dijalankan pada temperatur konstan 300 K, tekanan 1 atm, 2 fs

time step, SHAKE constraints 0,00005 Ǻ (mengabaikan vibrasi yang melibatkan

atom hidrogen), nonbonded cutoff 9 Ǻ, dan 0,00001 untuk prosedur particle-mesh

Ewald (PME) (Kawata and Nagashima, 2001) yang digunakan untuk menangani

interaksi elektrostatik yang jangkauannya jauh (long-range electrostatic

interactions). Informasi struktural dikumpulkan setiap 500 step (1 ps).

D. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data

Data yang berupa trajektori hasil simulasi MD diolah dengan perangkat

analisis yang terdapat dalam program AMBER7 (ptraj) dan program MATLAB7.

Sedangkan program CHIMERA dan VMD digunakan untuk menampilkan data

secara visual.

Page 43: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

27

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Parameterisasi PRIMA-1

Parameterisasi PRIMA-1 dilakukan untuk mendapatkan parameter-

parameter PRIMA-1 yang diperlukan dalam proses minimisasi, equilibrasi, dan

simulasi. Struktur PRIMA-1 diambil dari hasil penelitian Warsino (2008)

sedangkan koordinat atom pada 1GZH dan 2JIY diambil dari data pdb (kode pdb :

1GZH dan 2JIY). Koordinat hidrogen ditambahkan dengan program XLEAP

dalam AMBER7 (Case et al., 2002). Muatan diperoleh dengan RESP (Restrained

ElectroStatic Potensial) (Cieplak et al., 1995). Potensial elektrostatik ab initio

untuk RESP dihitung dengan GAUSSIAN98 (Frisch et al., 1995) pada level teori

HF/6-31G*. Hasil parameterisasi PRIMA-1 disajikan pada gambar 9 dan tabel 2.

Gambar 9. Struktur PRIMA-1

Terparameterisasi

Tabel 2. Kode atom, tipe atom, dan muatan PRIMA-1 yang diperoleh dengan RESP.

Kode atom Tipe atom

Muatan

O1=O2 OH -0.652 H12=H15 HO 0.441 C8=C9 CT 0.096 H10=H11=H13=H14 H1 0.079 C5 CT 0.073 C1 C 0.601 O3 O -0.581 C2 CT 0.029 H5 HC 0.011 C3=C7 CT -0.115 C4=C6 CT -0.007 H1=H2=H6=H7 H1 0.094 N1 NT -0.552 H3=H4=H8=H9 HC 0.050

Page 44: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

28

B. Hasil Simulasi

Setelah proses minimisasi dan equilibrasi dilakukan, empat sistem yaitu

p53 wild type pada manusia dengan kode PDB 1GZH, mutan p53 (G245S) dengan

kode PDB 2JIY, kompleks mutan p53 (G245S) dengan PRIMA-1 di situs 1, dan

kompleks mutan p53 (G245S) dengan PRIMA-1 di situs 2 disimulasikan selama

7000 ps (7 ns). Hasil simulasi kemudian diolah dengan program analisis yaitu

ptraj.

1. Root Mean Square Deviation (RMSD)

Analisis yang pertama kali dilakukan adalah RMSD (root mean square

deviation) yang menggambarkan posisi sistem tiap waktu dibanding posisi

awalnya. Gambar 10 menunjukkan bahwa keempat sistem sama-sama bergeser

dari posisi awalnya. 1GZH bergeser sejauh ± 2,5 Å dari posisi awal kemudian

relatif stabil pada jarak tersebut setelah simulasi berjalan 3 ns sedangkan 2JIY

belum mencapai kestabilan posisi karena terus menjauhi posisi awal bahkan

sampai akhir simulasi. Adanya interaksi PRIMA-1 di situs 1 dan 2 pada 2JIY

ternyata mampu membuat posisi 2JIY yang tadinya terus menjauhi posisi awal

menjadi stabil pada jarak ± 2,5 Å, jarak yang sama dengan posisi stabil 1GZH

terhadap posisi awal.

Gambar 10. Grafik perbedaan RMSD sebagai fungsi waktu. 1GZH, 2JIY, 2JIY

yang berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1, dan 2JIY yang

berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 2 berturut-turut ditunjukkan

dengan warna hitam, merah, hijau, dan kuning.

Page 45: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

29

2. B-factor

Seperti halnya RMSD, harga B-factor yang menggambarkan fluktuasi

atomik rata-rata sistem yang disimulasikan juga dihitung dengan ptraj. Grafik B-

factor disajikan pada gambar 11.

Pergeseran posisi berkaitan dengan fluktuasi atomik rata-rata sistem.

Berdasarkan hasil RMSD, 2JIY yang memiliki harga RMSD semakin besar sampai

akhir simulasi dianggap memiliki harga B-factor yang relatif lebih tinggi

dibanding 1GZH. Tingginya harga B-factor 2JIY dibanding 1GZH ini dapat

berasal dari tingginya fluktuasi atomik rata-rata seluruh residu 2JIY atau hanya

beberapa residu saja.

Gambar 11. Grafik perbedaan B-factor sebagai fungsi nomor residu. 1GZH, 2JIY,

2JIY yang berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1, dan 2JIY yang

berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 2 berturut-turut ditunjukkan

dengan warna hitam, merah, hijau, dan kuning. A. B-factor residu total,

B. B-factor residu 118-122, C. B-factor residu 241-245, D. B-factor

residu 246-250, E. B-factor residu 278-282, F. B-factor residu 281-285.

A

B C D

E F

Page 46: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

30

Berdasarkan gambar 11 tersebut, ternyata tidak seluruh residu 2JIY

memiliki fluktuasi atomik rata-rata lebih tinggi dibanding 1GZH tetapi hanya

beberapa residu saja, yaitu residu nomor 120 (lisin), 243 (metionin), 248 (arginin),

280 (arginin), dan 283 (arginin). Di antara residu-residu 2JIY yang lain, kelima

residu tersebut memiliki harga B-factor yang jauh lebih tinggi dibanding 1GZH.

Hal tersebut dianggap terjadi karena adanya mutasi G245S pada 2JIY.

Adanya PRIMA-1 masing-masing pada situs 1 dan 2 menyebabkan

fluktuasi atomik rata-rata kelima residu pada 2JIY tersebut secara umum terlihat

berkurang. Dengan demikian, interaksi PRIMA-1 pada 2JIY di kedua situs

dianggap dapat meredam tingginya fluktuasi atomik rata-rata kelima residu

fluktuatif pada 2JIY.

3. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral

Perubahan fluktuasi atomik rata-rata yang tinggi pada residu-residu 2JIY

tersebut sangat dipengaruhi oleh fluktuasi sudut dihedral (yaitu sudut yang

terbentuk oleh 4 atom), sehingga dilakukan penyelidikan terhadap perubahan

fluktuasi sudut dihedral terhadap rentang residu (sepanjang 5 residu) yang

masing-masing melibatkan residu lisin 120, metionin 243, arginin 248, arginin

280, dan arginin 283. Fluktuasi sudut dihedral rentang residu yang melibatkan

residu 243 dan 248 tidak ditampilkan karena kedua rentang residu tersebut tidak

menunjukkan perubahan fluktuasi sudut dihedral yang signifikan (yaitu

berubahnya kisaran sudut fluktuasi dari suatu nilai ke nilai lain yang berbeda)

sehingga fluktuasi atomik rata-rata di sekitar kedua residu tersebut dianggap tidak

disebabkan oleh adanya perubahan fluktuasi sudut dihedral tetapi kemungkinan

terjadi karena frekuensi fluktuasi sudut dihedralnya yang tinggi.

