Mekanisme Karsinogenesis

MEKANISME KARSINOGENESIS

A. Mutasi Gen dan Kromosom pada Kanker yang Terjadi Secara Spontan

Sejumlah studi mekanisme seluler dan molekuler karsinogenesis pada beberapa tahun terakhir telah memperjelas proses banyak tahap karsinogenesis yang kompleks dan variasinya di antara jenis kanker. Sejumlah literatur tentang biologi, genetik, genomik kanker telah cukup untuk menjadi dasar pengetahuan sebagai bahan pertimbangan tentang pengaruh radiasi pengion terhadap peningkatan risiko kanker pada manusia. Perkembangan kanker secara umum dipandang sebagai proses klonal banyak tahap pada evolusi sel yang dibagi dalam sejumlah tahap yang saling tumpang tindih, yaitu:

1.    1.  Inisiasi kanker

Tahap ini menggambarkan perubahan genetik dalam sebuah sel somatik normal tunggal via mutasi dan masuk ke dalam jalur/mekanisme perkembangan abnormal yang berpotensi neoplastik. Sel target proses ini umumnya mempunyai karakteristik sel seperti sel stem dan terjadi dalam waktu singkat. Sel terinisiasi antara lain karena mutasi titik pada DNA atau kerusakan yang lebih besar pada kromosom seperti dilesi, duplikasi, translokasi atau aneuploidi.

Pada tahap inisiasi sudah terjadi perubahan permanen di dalam genom sel akibat kerusakan DNA yang berakhir pada mutagenesis. Sel yang telah berubah ini tumbuh lebih cepat dibandingkan dengan sel normal di sekitarnya. Pada tahap ini proses mutasi akan mengaktivasi atau menghambat proto-onkogen. Yang mengubah fungsi proto-onkogen dan tumor suppressor gene antara lain adalah karsinogen yang mengubah struktur DNA, radiasi yang memicu pembentukan spesies kimia reaktif dan radikal bebas, dan virus. Tahap inisiasi berlangsung dalam satu sampai beberapa hari.

2.    2.  Tahap Promosi Kanker

Promosi kanker yang merupakan perkembangan awal sel yang terinisiasi membentuk klon melalui pembelahan; berinteraksi melalui komunikasi sel ke sel; stimulasi mitogenik, faktor diferensiasi sel, dan proses mutasi dan non mutasi (epigenetik) yang semuanya mungkin berperan dalam tahap awal pertumbuhan pra-neoplastik. Pada tahap ini sel mengalami sejumlah perubahan tambahan dalam genom yang berpotensi mengakselerasi ketidakstabilan genom sel. Promosi membutuhkan waktu beberapa tahun.

Tahap promosi berlangsung lama bisa lebih dari sepuluh tahun. Suatu proses panjang yang disebabkan oleh kerusakan yang melekat dalam materi genetik di dalam sel. Melalui mekanisme epigenetik akan terjadi ekspansi sel-sel rusak membentuk premalignansi dari populasi multiseluler tumor yang melakukan proliferasi. Senyawa-senyawa yang merangsang pembelahan sel disebut promotor atau epigenetik karsinogen.

3.     3. Tahap Progresi Kanker

Tahap ini diawali dari transformasi malignansi yang menggambarkan perubahan genomik yang cepat dimana populasi klonal sel yang berevolusi akan mengarah pada perkembangan malignansi/keganasan jika tidak dihambat oleh lingkungan mikro dalam sel. Progresi malignansi sebagai fase karsinogenik dengan perbanyakan sel yang telah mengalami transformasi yang relatif tertunda sampai mengalami peningkatan keganasan dan mampu untuk bermigrasi ke jaringan normal di sekitarnya dan yang lebih jauh (metastasis). Kanker yang dapat dideteksi secara klinis membutuhkan waktu beberapa tahun bergantung pada perkembangan vaskularisasi kanker, proses inflamasi dan interaksi dengan lingkungan mikro dan komunitas seluler di sekitar sel transforman berada. Progresi adalah tahap karsinogenesis yang paling dekat dengan data klinis.

Pada tahap perkembangan (progression), terjadi insta-bilitas genetik yang menyebabkan perubahan-perubahan mutagenik dan epigenetik. Proses ini akan menghasilkan klon baru sel-sel tumor yang memiliki aktivitas proliferasi, bersifat invasif (menyerang) dan potensi metastatiknya meningkat. Selama tahapan ini, sel-sel maligna berkembang biak menyerbu jaringan sekitar, menyebar ke tempat lain. Jika tidak ada yang menghalangi pertumbuhannya, akan terbentuk dalam jumlah yang cukup besar untuk mempengaruhi fungsi tubuh, dan gejala-gejala kanker muncul. Tahap terakhir ini berlangsung selama lebih dari satu tahun, sehingga seluruh karsinogenesis dapat berlangsung selama dua puluh tahun.

