DNA Repair, Autofag, Apoptosis

Tipe Kerusakan DNA:

1)      Deaminasi : C menjadi U dan A menjadi hipoksantin

2)      Depurinasi : basa purin A atau G menghilang

3)      Dimer pirimidin T-T dan T-C dimer basa pindah silang, T-T lebih prominen (sering), disebabkan oleh UV C (<280nm) dan UV B (280-320nm)

4)      Alkilasi : grup alkil seperti CH, ditambahkan pada basa, terinduksi secara kimiawi, sebagian tidak berbahaya, sebagian menyebabkan mutasi, karena misspairing selama polimerase, atau menghentikan polimerase. EtBr dapat menyebabkan alkilasi.

5)      Metilasi : disebabkan oleh rokok

6)      Kerusakan oksidatif, guanin menjadi 8-okso-guanin, single strand and double strand breaks, sangat penting untuk organela

7)       Replication errors: pemasukan DNA yang salah satu atau termodifikasi

8)      Double strand breaks : disebabkan radiasi ionisasi, transposon, tropoisomerase, endonukleus, stres mekanis pada kromosom, atau single-strand nick pada single-strand region, dan rokok.

Macam DNA Repair:

a)   Non-Homolog End Joining

b)   Homolog Recombination

c)    Base Exision Repair

d)   Nucleotide Exicion Repair

2)      Perbedaan apoptosis nekrosis dan autofagi

a)      Apoptosis
Apoptosis adalah sebuah proses program kematian sel. Sel-sel yang mati akibat apoptosis mengalami perubahan morfologi yang khas. mereka menyusut dan memadat, sitoskeleton runtuh, membran nukleus luruh, dan kromatin nukleus mengembun dan memecah menjadi fragmen-fragmen.
permukaan sel menonjol ke luar dan,  jika sel besar, sel akan pecah menjadi badan-badan apoptotik.  permukaan sel dari badan apoptotik akan berubah secara kimia, sehingga sel tetangga atau makrofag akan melekat di permukaan sel tersebut dan kemudian dengan cepat menelan mereka sebelum mereka dapat menumpahkan isinya. Dengan cara ini, sel akan mati dengan rapi dan dengan cepat dibersihkan, tanpa menyebabkan kerusakan yang mengarahkan ke suatu respon inflamasi.

b)     Nekrosis
Nekrosis adalah sebuah proses program kematian sel. Berbeda dengan apoptosis, sel-sel yang mati dalam menanggapi cedera parah, seperti trauma atau kurangnya suplai darah, biasanya akan mati dengan proses nekrosis. Sel-sel yang mati akibat nekrosis mengalami pembengkakan, kemudian pecah dan menumpahkan isinya sehingga menyebabkan suatu repon inflamasi.