Page 47: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

31

a. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral Backbone Rentang Residu yang

Melibatkan Residu Lisin 120

Menurut Wright & Lim (2007), residu lisin 120 berikatan hidrogen dengan

O6 dan N7 basa Gua 8 pada major groove DNA. Grafik fluktuasi sudut dihedral

backbone rentang residu yang melibatkan residu lisin 120 disajikan pada gambar

12 atas. Pada gambar tersebut 1GZH memiliki fluktuasi sudut dihedral yang

relatif stabil pada kisaran sudut tertentu. Sudut dihedral ψ1, ψ2, ψ3, ψ4 1GZH

berturut-turut berfluktuasi stabil pada sekitar sudut 0°, 150°, -50°, dan 40°.

Sedangkan sudut dihedral φ1, φ2, φ3, dan φ4 1GZH berturut-turut berfluktuasi

stabil pada sekitar sudut -50°, -30°, -120°, dan -50°. Grafik fluktuasi sudut

dihedral 1GZH tersebut dijadikan sebagai pembanding untuk sistem yang lain.

Dibanding fluktuasi sudut dihedral 1GZH, 2JIY menunjukkan fluktuasi

yang relatif sama pada rentang residu ini. Perbedaan keduanya hanya terlihat pada

sudut dihedral φ3 (-60°) dan ψ4 (0°). Namun, karena fluktuasi sudut dihedral

keduanya sama-sama stabil pada kisaran sudutnya masing-masing, maka

perbedaan tersebut dianggap tidak signifikan atau dengan kata lain rentang residu

yang melibatkan residu lisin 120 2JIY secara umum dianggap sama dengan

1GZH. Dengan demikian, adanya mutasi G245S pada 2JIY tidak menyebabkan

fluktuasi sudut dihedral di rentang residu tersebut mengalami perubahan yang

signifikan.

Adanya interaksi PRIMA-1 di situs 2 pada 2JIY memperlihatkan fluktuasi

sudut dihedral yang stabil dengan profil yang mirip 2JIY. Hal ini berarti adanya

PRIMA-1 pada situs 2 tidak berpengaruh terhadap fluktuasi sudut dihedral rentang

residu yang melibatkan lisin 120 2JIY.

Interaksi PRIMA-1 di situs 1 pada 2JIY memperlihatkan fluktuasi sudut

dihedral yang berbeda dibanding ketiga sistem lainnya. Pada sistem ini terjadi

perubahan fluktuasi sudut dihedral yang signifikan setelah simulasi berjalan

sekitar 3,5 ns. Perubahan tersebut berupa berubahnya kisaran fluktuasi sudut

dihedral φ4 (melibatkan residu 121 dan 122) yang semula berada pada kisaran

sudut -50° menjadi berfluktuasi di sekitar sudut -150° dan bertahan pada kisaran

Page 48: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

32

sudut tersebut sampai simulasi berakhir. Perubahan sudut dihedral yang terjadi

pada struktur disajikan pada gambar 12 bawah.

Gambar 12. Grafik fluktuasi sudut dihedral rentang residu 118-122 (melibatkan residu lisin 120) dan perbedaan posisi sudut dihedral selama simulasi. 1GZH, 2JIY, 2JIY yang direaktivasi PRIMA-1 di situs 1, dan 2JIY yang direaktivasi PRIMA-1 di situs 2 berturut-turut ditunjukkan dengan warna hitam, merah, hijau, dan kuning. Atas : Grafik fluktuasi sudut dihedral tiap waktu rentang residu 118-122.. Sumbu X adalah waktu (0–7000 ps) sedangkan sumbu Y adalah sudut dihedral (-200°–250°). Grafik atas adalah ψ (1–4 ke kanan) dan bawah adalah φ (1–4 ke kanan). Bawah : Posisi sudut dihedral yang melibatkan residu lisin 120 selama simulasi. A, B, C, dan seterusnya adalah gambaran pada saat 0, 1, 2, 3 ns, dan seterusnya. Rantai samping lisin 120 1GZH sebagai pembanding digambarkan sebagai stik.

A B C D

E F G H

Page 49: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

33

Pada gambar 12 bawah terlihat bahwa keempat sistem tidak berimpit pada

awal simulasi (0 ns). Hal ini menunjukkan keempat sistem tidak berada pada

posisi yang sama pada awal simulasi. Pada nanosekon-nanosekon berikutnya,

posisi keempat sistem terlihat berubah baik saling berdekatan maupun saling

menjauh satu sama lain. Posisi yang keempat sistem yang saling berdekatan

terjadi pada saat 1 ns waktu simulasi. Satu ns kemudian posisinya berubah

menjadi saling menjauh satu sama lain. Pada saat 3 ns keempat sistem terlihat

berdekatan kembali. Posisi pada saat 3 ns ini juga terjadi pada saat 4 dan 5 ns di

mana posisi pada ketiga waktu tersebut relatif sama. Pada saat 6 ns keempat

sistem saling berjauhan kembali dan saat 7 ns posisi keempatnya juga berubah

dibanding sebelumnya. Dengan menjauh dan mendekatnya posisi keempat sistem

selama simulasi maka posisi pada saat berdekatan dan berjauhan dianggap tidak

berbeda nyata. Dengan fakta tersebut juga dianggap bahwa posisi keempat sistem

berfluktuasi tiap waktu.

Dilihat dari bentuk backbone, selama 7 ns waktu simulasi 1GZH, 2JIY,

dan 2JIY yang berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 2 tidak mengalami

perubahan bentuk backbone. Ketiganya sama-sama berupa lengkungan loop yang

tidak mengalami pelekukan ataupun perubahan akibat berubahnya sudut dihedral.

Stabilnya bentuk backbone tersebut sesuai dengan grafik fluktuasi sudut dihedral

ketiganya yang juga terlihat stabil.

Fluktuasi sudut dihedral φ4 backbone 2JIY yang berinteraksi dengan

PRIMA-1 di situs 1 telah diketahui mengalami perubahan signifikan saat 3,5 ns

waktu simulasi. Namun, bentuk backbone sebelum dan sesudah waktu tersebut

ternyata tidak berbeda nyata karena bentuknya relatif sama. Dengan demikian,

perubahan sudut dihedral φ4 tersebut dianggap tidak terlalu berpengaruh terhadap

posisi lisin 120 dalam berinteraksi dengan DNA. Apalagi residu yang terlibat

dalam φ4 tersebut adalah residu 121 dan 122, bukan residu lisin 120 yang telah

diketahui berperan dalam berikatan dengan DNA.

Dilihat dari arahan rantai samping lisin 120, gambar 12 bawah

memperlihatkan bahwa rantai samping lisin 120 1GZH sebagai pembanding

bersifat fleksibel (tidak tetap pada satu arahan tertentu). Dengan demikian,

Page 50: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

34

perbedaan arahan rantai samping lisin 120 pada ketiga struktur yang lain

dibanding 1GZH dianggap tidak signifikan karena ikatan antara rantai samping

lisin 120 dengan DNA dianggap sebagai ikatan yang juga fleksibel.

b. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral Backbone Rentang Residu yang

Melibatkan Residu Arginin 248

Arginin 248 berikatan dengan minor groove DNA (Wright & Lim, 2007).