Tahapan Karsinogenesis

Steps altered by alcohol consumption are marked by an asterisk. Source: Garro, A.J., et al. Alcohol and cancer. Alcohol Health & Research World 16(1):81–86, 1992.

Prepared: February 2001

Secara keseluruhan, hanya sebagian kecil sel yang masuk ke dalam jalur karsinogenik melalui semua urutan di atas yang pada akhirnya memberikan hasil berupa sel kanker dan semua proses membutuhkan waktu beberapa tahun.

Tahap inisiasi kanker adalah tahap yang paling sulit untuk dipelajari secara langsung, tetapi belakangan ini telah terbukti adanya sejumlah gen yang relatif spesifik jaringan yang disebut sebagai kelompok gen gatekeeper yang diyakini merupakan target utama mutasi untuk masuk ke jalur seluler neoplastik. Gatekeeper ini sering dilibatkan dalam jalur sinyal biokimia intraseluler dan sebagai subjek utama untuk menghasilkan mutasi yang menghilangkan fungsi gen. Gen ini masuk dalam kategori gen penekan tumor yang umumnya ada dalam kanker. Kehilangan fungsi somatik berkaitan dengan inaktivasi gen gatekeeper timbul melalui mutasi titik, dilesi intragenik, atau hilangnya seluruh bagian kromosom.

Hubungannya dengan karsinogenesis secara umum, kategori gen yang kedua adalah gen caretaker. Gen caretaker adalah gen yang berperan penting dalam mempertahankan integritas genom. Kehilangan fungsi suatu gen akibat mutasi dapat mengarah pada defisiensi mekanisme respon dan perbaikan terhadap kerusakan DNA, segregasi kromosom, kontrol siklus sel, dan/atau respon apoptosis. Konsekuensi dari mutasi gen caretaker adalah elevasi frekuensi mutasi gen atau kromosom dalam klon neoplastik yang terlibat, dan terdapat bukti bahwa beberapa kanker fenotip ini dapat timbul relatif awal dalam pertumbuhan neoplasma. Tabel 1 menunjukkan beberapa contoh gen gatekeeper dan gatetaker dan kanker yang terkait.

Mutasi gen dan kromosom yang diinduksi radiasi pengion diketahui berperan dalam seluruh perkembangan banyak tahap kanker. Hilangnya fungsi gen gatekeeper menjadi sangat penting dalam inisiasi kanker mempat/solid yang sering terjadi, sementara kejadian pertukaran/perubahan fungsi kromosom dan hilangnya gen dapat timbul pada awal limfoma dan leukemia.

Insiden kanker pada orang yang lebih tua lebih tinggi daripada orang muda, karena perubahan DNA akibat paparan lingkungan berisiko dan kesempatan akumulasi yang lebih besar seiring dengan bertambahnya usia, oleh karena itu jika timbul kanker pada usia muda patut diselidiki adanya faktor keturunan. Pengenalan lebih dini risiko kanker pada satu keluarga sangat penting untuk manajemen pencegahan dan terapi. Kemajuan di bidang genetik tidak hanya meningkatkan pemahaman tentang keterkaitan gen dengan penyakit tetapi juga membuka kesempatan yang lebih luas untuk meneliti kerentanan genetik. Tes genetik meliputi analisis DNA, RNA, kromosom, protein, dan metabolit dapat meramalkan atau mendeteksi penyakit. Tes ini biasanya dilakukan terhadap DNA dan kromosom yang diisolasi dari sampel darah atau sel tumor. Tes ini biasanya bermanfaat untuk meramalkan kerentanan terhadap suatu penyakit; juga sangat bermanfaat dalam mengevaluasi risiko penyakit di kalangan keluarga yang salah satu anggotanya mengalami kelainan genetik sehingga jika mungkin dapat diambil langkah langkah preventif. Tes genetik juga bermanfaat untuk mengetahui respon seseorang terhadap proses terapi farmakogenetik dan nutrien di dalam makanan sehari-hari. Nutrien yang berinteraksi di dalam makanan dan interaksi nutrien dengan gen dapat menyebabkan perubahan gen dan selanjutnya menyebabkan perubahan ekspresi gen sehingga respon terhadap nutrien juga dapat berubah.