c)      Autofagi
Tujuan akhir dari tubuh apoptosis adalah lisosom fagosit atau sel tetangga setelah heterophagocytosis. Sama seperti sel yang harus memproduksi komponen yang diperlukan untuk fungsi yang tepat, mereka juga harus memecah organel yang rusak atau yang tidak perlu dan konstituen seluler lainnya. Dalam rangka untuk menjaga keseimbangan ini, sel-sel menggunakan dua jalur degradatif primer - proteasome, yang bertanggung jawab untuk pemecahan protein yang berumur paling pendek. Dan autophagy, proses yang disebabkan oleh keterbatasan nutrisi dan stres selular, mengatur degradasi sebagian protein berumur panjang, agregat protein dan seluruh organel. Hal ini memungkinkan sel untuk bertahan hidup dari stress dan lingkungan eksternal, seperti kekurangan gizi, serta tekanan internal seperti akumulasi organel yang rusak dan invasi patogen. Autophagy diinduksi oleh kelaparan di semua sistem eukariotik yang diperiksa. Termasuk beberapa spesies jamur, tanaman, jamur lendir, nematoda, lalat buah, tikus, tikus dan manusia. Dengan menurunkan komponen intraseluler yang berlebihan dan menggunakan kembali produk pemecahan, organisme ini mampu bertahan pada periode disaat nutrisi langka. Sepanjang jalur ini, autophagy berperan dalam menjaga homeostasis pada diferensiasi sel, remodeling jaringan, kontrol pertumbuhan dan jenis kematian sel terprogram terpisah dari apoptosis. Ada beberapa jenis autophagy, yang berbeda terutama dalam situs penyerapan kargo dan jenis kargo. Ini termasuk mikro dan macroautophagy, chaperonemediated autophagy, mikro dan macropexophagy, sedikit demi sedikit microautophagy inti, dan jalur penargetan sitoplasma ke vakuola (CVT) . Autophagy diinduksi selama keadaan perkembangan tertentu, dalam menanggapi berbagai hormon, dan juga dalam kondisi kekurangan gizi atau jenis lain dari stres. Proses ini melibatkan penyerapan sitoplasma massal dalam vesikel ganda membran sitosolik yang disebut autophagosome, yang akhirnya menyatu dengan lisosom (atau vakuola dalam ragi). Hasil fusi dalam rilis dari vesikel bagian dalam, yang sekarang disebut sebagai badan autophagic, ke dalam lumen lisosom. Dalam lisosom yang bahan ditelan terdegradasi dan produk yang didaur ulang. Autophagy telah terlibat dalam sejumlah penyakit manusia, termasuk kanker, gangguan neurodegenerative, miopati tertentu, penuaan dan pertahanan terhadap patogen. Dibawah ini merupakan siklus bagaimana kerja autofagi secara umum:

                   

                                                                                      

3)      Induksi apoptosis

Apoptosis/progammed cell death adalah pola kematian sel yang ditandai dengan mengecilnya sel, kondensasi kromatin dan fragmentasi sel ke dalam badan membran yang akhirnya dieliminasi oleh fagosit.

Apoptosis memiliki fungsi utama yaitu mengeliminasi sel yang tidak dibutuhkan, seperti sel-sel yang sudah terlalu rusak untuk diperbaiki, sel-sel kanker, sel-sel pada organ yang sudah tidak dibutuhkan seperti ekor katak saat dewasa, dsb.

Apoptosis dipicu oleh caspase, suatu protein khusus yang disintesis di dalam sel sebagai prekursor inaktif dan hanya aktif saat apoptosis, caspase dibagi menjadi dua yaitu initiator caspase (menangkap sinyal apoptosis lalu mengaktifkan eksekutioner caspase) dan eksekutioner caspase (mengkatalisasi pemotongan protein secara luas yang membunuh sel, salah satu protein yang dipotong adalah nuclear lamins yang pemotongannya memicu hancurnya membran dalam nukleus).

Aktivasi initiator caspase pada mamalia melalui dua jalur yaitu intrinsic pathway/mithocondrial pathway dan extrinsic pathway, keduanya menggunakan  initiator caspase dan sistem aktivasinya masing-masing.

Aktivasi caspase saat apoptosis, Albert, et. al (2015) :

Sebelum apoptosis, initiator caspase masih inaktif dan ada sebagai monomer yang larut di sitosol, begitu pula dengan executor caspase yang juga inaktif sebelum apoptosis. Saat sinyal apoptosis masuk ke dalam sel, sinyal itu akan memicu protein-protein yang akan memicu aktifnya inititator caspase, initiator caspase tersebut akan berpasangan dengan initiator caspase lainnya membentuk dimer yang meyebabkan terpotongnya domain protease pada initiator caspase menjadi subunit besar dan kecil sehingga initiator caspase itu aktif, initiator caspase ysng sudah aktif akan memotong executioner caspase pada domain proteasenya sehingga executioner caspase menjadi aktif, kemudian executioner caspase yang sudah aktif akan memotong berbagai jenis protein dan substrat di dalam sel sehingga memicu terjadinya apoptosis. Contoh protein yang terpotong yaitu adalah bagian sitoskeleton dan protein-protein adesi sel, pemotongannya membuat bagian sel untuk lebih mudah berpisah.