Grafik fluktuasi sudut dihedral backbone rentang residu yang melibatkan residu

arginin 248 disajikan pada gambar 13 atas. Pada gambar tersebut 1GZH sebagai

pembanding memiliki fluktuasi sudut dihedral yang relatif stabil di pada kisaran

sudut tertentu. Sudut dihedral ψ1, ψ2, ψ3, ψ4 1GZH berturut-turut berfluktuasi

stabil pada sekitar sudut 0°, 50°, 0°, dan 150°. Sedangkan sudut dihedral φ1, φ2,

φ3, dan φ4 1GZH berturut-turut berfluktuasi stabil pada sekitar sudut -50°, -100°, -

150°, dan -80°. Grafik fluktuasi sudut dihedral 1GZH tersebut dijadikan sebagai

pembanding untuk sistem yang lain.

Berbeda dengan fluktuasi sudut dihedral rentang residu yang melibatkan

residu lisin 120, rentang residu 2JIY yang melibatkan arginin 248 mengalami

perubahan fluktuasi sudut dihedral yang signifikan setelah simulasi berjalan

sekitar 4,5 ns. Sudut dihedral yang berubah fluktuasinya tersebut adalah φ1

(melibatkan residu 246 dan 247) di mana kisaran fluktuasi sudut dihedralnya

berubah dari 50° menjadi -50°. Perubahan tersebut menyebabkan sudut dihedral

ψ2 dan φ2 (keduanya melibatkan residu 247 dan 248) yang berada di sebelahnya

juga mengalami perubahan kisaran fluktuasi sudut dihedral. ψ2 berubah dari 50°

menjadi 120° dan φ2 berubah dari -100° menjadi -50°. Perubahan sudut dihedral

φ2 tidak langsung menyebabkan berubahnya sudut dihedral ψ3 (melibatkan residu

248 dan 249) yang berada di sebelahnya tetapi mengubah kisaran sudut dihedral

yang letaknya lebih jauh yaitu φ3 (melibatkan residu 248 dan 249) di mana

fluktuasi sudut dihedral yang tadinya berada di sekitar -50° berubah menjadi di

sekitar sudut -150°. Oleh karena itu, sudut dihedral φ2 dan ψ3 dianggap rigid.

Perubahan sudut dihedral φ3 menyebabkan berubahnya sudut dihedral di

Page 51: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

35

sebelahnya yaitu ψ4 (melibatkan residu 249 dan 250) yang kisaran fluktuasi sudut

dihedralnya berubah dari 150° menjadi 100°.

Perubahan-perubahan tersebut dianggap terjadi sebagai akibat adanya

mutasi G245S pada 2JIY. Dengan demikian, adanya mutasi G245S pada 2JIY

menyebabkan berubahnya sudut dihedral yang melibatkan arginin 248 sehingga

ikatan antara arginin 248 dengan DNA menjadi terganggu. Dengan terganggunya

kestabilan ikatan antara arginin 248 dengan DNA tersebut, maka fungsi domain

inti p53 yaitu berikatan dengan DNA, menjadi terganggu.

Adanya interaksi PRIMA-1 di situs 1 pada mulanya cukup mampu

meredam perubahan-perubahan fluktuasi sudut dihedral yang terjadi. Hal ini

terlihat dari grafik fluktuasi sudut dihedral yang stabil. Akan tetapi, stabilnya

grafik fluktuasi sudut dihedral tersebut tidak bertahan sampai akhir simulasi

karena saat simulasi berjalan sekitar 6,3 ns, terjadi perubahan-perubahan yang

signifikan yang menyerupai perubahan-perubahan pada 2JIY. Sudut dihedral yang

berubah tersebut di antaranya adalah φ1. Perubahan ini secara langsung

menyebabkan sudut dihedral yang berada di sebelahnya yaitu ψ2 berubah.

Perubahan kedua sudut dihedral tersebut juga terjadi pada 2JIY. Namun, berbeda

dengan perubahan yang terjadi pada 2JIY, perubahan sudut dihedral ψ2 ini tidak

diikuti oleh perubahan sudut dihedral di sebelahnya (sudut dihedral φ2, ψ3, dan φ3

) sehingga sudut dihedral ψ2, φ2, ψ3, dan φ3 dianggap rigid. Perubahan ψ2

menyebabkan perubahan sudut dihedral ψ4. Dengan demikian, adanya interaksi

PRIMA-1 di situs 1 2JIY tidak mampu meredam perubahan fluktuasi sudut

dihedral yang terjadi sehingga interaksi antara arginin 248 dengan DNA masih

terganggu.

Berbeda dengan di situs 1, interaksi PRIMA-1 di situs 2 2JIY mampu

meredam perubahan-perubahan fluktuasi sudut dihedral 2JIY yang terjadi. Hal

tersebut ditunjukkan oleh grafik fluktuasi sudut dihedral yang stabil dari awal

sampai akhir simulasi seperti 1GZH .

Perbedaan struktur sebelum dan sesudah terjadinya perubahan sudut

dihedral disajikan pada gambar 13 bawah. Seperti halnya pada rentang residu

yang melibatkan lisin 120, gambar 13 juga memperlihatkan bahwa secara umum

Page 52: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

36

selama 7 ns keempat sistem kadang saling berdekatan dan kadang saling

berjauhan posisinya. Hal ini menunjukkan bahwa sistem yang disimulasikan

memiliki posisi yang cukup fluktuatif atau tidak stabil pada satu tempat.

Gambar 13. Grafik fluktuasi sudut dihedral rentang residu 246-250 (melibatkan residu arginin 248) dan perbedaan posisi sudut dihedral selama simulasi. 1GZH, 2JIY, 2JIY yang direaktivasi PRIMA-1 di situs 1, dan 2JIY yang direaktivasi PRIMA-1 di situs 2 berturut-turut ditunjukkan dengan warna hitam, merah, hijau, dan kuning. Atas : Grafik fluktuasi sudut dihedral tiap waktu rentang residu 246-250. Sumbu X adalah waktu (0–7000 ps) sedangkan sumbu Y adalah sudut dihedral (-200°–250°). Grafik atas adalah ψ (1–4 ke kanan) dan bawah adalah φ (1–4 ke kanan). Bawah : Posisi sudut dihedral yang melibatkan residu arginin 248 selama simulasi. A, B, C, dan seterusnya adalah gambaran pada saat 0, 1, 2, 3 ns, dan seterusnya. Rantai samping arginin 248 1GZH sebagai pembanding digambarkan sebagai stik.

A B C D

E F G H

Page 53: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

37

Perubahan struktur yang signifikan terlihat pada backbone 2JIY pada saat

5, 6, dan 7 ns waktu simulasi. Perubahan tersebut berupa bagian tengah backbone

yang mengalami pelekukan padahal sejak awal sampai 4 ns waktu simulasi bagian

tengah backbone tersebut tidak terlihat melekuk. Perubahan ini sesuai dengan

grafik pada gambar 13 atas yang menunjukkan terjadinya perubahan fluktuasi

sudut dihedral 2JIY setelah simulasi berjalan sekitar 4,5 ns sehingga gambar

backbone sebelum dan sesudah waktu tersebut terlihat berbeda.

Bagian tengah backbone tersebut merupakan residu arginin 248. Dengan

pelekukan backbone, maka arah rantai samping arginin 248 akan berubah. Dengan

berubahnya arah rantai samping tersebut, maka ikatannya dengan DNA dapat

terganggu.