B. Mutasi Gen dan Kromosom pada Kanker Akibat Radiasi

Pajanan radiasi pengion berpotensi menyebabkan kanker tambahan pada manusia, paling tidak pada dosis akut lebih besar dari sekitar 0,1 Sv. Data utama tentang radiogenik kanker berasal dari studi sepanjang hidup (life span study) pada kohort korban bom atom. Data pelengkap diperoleh dari studi pada pasien yang diradiasi untuk tujuan medis, pekerja radiasi seperti penambang uranium, dan korban kasus kecelakaan radiasi. Radiasi dianggap beraksi dengan mengakselerasi atau membuat lebih mungkin tahap yang dapat terjadi meskipun tanpa paparan radiasi.

Data dari studi kuantitatif karsinogenesis pada hewan dan studi epiodemiologi pada manusia mengimplikasikan bahwa radiasi pengion LET rendah beraksi secara prinsip sebagai agen yang menginisiasi (inisiator). Dosis akut tunggal radiasi LET rendah meningkatkan risiko kanker yang bergantung pada dosis, sedangkan paparan radiasi secara kronik dan fraksinasi biasanya menurunkan risiko tersebut. Selain itu, data percobaan pada hewan menunjukkan bahwa radiasi secara lemah mempromosi perkembangan kimiawi sel kanker yang sudah terinisiasi.

Data molekuler dan sitogenetik terkait induksi kanker pada manusia dan hewan oleh radiasi dibahas dalam konteks mekanisme mutagenik dan karsinogenik; khususnya pada kanker yang tekait dengan radiasi cenderung berupa dilesi atau perubahan susunan pada gen atau kromosom spesifik. Terdapat spektrum mutasi gen penekan tumor TP53 pada manusia terkait dengan paparan radiasi UV dan bahan kimia, mutasi gen TP53 pada kanker paru yang diderita korban bom atom dan penambang uranium yang terpajan radon, dan mutasi gen TP53 pada kanker hati yang terjadi pada pasien yang menerima senyawa thorotrast yang mengandung radionuklida pemancar alpha. Tetapi, penemuan ini tidak dapat dikonfirmasi oleh peneliti lain. Secara keseluruhan, dari studi yang dilakukan tidak memberikan bukti konsisten bahwa gen TP53 adalah target utama radiasi pengion pada tubuh.

Diperoleh data molekuler dan sitogenetik pada kanker tiroid (Papillary Thyroid Cancer) yang timbul karena pajanan I¹³¹ pada anak-anak di area terkontaminasi pada kasus kecelakaan Chernobyl. Diyakini bahwa perubahan susunan dan aktivasi protoonkogen ret yang dimediasi secara kromosomal adalah bentuk awal dari kanker tiroid. Tiga bentuk yang berbeda dari perubahan susunan gen RET telah dikarakterisasi yaitu RET/PTC1, RET/PTC2, RET/PTC. Spektrum mutasi ret pada anak-anak berbeda dengan orang dewasa. Sejumlah penelitian menunjukkan bahwa kejadian RET/PTC3 pada kasus anak-anak lebih sering dari yang diperkirakan. Tetapi penelitian lain memberikan bukti bahwa spektrum perubahan RET bergantung pada masa laten pasca irradiasi, tingkat agresi kanker, dan kemungkinan dosis radiasi pada tiroid.

Hasil penelitian tentang karakteristik sitogenetik acute myeloid leukemia pada korban bom atom  dan kanker mempat yang terkait tindakan radioterapi, tidak memberikan bukti jelas tentang mekanisme spesifik gen pada tumorigenesis radiasi. Secara umum, sejumlah studi mendukung prinsip dasar monoklonal untuk perkembangan kanker pasca irradiasi dan menunjukkan bahwa karakeristik kanker yang diinduksi serupa dengan kanker sejenis yang terjadi secara spontan. 

Read More

Kanker dan Karsinogenesis

KANKER

Kanker dianggap suatu kelompok penyakit seluler dan genetik karena dimulai dari satu sel yang telah mengalami mutasi DNA sebagai komponen dasar gen. Sel-sel yang mengalami kerusakan genetik tidak peka lagi terhadap mekanisme regulasi siklus sel normal sehingga akan terus melakukan proliferasi tanpa kontrol. Mutasi yang terjadi pada DNA di dalam gen yang meregulasi siklus sel (pertumbuhan, kematian dan pemeliharaan sel) akan menyebabkan penyimpangan siklus sel, dan salah satu akibatnya adalah pembentukan kanker atau karsinogenesis. Ada tiga cara atau faktor penting dalam proses terjadinya mutasi gen yaitu;

(1) faktor lingkungan yang meliputi nutrisi, agen infektor, gaya hidup;

(2) faktor kebetulan, dan

(3) faktor keturunan atau bawaan.