Intrinsic pathway/mitochondrial pathway apoptosis, Albert et. al (2015)

Di dalam mitochondria, terdapat protein yang disebut cytochrome c yang terletak di antara ruang antar membran mitokondria, protein tersebut inaktif di dalam mitokondria, namun saat ada sinyal apoptosis, cytoctrome c itu akan keluar dari mitokondria dan berikatan dengan Apaf1 dan mengaktivasinya sehingga bagian Apaf1 yang disebut CARD menjadi aktif(Caspase Recruitment Domain), kemudian 7 buah Apaf1 yang sudah teraktivasi berikatan membentuk apoptosome dengan CARDnya terletak di tengah, setelah itu CARD pada apoptosome dengan CARD pada caspase-9 (initiator caspase pada intrinsic pathway) berikatan sehingga mengaktifkan caspase-9 tersebut, caspase-9 akan mengaktifkan executioner caspase sehingga memicu apoptosis.

Pengeluaran cytochrome c dari dalam mitokondria, Albert et. al (2015) :

Ada kelompok protein yang disebut Bcl2 yang terdiri dari Bcl2 pro-apoptosis dan Bcl2 anti-apoptosis, Bcl2 anti apoptosis mengandung BH1, BH2, BH3, BH4 contohnya Bcl2 dan BclXL, Bcl2 efektor pro-apoptosis mengandung BH2, BH3, BH 4 contohnya Bax dan Bak, Bcl2 pro-apoptosis yang hanya mengandung BH3 contohnya Bad, Bim, Bix, Puma, Noxa. Sebelum apoptosis dimulai, Bcl2 pro-apoptosis berada dalam keadaan inaktif dan Bcl2 anti-apoptosis berada dalam keadaan aktif, namun saat sinyal apoptosis masuk, Bcl2 anti-apoptosis akan dinonaktivasi, sedangkan Bcl2 pro-apoptosis akan diaktivasi sehingga cytochrome c dan substrat-substrat lain dari ruang antar membran mitokondria akan dikeluarkan, cytochrome c ini yang berkaitan dengan apoptosis,

Extrinsic pathway apoptosis melalui Fas death receptor, Albert et. al (2015) :

Pada jalur extrinsic pathway apoptosis, sinyal apoptosis dari luar sel berikatan dengan death receptor pada membran sel untuk memicu extrinsic pathway apoptosis, death receptor adalah protein integral yang memiliki ligand-binding domain, sebuah domain trans-membran dan death domain yang diperlukan untuk memicu apoptosis. Death receptor pada sel berupa homotrimer yang termasuk dalam Tumor Necrosis Factor(TNF) receptor, yang terdiri dari receptor TNF itu sendiri dan Fas death receptor. Contoh induksi apoptosis adalah pada Fas death receptor, dimulai dengan sinyal apoptosis dari limfosit pembunuh, di limfosit itu terdapat fas ligand yang akan berikatan dengan fas death receptor sel target, berikatannya fas ligand dan fas death receptor akan membentuk death-inducing signaling complex (DISC), sehingga akan memotong dan mengaktivasi caspase-8 (initiator caspase pada extrinsic pathway), caspase-8 yang sudah aktif akan memotong dan mengaktivasi executioner caspase, selanjutnya executioner caspase akan memotong protein dan substrat-substrat yang memicu apoptosis.

Kemudian sel-sel yang sudah mengalami apoptosis itu akan dimakan oleh sel-sel fagosit, tidak menyisakan apapun dan tidak membuat respon inflamasi.

Daftar Pustaka

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., dan Walter, P. (2010). Essential Cell Biology (3^th Edition). New York : Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC.

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., dan Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (5^th Edition). New York : Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC.

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., dan Walter, P. (2015). Molecular Biology of The Cell (6^th Edition). New York : Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC.

Solomon, E.P., Berg, L.R., dan Martin, D.W. (2008). Biology (8^th Edition). California: Brooks/Cole.

Taylor, E.W. (1965). Kinetics of Inhibition and the Binding of H3-Colchicine. The Mechanism of Colchicine Inhibition of Mitosis. The Rockefeller University Press: 25(1): 145–160. [PubMed]. Diakses pada tanggal 2 November 2016 melalui https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2106604/