Perubahan sudut dihedral backbone pada 2JIY tersebut juga terjadi pada

2JIY yang berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1 di mana selama 0–6 ns waktu

simulasi, backbone dan rantai samping 2JIY tersebut tidak banyak berubah,

namun setelah simulasi berjalan 7 ns, posisinya menjadi berimpit dengan posisi

2JIY yang sebelumnya diketahui bahwa 2JIY tersebut mengalami perubahan

pelekukan di bagian tengah backbone. Perubahan ini sesuai dengan grafik pada

gambar 13 atas yang menunjukkan bahwa 2JIY yang berinteraksi dengan PRIMA-

1 di situs 1 mengalami perubahan fluktuasi sudut dihedral menyerupai 2JIY

setelah simulasi berjalan sekitar 6,3 ns. Dengan demikian, posisi 2JIY yang

berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1 dianggap menyerupai posisi 2JIY yaitu

mengalami pelekukan di bagian tengah backbone sehingga interaksi PRIMA-1 di

situs 1 tidak mampu mencegah terjadinya pelekukan bagian tengah backbone

yang menyebabkan ikatan antara arginin 248 dengan DNA menjadi terganggu.

Berbeda dengan di situs 1, adanya interaksi PRIMA-1 di situs 2 tidak

menyebabkan perubahan backbone 2JIY. Hal ini sesuai dengan grafik fluktuasi

sudut dihedral pada gambar 13 atas yang stabil selam simulasi. Dengan demikian,

interaksi PRIMA-1 di situs 1 mampu mengembalikan bentuk backbone 2JIY yang

tadinya melekuk menjadi seperti bentuk backbone 1GZH yang tidak mengalami

pelekukan.

Page 54: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

38

c. Perubahan Fluktuasi Sudut Dihedral Backbone Rentang Residu yang

Melibatkan Residu Arginin 280

Arginin 280 berinteraksi dengan atom-atom basa pada major groove DNA

(Wright & Lim, 2007). Grafik fluktuasi sudut dihedral backbone rentang residu

yang melibatkan residu arginin 280 disajikan pada gambar 14 atas. Pada gambar

tersebut 1GZH sebagai pembanding memiliki fluktuasi sudut dihedral yang relatif

stabil pada kisaran sudut tertentu. Sudut dihedral ψ1, ψ2, ψ3, dan ψ4 1GZH

berfluktuasi stabil pada sekitar sudut -20°. Sedangkan sudut dihedral φ1, φ2, φ3,

dan φ4 1GZH berturut-turut berfluktuasi stabil pada sekitar sudut -70°. Grafik

fluktuasi sudut dihedral 1GZH tersebut dijadikan sebagai pembanding untuk

sistem yang lain.

Dibanding fluktuasi sudut dihedral 1GZH, 2JIY menunjukkan fluktuasi

yang relatif sama pada rentang residu ini sehingga rentang residu yang melibatkan

residu arginin 280 2JIY secara umum dianggap sama dengan 1GZH. Dengan

demikian, adanya mutasi G245S pada 2JIY tidak menyebabkan fluktuasi sudut

dihedral di rentang residu tersebut mengalami perubahan yang signifikan.

Adanya interaksi PRIMA-1 pada situs 1 2JIY juga memperlihatkan

fluktuasi sudut dihedral yang sama dengan 1GZH dan 2JIY. Namun, adanya

interaksi PRIMA-1 pada situs 2 2JIY ternyata memperlihatkan fluktuasi sudut

dihedral yang sedikit berbeda dibanding ketiga sistem yang lain. Perbedaan

tersebut terletak pada berubahnya fluktuasi sudut dihedral φ2 (melibatkan residu

279 dan 280) yang semula stabil di sekitar sudut -70° menjadi berfluktuasi di

sekitar -120° setelah simulasi berjalan 3,5 ns. Keadaan setelah perubahan tersebut

bertahan selama beberapa nanosekon kemudian setelah simulasi berjalan selama 6

ns fluktuasi sudut dihedral tersebut berubah kembali menjadi seperti semula.

Perubahan sudut dihedral yang terjadi pada struktur disajikan pada gambar

14 bawah. Seperti halnya pada rentang residu yang melibatkan lisin 120 dan

arginin 248, gambar 14 bawah juga memperlihatkan bahwa selama 7 ns waktu

simulasi keempat sistem kadang saling berdekatan dan kadang saling berjauhan

posisinya yang menunjukkan bahwa sistem yang disimulasikan memiliki posisi

yang cukup fluktuatif atau tidak stabil pada satu tempat.

Page 55: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

39

Gambar 14. Grafik fluktuasi sudut dihedral rentang residu 278-282 (melibatkan

residu arginin 280) dan perbedaan posisi sudut dihedral selama

simulasi. 1GZH, 2JIY, 2JIY yang direaktivasi PRIMA-1 di situs 1,

dan 2JIY yang direaktivasi PRIMA-1 di situs 2 berturut-turut

ditunjukkan dengan warna hitam, merah, hijau, dan kuning. Atas :

Grafik fluktuasi sudut dihedral tiap waktu rentang residu 278-282.

Sumbu X adalah waktu (0–7000 ps) sedangkan sumbu Y adalah sudut

dihedral (-200°–250°). Grafik atas adalah ψ (1–4 ke kanan) dan bawah

adalah φ (1–4 ke kanan). Bawah : Posisi sudut dihedral yang

melibatkan residu arginin 280 selama simulasi. A, B, C, dan

seterusnya adalah gambaran pada saat 0, 1, 2, 3 ns, dan seterusnya.

Rantai samping arginin 280 1GZH sebagai pembanding digambarkan

sebagai stik.

D C B A

E F G H

Page 56: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

40

Pada gambar tersebut terlihat bahwa selama 7 ns waktu simulasi 1GZH,

2JIY, dan 2JIY yang berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1 tidak mengalami

perubahan bentuk backbone. Ketiganya sama-sama berupa α-heliks yang tidak

mengalami pelekukan ataupun perubahan akibat berubahnya sudut dihedral.

Stabilnya bentuk backbone tersebut sesuai dengan grafik fluktuasi sudut dihedral

ketiganya yang juga terlihat stabil.

Fluktuasi sudut dihedral φ2 backbone 2JIY yang berinteraksi dengan

PRIMA-1 di situs 2 telah diketahui mengalami perubahan signifikan saat 3,5 ns

waktu simulasi kemudian berubah kembali pada kisaran sudut sebelumnya setelah

simulasi berjalan sekitar 6 ns. Namun, setelah perubahan tersebut ternyata tidak

terdapat perbedaan bentuk backbone yang nyata karena bentuknya relatif sama.

Dengan demikian, perubahan fluktuasi sudut dihedral φ2 pada 2JIY yang

berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 2 dianggap tidak berpengaruh terhadap

fungsi arginin 280 2JIY dalam berikatan dengan DNA, apalagi setelah 6 ns

fluktuasi sudut dihedralnya kembali berkisar pada kisaran sudut semula.

4. Posisi PRIMA-1 terhadap 2JIY

Perubahan-perubahan signifikan sudut dihedral pada 2JIY yang masing-

masing berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1 dan 2 diduga terjadi sebagai

akibat dari adanya interaksi PRIMA-1. Perbedaan perubahan sudut dihedral

keduanya dimungkinkan terjadi karena perbedaan letak interaksi PRIMA-1 dengan

2JIY. Letak PRIMA-1 terhadap 2JIY disajikan pada gambar 15.

Berdasarkan gambar 15, posisi PRIMA-1 yang berinteraksi dengan 2JIY di

situs 1 dan 2 ternyata memiliki perilaku yang berbeda saat disimulasikan. Saat 3

ns pertama waktu simulasi, PRIMA-1 di situs 1 masih berdekatan dengan protein

2JIY tetapi menjauh setelah 4 ns dan tidak kembali lagi bahkan sampai simulasi

berakhir. Berdasarkan gambar 12 atas, PRIMA-1 diduga menjauhi situs 1 pada

saat 3,5 ns waktu simulasi seiring dengan berubahnya fluktuasi sudut dihedral

2JIY yang berinteraksi dengan PRIMA-1 di situs 1. Sedangkan di situs 2 PRIMA-1

tetap berdekatan dengan 2JIY sampai 7 ns meskipun saat 6 ns sempat menjauh.

Menjauhnya PRIMA-1 dari situs 2 pada saat 6 ns tersebut tidak berpengaruh

Page 57: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

41

terhadap perubahan fluktuasi sudut dihedral karena pada grafik gambar 12, 13,dan

14 atas tidak terdapat perubahan fluktuasi sudut dihedral yang signifikan pada

rentang waktu 5−7 ns, apalagi pada saat 7 ns PRIMA-1 sudah kembali berada di

situs 2 2JIY.

Gambar 15. Perbandingan posisi PRIMA-1 pada 2JIY di situs 1 dan 2 selama

simulasi. PRIMA-1 (digambarkan sebagai spherical) yang

berinteraksi dengan 2JIY (digambarkan sebagai pita) di situs 1

ditunjukkan dengan warna hijau sedangkan sedangkan di situs 2

ditunjukkan dengan warna kuning. A, B, C, dan seterusnya adalah

gambaran pada saat 0, 1, 2, 3 ns, dan seterusnya.

C

B

A

D

E

F

G

H

Page 58: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

42

5. Interaksi PRIMA-1 dengan 2JIY di situs 1 dan 2

Menurut Lambert et al. (2009), PRIMA-1 dapat mempromosikan folding

(pelekukan) yang benar dari domain inti dengan cara membentuk kontak

tambahan dengan asam amino domain inti melalui ikatan hidrogen dan/atau

interaksi hidrofobik. Posisi PRIMA-1 di situs 1 2JIY disajikan pada gambar 16

kiri. Selama 2 ns waktu simulasi, PRIMA-1 di situs tersebut terlihat bergulir

(bergeser sambil berputar) dari posisi awalnya. Perilaku PRIMA-1 tersebut

dianggap terjadi karena adanya interaksi ikatan hidrogen yang menahan PRIMA-1

untuk terus berdekatan dengan 2JIY.

Berdasarkan gambar 16 kanan, pada 0 ns waktu simulasi terdapat lima

jarak atom yang berpotensi membentuk ikatan hidrogen, yaitu atom pada residu

arginin 174 2JIY (tipe atom NH2) dengan atom pada PRIMA-1 (tipe atom O2),

valin 172 (O) dengan PRIMA-1 (O2), glisin 244 (O) dengan PRIMA-1 (N1), dan

glisin 244 (O) dengan PRIMA-1 (O1).

Jarak atom arginin 174 2JIY (NH2)–O2 PRIMA-1 terlihat dekat pada 0 ns

kemudian perlahan saling menjauh hingga berjarak 10 Å satu sama lain pada saat

1 ns waktu simulasi, kemudian mendekat dan menjauh kembali dengan jarak 10 Å

juga ketika mendekati 2 ns waktu simulasi. Pada saat 2 ns waktu simulasi,

sebenarnya keduanya berjarak cukup dekat tetapi tidak terjadi ikatan hidrogen.

Setelah melebihi 2 ns waktu simulasi kedua atom tersebut saling menjauhi bahkan

melebihi jarak 40 Å meskipun pada akhir simulasi keduanya kembali saling

mendekat mencapai jarak sekitar 30 Å satu sama lain. Dengan jarak 30 Å ikatan

hidrogen tidak mungkin terjadi antara 2 atom tersebut.

Atom glisin 244 (O) dengan PRIMA-1 (N1) mulanya berdekatan (0 ns)

dan membentuk ikatan hidrogen. Namun keduanya kemudian semakin menjauh

apalagi setelah 2 ns waktu simulasi. Perilaku yang sama juga ditunjukkan oleh

jarak atom glisin 244 (O) dengan O PRIMA-1.

Jarak atom valin 172 (O)–O2 PRIMA-1 memiliki fluktuasi jarak yang

hampir sama dengan jarak atom arginin 174 2JIY (NH2)–O2 PRIMA-1. Akan

tetapi jarak atom valin 172 (O)–O2 PRIMA-1 yang berdekatan pada saat 2 ns

waktu simulasi memungkinkan keduanya untuk membentuk ikatan hidrogen.

Page 59: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

43

Gambar 16. Posisi PRIMA-1 di situs 1 dan jarak atom yang terlibat ikatan

hidrogen selama simulasi. Kiri : Posisi PRIMA-1 (digambarkan

sebagai bola dan stik) di situs 1 terhadap 2JIY (digambarkan

sebagai surface berwarna hijau) pada saat 0, 1, 2, 3 ns, dan

seterusnya sebagai A, B, C, dan seterusnya. Warna merah, jingga,

kuning, biru, ungu berturut-turut adalah sistein, valin 172, arginin

174, glisin 244, dan arginin 249. Kanan : Jarak atom yang terlibat

dalam ikatan hidrogen antara 2JIY dengan PRIMA-1 di situs 1.

Warna merah, kuning, hijau, biru, dan ungu berturut-turut adalah

jarak arginin 174 (NH2) dengan O2 PRIMA-1, jarak glisin 244 (O)

dengan N1 PRIMA-1, jarak glisin 244 (O) dengan O PRIMA-1,

jarak O2 PRIMA-1 dengan valin 172 (O), dan O3 PRIMA-1 dengan

arginin 249 (NH2).

Jarak atom arginin 249 2JIY (tipe atom NH2) dengan atom pada PRIMA-1

(tipe atom O3) menunjukkan fluktuasi yang agak berbeda di mana pada 0 ns jarak

arginin 2JIY (NH2)–O3 PRIMA-1 sekitar 10 Å, kemudian mendekat dan menjauh

C

B

A

D

E

F

G

H

ja

rak

(ang

stro

m)

waktu (ps)

Page 60: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

44

pada saat mendekati 1 ns waktu simulasi. Pada saat 1 ns waktu simulasi jarak

keduanya justru sangat dekat yang memungkinkan keduanya membentuk ikatan

hidrogen. Namun jarak yang dekat tersebut tidak bertahan lama karena setelah

melewati waktu 2 ns keduanya saling menjauh meskipun kembali mendekat pada

akhir simulasi yaitu mencapai jarak 20 Å. Jarak yang cukup jauh ini tidak

memungkin terjadinya ikatan hidrogen antara keduanya.

PRIMA-1 di situs 2 2JIY menunjukkan perilaku yang berbeda dibanding

ketika berinteraksi dengan 2JIY di situs 1. Gambar 17 kiri memperlihatkan bahwa

selama 5 ns waktu simulasi PRIMA-1 berinteraksi dengan 2JIY kemudian terlihat

menjauh pada saat 6 ns dan kembali berinteraksi dengan situs 2 pada saat 7 ns.

Hal ini berarti bahwa interaksi PRIMA-1 di situs 2 terjadi sebanyak dua kali. Fakta

ini relevan dengan hasil penelitian Lambert et al. (2009) yang menyatakan bahwa

mutan p53 His175 berikatan sebanyak dua kali dengan PRIMA-1 sebagaimana

yang terjadi pada p53 wild type .

Seperti pada situs 1, PRIMA-1 di situs 2 juga dipertahankan posisinya agar

tetap berdekatan dengan 2JIY melalui interaksi ikatan hidrogen. Berdasarkan

gambar 17 kanan terdapat 5 jarak atom yang berpotensi membentuk ikatan

hidrogen.

Pada 0 ns, jarak atom yang berpotensi membentuk ikatan hidrogen adalah

jarak sistein 277 (SG)–O2 PRIMA-1. Dua atom tersebut membentuk ikatan

hidrogen hanya pada saat 0 ns karena pada waktu-waktu berikutnya jarak

keduanya cukup fluktuatif yaitu perlahan menjauh, mendekat, menjauh hingga 10

Å saat mendekati 2 ns waktu simulasi, kemudian perlahan mendekat lagi saat

mendekati 4 ns. Setelah 4 ns, keduanya saling menjauh lebih jauh dari

sebelumnya. Pada saat 1 ns, jarak alanin 276 (O) 2JIY–O2 PRIMA-1

memungkinkan terbentuknya ikatan hidrogen antara keduanya. Beberapa

pikosekon setelah 1 ns waktu simulasi keduanya saling menjauh (yang berarti

ikatan hidrogen yang terjadi terputus) tetapi mendekat kembali ketika mendekati

waktu 2 ns. Pada saat 2 ns ikatan hidrogen tersebut terbentuk kembali. Namun

ikatan tersebut segera putus karena jarak keduanya kemudian menjauh hingga

melebihi jarak 4 Å. Meskipun keduanya sempat saling mendekat hingga berjarak

Page 61: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

45

Gambar 17. Posisi PRIMA-1 di situs 2 dan jarak atom yang terlibat ikatan

hidrogen selama simulasi. Kiri : Posisi PRIMA-1 (digambarkan

sebagai bola dan stik) di situs 2 terhadap 2JIY (digambarkan sebagai

surface berwarna kuning) pada saat 0, 1, 2, 3 ns, dan seterusnya

sebagai A, B, C, dan seterusnya. Warna merah, hijau, ungu, biru,

jingga, dan abu-abu berturut-turut adalah sistein, serin 121, threonin

123, lisin 139, leusin 137, alanin 276. Kanan : Jarak atom yang

terlibat dalam ikatan hidrogen antara 2JIY dengan PRIMA-1 di situs

2. Warna merah, kuning, hijau, biru, dan ungu berturut-turut adalah

jarak leusin 137 (N) dengan O3 PRIMA-1, O1 PRIMA-1 dengan

alanin 276 (O), O2 PRIMA-1 dengan alanin 276 (O), O3 PRIMA-1

dengan alanin 276 (O), dan O2 PRIMA-1 dengan sistein 277 (SG).

sekitar 3 Å pada sekitar 2,3–3,7 ns waktu simulasi ikatan hidrogen tidak terbentuk

lagi. Setelah 4 ns waktu simulasi ikatan hidrogen antara keduanya tidak mungkin

terbentuk karena jarak keduanya yang semakin menjauh hingga berjarak di atas 6

Å. Selain 2 atom tersebut, saat 2 ns terdapat atom-atom lain yang juga berpotensi

C

A

B

D

E

F

G

H

jara

k (a

ngst

rom

)

waktu (ps)

Page 62: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

46

membentuk ikatan hidrogen, yaitu alanin 276 (O)–O1 PRIMA-1 di mana

keduanya berdekatan dengan jarak sekitar 3 Å dalam rentang waktu 2,3–3,5

waktu simulasi. Ikatan hidrogen antara keduanya juga terjadi pada saat 3 ns waktu

simulasi. Setelah 3,5 ns waktu simulasi keduanya berjarak jauh satu sama lain

sehingga ikatan hidrogen tidak mungkin terjadi. Saat 4 ns hanya ada satu jarak

atom yang berpotensi membentuk ikatan hidrogen, yaitu atom pada alanin 276

(tipe atom O) dengan atom O PRIMA-1 (tipe atom O3). Sejak awal simulasi

keduanya berjarak cukup jauh, sekitar 7 Å lalu mendekat saat 4 ns waktu simulasi.

Setelah 4 ns, keduanya tidak membentuk ikatan hidrogen lagi karena jarak

keduanya yang fluktuatif meskipun cukup dekat dibanding jarak sebelum 4 ns.

Satu nanosekon berikutnya jarak leusin 137 (N)–O3 PRIMA-1 memungkinkan 2

atom tersebut membentuk ikatan hidrogen. Pada mulanya kedua atom tersebut

berjarak sangat jauh satu sama lain yaitu di atas 12 Å. Keduanya kemudian

mendekat menjelang 5 ns waktu simulasi. Ketika simulasi berjalan hampir 6 ns,

jarak keduanya menjauh kemudian mendekat lagi menjelang 7 ns waktu simulasi.

Pada saat 7 ns inilah ikatan hidrogen antara keduanya kembali terjadi.

Pada saat 6 ns waktu simulasi tidak terdapat jarak atom yang berpotensi

membentuk ikatan hidrogen. Fakta ini relevan dengan data sebelumnya yaitu

gambar 15 yang menunjukkan posisi PRIMA-1 yang sangat jauh dari situs 2. Data

ini juga diperkuat oleh gambar 17 kiri yang menunjukkan bahwa PRIMA-1 tidak

berada di situs 2 pada saat 6 ns waktu simulasi.

6. Perbedaan Probabilitas Terjadinya Reaktivasi 2JIY di Situs 1 dan 2

Perubahan konformasi backbone yang melibatkan residu arginin 248 2JIY

sebagai akibat adanya mutasi G245S pada mulanya dapat dikembalikan menjadi

bentuk seperti wild type dengan adanya interaksi PRIMA-1 pada 2JIY baik di

situs 1 maupun 2. Di situs 1 (yang berada dekat dengan arginin 248),

pengembalian konformasi diduga terjadi secara langsung dengan adanya ikatan

hidrogen di sekitar residu serin 245 sehingga konformasi yang tadinya berubah

akibat mutasi dapat dikembalikan menjadi seperti konformasi wild type (1GZH).

Page 63: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

47

Namun, pulihnya konformasi tersebut menjadi tidak berarti karena setelah 6 ns

waktu simulasi konformasi kembali berubah menjadi seperti semula.

Berbeda dengan di situs 1, adanya PRIMA-1 di situs 2 mampu

mengembalikan konformasi yang berubah bahkan sampai akhir simulasi. Namun,

karena situs 2 letaknya jauh dari arginin 248, maka pengembalian konformasi

diduga terjadi tidak secara langsung atau dengan kata lain adanya ikatan hidrogen

antara PRIMA-1 dengan 2JIY di situs tersebut tidak secara langsung

mengembalikan konformasi yang berubah.

Dibanding situs 1, situs 2 memiliki sistein permukaan yang lebih banyak.

Sistein-sistein permukaan pada 2JIY berperan penting dalam berinteraksi dengan

PRIMA-1 kaitannya dengan pengembalian konformasinya karena menurut

Lambert et al. (2009) modifikasi kovalen dari satu atau beberapa residu sistein

dalam domain inti p53 bertanggung jawab terhadap restorasi konformasinya.

Lambert et al. (2009) juga menyatakan bahwa PRIMA-1 berinteraksi dengan

protein dengan cara dikonversi terlebih dahulu menjadi senyawa-senyawa reaktif,

kemudian mengalkilasi gugus tiol dalam protein. Sistein yang terletak di

permukaan domain inti sangat berpotensi untuk dimodifikasi oleh PRIMA-1.

Lebih lamanya PRIMA-1 bertahan dan tingginya jumlah sistein permukaan

di situs 2 menyebabkan 2JIY memiliki probabilitas yang lebih tinggi untuk

direaktivasi melalui situs 2 oleh PRIMA-1. Dengan demikian, perbedaan energi

docking kedua situs sebesar 2,8 kkal/mol ternyata cukup mampu menunjukkan

perbedaan dinamika interaksi PRIMA-1 dengan 2JIY.

Page 64: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

48

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Interaksi PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) di situs 1 terjadi dengan

pembentukan ikatan hidrogen di sekitar residu lisin 245 yaitu melibatkan residu

valin 172, arginin 174, glisin 244, dan arginin 249. Sedangkan ikatan hidrogen

di situs 2 tidak terbentuk di sekitar residu lisin 245 melainkan di residu sistein

277 dan sekitarnya yaitu leusin 137 dan alanin 276.

2. Letak situs interaksi yang berbeda energi docking sebesar 2,8 kkal/mol

menunjukkan perbedaan dinamika interaksi PRIMA-1 dengan 2JIY yaitu di

situs 2 PRIMA-1 bertahan lebih lama dibanding di situs 1 yang lebih rendah

energinya. Selain itu, karena situs 2 juga merupakan daerah kaya sistein maka

reaktivasi 2JIY lebih mungkin terjadi melalui situs 2.

B. Saran

1. Penelitian ini mengungkap bahwa perbedaan energi docking kedua situs sebesar

2,8 kkal/mol menunjukkan perbedaan dinamika interaksi mutan p53 (G245S)

oleh PRIMA-1. Penelitian yang membandingkan dinamika reaktivasi mutan

p53 (G245S) 2 situs dengan selisih energi docking selain sebesar 2,80 kkal/mol

perlu dilakukan untuk mengetahui lebih detail mengenai selektivitas PRIMA-1

dalam mereaktivasi mutan p53 (G245S).

2. Penelitian ini hanya dapat mengungkap bahwa interaksi yang terjadi antara

PRIMA-1 dengan mutan p53 (G245S) adalah interaksi ikatan hidrogen.

Penelitian lebih lanjut dengan tingkat ketelitian lebih tinggi dengan metode

simulasi mekanika kuantum akan memperjelas interaksi yang terjadi selama

PRIMA-1 dipertahankan posisinya dengan ikatan hidrogen pada situs 1 dan 2.

Page 65: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

49

DAFTAR PUSTAKA

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., et al. 2002. Molecular

Biology of the Cell, 4th Edition. Garland Science, New York.

Arjunan, S. N. V., Deris, S., and Illias, R. M. D. 2001. Prediction of Protein

Secondary Structure. Jurnal Teknologi, 35, page : 81–90.

Bai, L. and Zhu, W. 2006. p53: Structure, Function and Therapeutic

Applications. Journal of Cancer Molecules Vol. 2. No. 4. Hal. 141-153.

Becker, O. M. 2001. Computational Biochemistry and Biophysics, Chapter 4.

Marcel Dekker, Inc, New York

Becker, O. M. and Watanabe, M., 2001. Computational Biochemistry and

Biophysics, Chapter 3. Marcel Dekker, Inc, New York.

Berendsen, H. J. C., Postma, J. P. M., van Gunsteren, W. F., DiNola, A. & Haak,

J. R. 1984. Molecular Dynamics with Coupling to An External Bath. The

J. Chem. Phys. 81, 3684±3690.

Bossi, G. and Sacchi, A. 2007. Restoration of Wild-Type p53 Function in Human

Cancer: Relevance for Tumor Therapy. Head and Neck, 29(3):272-84.

Branden C., and J. Tooze. 1991. Introduction to Protein Structure. Garland

Publishing. Inc. 3–29.

Bullock, A. N. & Fersht, A. F. 2001. Rescuing the Function of Mutant p53.

Nature Reviews Cancer. Vol. 1. Macmillan Magazines.

Bykov, V. J. N., Issaeva, N., Selivanova, G., and Wiman, K. G. 2002a. Mutant

p53-Dependent Growth Suppression Distinguishes PRIMA-1 From Known

Anticancer Drugs: A Statistical Analysis of Information In The National

Cancer Institute Database. Carcinogenesis. Vol. 23. No. 12. Hal. 2011–

2018.

Bykov, V. J. N., Issaeva, N., Shilov, A., Hultcrantz, M., Pugacheva, E., et al.

2002b. Restoration of the Tumor Suppresor Function to Mutant p53 by A

Low-Molecular Weight Compound. Nat. Med. Vol. 8. No. 3. Hal. 282 –

288.

Page 66: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

50

Case, D. A., Pearlman, D. A., Caldwell, J. W., Cheatham, T. E. III, Wang, J., et

al. 2002. AMBER7, University of California, San Fransisco.

Cieplak, P., Cornell, W.D., Bayly, C., and Kollman, P.A. 1995. Application of the

Multimolecule and Multiconformational RESP Methodology to

Biopolymers - Charge Derivation for DNA, RNA and Proteins. J. Comp.

Chem. 16:1357-1377.

Cox, L. S., Hupp, T., Midgley, C. A., and Lane, D. P. 1996. A Direct Effect of

Activated Human p53 on Nuclear DNA Replication. EMBO J., 14:

2099−2105.

Derbyshire, D., Basu, B., Serpel, L., Joo, W., date,T., Iwabuchi, K., and Doherty,

A., 2002, Crystal Structure of Human 53BP1 BRCT Domains Bound to p53

Tumour Suppressor, EMBO J., 21: pp. 3868.

Dornan D., Shimizu, H.,Burch, L., Smith, A. J., and Hupp, T. R. 2003. The

Proline Repeat Domain of p53 Binds Directly to the Transcriptional

Coactivator p300 and Allosterically Controls DNA-dependent Acetylation

of p53. Molecular and Cellular Biology, 23: 8846−8861.

Enoch, T. and Norbury, C. 1995. Cellular Responses to DNA Damage: Cell-Cycle

Checkpoints, Apoptosis and the Roles of p53 and ATM. Trends in

Biochem. Sci., 20: 426−430.

Enten, J. and Monson, M. 2005. DNA Cell Cycle Analysis with 4′, 6-Diamidino-2-

Phenylindole (DAPI) or Propidium Iodide (PI) Nuclear Stains. Cellular

Analysis Business Center, Beckman Coulter, Miami.

Esposito, E. X., Tobi, D., and Madura, J. D. 2006. Reviews In Computational

Chemistry. Vol. 22, Chapter 2, Page: 57&133. JohnWiley&Sons, New

Jersey.

Fabbro, M. and Henderson, B. R. 2003. Regulation of Tumor Suppressors by

Nuclear-Cytoplasmic Shuttling. Experimental Cell Research, 282: 59−69.

Friedler, A., Hansson, L. O., Veprintsev, D. B., Freund, S. M. V., Rippin, T. M.,

et. al. 2002. A Peptide that Binds and Stabilizes p53 Core Domain:

Chaperone Strategy for Rescue of Oncogenic Mutants. Proc. Natl Acad.

Sci., vol. 99 no. 4 (937–942). USA.

Page 67: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

51

Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B., Scuseria G. E., Robb M. A., et al.,

1995. Gaussian98 (Revision A.1), Gaussian, Inc., Pittsburgh PA.

Hadi, M. dan Nurlaila, I. 2008. Pemodelan Nonlinier Reaksi Difusi Pertumbuhan

Kanker. Diakses 18 Oktober 2008 dari

http://www.nano.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1203647897.

Hanahan, D. & Weinberg, R. A. 2000. The Hallmarks of Cancer. Cell 100: 57–70.

Hindarto, S. Y. 2008. 2010, Kanker Jadi Penyebab Kematian Terbanyak. Diakses

19 Januari 2009 dari

http://techno.okezone.com/index.php/ReadStory/2008/12/12/56/172972/20

10-kanker-jadi-penyebab-kematian-terbanyak.

Humphrey, W., Dalke, A., and Schulten, K. 1996. VMD—Visual Molecular

Dynamics, J. Mol. Graphics 14, 33–38 (1996).

Ismono, D. & Anggono, T. 2009. Biomol & Genetic of MST. Department of

Orthopaedic Surgery and Traumatology, Hasan Sadikin General Hospital

Medical School of Padjajaran University, Bandung.

Joerger, A. C., Ang, H.C., and Fersht, A. R. 2006. Structural Basis for

Understanding Oncogenic p53 Mutantion and Designing Rescue Drugs,

Proc. Nat. Acad. Sci., 103: pp. 15056–15061.

Jorgensen, W. L., Chandrasekhar, J., Madura, J. D., Impey, R. W., and Klein, M.

L. 1983. Comparison of Simple Potential Functions for Simulating Liquid

Water. J. Chem. Phys., 79, 926-935.

Karjiban, R. A., Rahman, M. B. A., Basri, B., Salleh, A. B. Jacobs, D. et al. 2009.

Molecular Dynamics Study of the Structure, Flexibility and Dynamics of

Thermostable L1 Lipase at High Temperatures. Protein J. 28:14–23.

Kawata, M. and Nagashima, U. 2001. Particle Mesh Ewald Method For Three-

Dimensional Systems With Two-Dimensional Periodicity. Chemical

Physics Letters Volume 340, Issues 1-2.Pages: 165-172.

Kemp, C. J., Sun, S., and Guerley, K. E. 2001. p53 Induction and Apoptosis in

Response to Radio- and Chemotherapy in Vivo Is Tumor-Type-dependent.

Cancer Res., 61: pp. 327 – 332.

Page 68: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

52

Keskin, O., Yuret, D., Gursoy, A., Turkay, M., and Erman, B. 2004. Relationships

Between Amino Acid Sequence and Backbone Torsion Angle Preferences.

Proteins 00:000–000.

Kumar, A. and Krishnaswamy, S. 2009. Structural Analysis of Outer Membrane

Beta-Stranded Porins Using B-factor. School of Biotechnology, Madurai

Kamaraj University, Madurai, Tamilnadu India: Poster.

Lacroix, M., Toillon, R. A., and Leclercq, G. 2006. p53 and Breast Cancer, an

Update. Endocrine-Related Cancer, 13: 293–325.

Lambert, J. M. R., Gorzov, P., Veprintsev, D. B., Soderqvist, M., Sagerback, D.,

et al. 2009. PRIMA-1 Reactivates Mutant p53 by Covalent Binding to the

Core Domain. Cancer Cell, 15:376–388.

Leach, A. R.2001. Molecular Modelling, Principles and Applications, Chapter 6

and 7. Prentice-Hall, USA, pp. : 303, 307, 353, 367.

Lee, S., Elenbaas, B., Levine, A., and Griffith, J. 1995. p53 and its 14 kDa C-

Terminal Domain Recognize Primary DNA Damage in the Form of

Insertion/Deletion Mismatches. Cell, 81: 1013−1020.

Li Y., Mao Y., Brandt-Rauf P. W., Williams A. C., and Fine R. L. 2005. Selective

Induction of Apoptosis in mutant p53 Premalignant and Malignant Cancer

Cells by PRIMA-1 Through the C-Jun-NH2-kinase Pathway. Mol. Cancer

Ther., 4(6): 901-9.

Maliya, A. 2004. Perubahan Sel Menjadi Kanker dari Sudut Pandang biologi

Molekuler. Infokes Vol. 8 No. 1. pp. : 22−26. Diakses 6 September 2008

dari http://eprints.ums.ac.id/journal/index.php?t=infokes.

Martin, S. J., Green, D. R., and Cotter, T. G. 1994. Dicing with Death: Dissecting

the Components of the Apoptosis Machinery. Trends in Biochem. Sci., 19:

26–30.

MathWorks, Inc. 2004. Natick, Massachusetts, USA.

Molinelli, A. 2004. Molecularly Imprinted Polymers : Towards a Rational

Understanding of Biomimetic Materials. Georgia Institute of Technology,

Georgia.

Page 69: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

53

Murray, R. K., Granner, D. K., Mayes, P. A., and Rodwell, V. W. 1998. Harpers

Biochemistry. 62: 779-800. Prentice-Hall International, USA.

Nelson, W. G. and Kastan, M. B. 1994. DNA Strand Breaks : The DNA Template

Alterations that Trigger p53-dependent Damage Response Pathways. Mol.

Cell. Biol., 14: 1815−1823.

Peng, Y., Li, C., Chen, L., Sebti, S., and Chen, J. 2003. Rescue of Mutant p53

Transcription function by Ellipticine. Oncogene, 22: pp. 4478 – 4487.

Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., et

al., 2004. UCSF Chimera - A Visualization Sistem for Exploratory

Research and Analysis., J. Comput. Chem., 25: pp. 1605–12.

Savkur, R. S. and Burris T. P. 2004. The Coactivator LXXLL Nuclear Receptor

Recognition Motif. Journal of Peptide Research, 63 : 207_212.

Thomas M., Kalita A., Labrecque, S., Pim, D., Banks, L., and Matlashewski, G.

1999. Two Polymorphic Variants of Wild-type p53 Differ Biochemically

and Biologically. Molecular and Cellular Biology, 19: 1092−1100.

Turner, T. E. 2004. Molecular Dynamics Simulations of the 2EGF:2EGFR

Complex for Understanding Receptor Function. London, University of

London: Thesis.

Warsino. 2008. Interaksi Spesifik PRIMA-1 dengan p53 Untuk Kemoterapi

Kanker Melalui Reaktivasi p53 Termutasi. Jurusan Kimia Universitas

Sebelas Maret Surakarta, Surakarta: Skripsi.

Weinberg, R. L., Freund, S. M., Veprintsev, D. B., Bycroft, M., and Fersht, A. R.

2004. Regulation of DNA Binding of p53 by its C-terminal Domain.

Journal of Molecular Biology, 342: 801−811.

Wibowo, F. R. 2005. Indirect Readout Mechanism is Conducted by DNA

Hydration and DNA Backbone Conformations. Leopold-Franzens-

University of Innsbruck, Austria: Dissertation.

Widom, B. 2002. Statistical Mechanics A Concise Introduction for Chemists.

Cambridge University Press.

Wiesmuller, L. 2001. Genetic Stabilization by p53 Involves Growth Regulatory

and Repair Pathways. Journal of Biomedicine and Biotechnology: 7–10.

Page 70: DINAMIKA INTERAKSI PRIMA-1 DENGAN MUTAN p53 (G245S) … · menginduksi pengembalian konformasi mutan p53 dan pengaruh situs interaksi yang berbeda pada mutan p53, simulasi MD dua

54

Wong, K. B., Dedecker, B. S., Freund, S. M. V., Proctor, M. R., Bycroft, M., et.

al. 1999. Hot-spot Mutants of p53 Core Domain Evince Characteristic

Local Structural Changes. Proc. Natl. Acad. Sci., 96 (8438−8442). USA.

Wright, J. D. and Lim, C. 2007. Mechanism of DNA–Binding Loss Upon Single-

Point Mutation in p53. J. Biosci., 32(5): 827–839.