Faktor lingkungan seperti gaya hidup dan pola makan berkorelasi dengan insiden kanker; misalnya paparan sinar ultraviolet dengan kanker kulit, merokok dengan kanker paru-paru. Tetapi tidak semua perokok akan mengidap kanker paru-paru atau berjemur akan selalu menderita kanker kulit; berarti ada faktor lain di luar faktor lingkungan yakni kesalahan replikasi DNA dan bawaan.

Adanya faktor kebetulan dapat diterangkan sebagai berikut. Tubuh mengadakan replikasi DNA secara akurat, tetapi masih terjadi kesalahan satu kali dari 10 juta pasangan basa. Kemudian 99,9% dari yang salah dalam replikasi, dikoreksi dan diperbaiki, berarti replikasi DNA yang salah masih ada tersisa. Di samping itu, proses metabolisme normal dalam tubuh menghasilkan radikal bebas yang reaktif dan menimbulkan kerusakan oksidatif terhadap DNA secara terus-menerus. Kanker dapat terjadi akibat akumulasi DNA termutasi dalam gen terutama yang mengatur proses siklus dan pertumbuhan sel. Mekanisme ke tiga cara terjadinya mutasi DNA adalah melalui faktor keturunan atau bawaan, yang menyebabkan 5-10% kanker. Mutasi yang terjadi pada DNA di dalam gen yang meregulasi siklus sel akan mengakibatkan penyimpangan, dan salah satu dampak negatifnya adalah pembentukan kanker atau karsinogenesis.

Ada tiga kelompok utama gen yang terlibat dalam regulasi pertumbuhan sel yaitu proto-onkogen, gen penekan tumor (tumor suppresor gene = TSG) dan gen gatekeeper. Proto-onkogen menstimulasi dan meregulasi pertumbuhan dan pembelahan sel. Gen penekan tumor biasanya menghambat pertumbuhan sel atau menginduksi apoptosis (kematian sel terprogram). Kelompok gen ini dikenal sebagai anti-onkogen, karena berfungsi melakukan kontrol negatif (penekanan) pada pertumbuhan sel. Gen p53 merupakan salah satu dari TSG yang menyandi protein dengan berat molekul 53 kDa. Gen p53 juga berfungsi mendeteksi kerusakan DNA, menginduksi reparasi DNA. Gen gatekeeper berfungsi mempertahankan integritas genomik dengan mendeteksi kesalahan pada genom dan memperbaikinya. Mutasi pada gen-gen ini karena berbagai faktor membuka peluang terbentuknya kanker.

Pada keadaan normal, pertumbuhan sel akan terjadi sesuai dengan kebutuhan melalui siklus sel normal yang dikendalikan secara terpadu oleh fungsi ketiga gen: proto-onkogen, gen tumor supressor dan gen gatekeeper secara seimbang. Jika terjadi ketidakseimbangan fungsi ketiga gen ini, atau salah satu tidak berfungsi dengan baik karena mutasi, maka keadaan ini akan menyebabkan penyimpangan siklus sel. Pertumbuhan sel tidak normal pada proses terbentuknya kanker dapat terjadi melalui tiga mekanisme, yaitu perpendekan waktu siklus sel, sehingga akan menghasilkan lebih banyak sel dalam satuan waktu, penurunan jumlah kematian sel akibat gangguan proses apoptosis, dan masuknya kembali populasi sel yang tidak aktif berproliferasi ke dalam siklus proliferasi. Misalnya, pada kondisi TSG kurang aktif atau proto-onkogen terlalu aktif. Gabungan mutasi dari ketiga kelompok gen ini akan menyebabkan kelainan siklus sel, yang sering terjadi adalah mutasi gen yang berperan dalam mekanisme kontrol sehingga tidak berfungsi baik, akibatnya sel akan berkembang tanpa kontrol (yang sering terjadi pada manusia adalah mutasi gen p53). Akhirnya akan terjadi pertumbuhan sel yang tidak diperlukan, tanpa kendali dan karsinogenesis dimulai.

KARSINOGENESIS

Bila sel normal secara invitro diberi agen karsinogenik berupa bahan kimia, virus atau energi radiasi akan terjadi perubahan fenotip yang bervariasi dengan memberikan tandatanda kanker pada sel tersebut, dikatakan sel telah mengalami transformasi. Transformasi sel normal ke dalam fenotip ganas merupakan permulaan progresi tumor.

Sifat karsinogenik berbagai agen tergantung pada dosis. Dosis multipel terjadi setelah beberapa waktu memiliki sifat onkogenik, sama seperti dosis setara yang diberikan satu kali. Interval antara dosis yang terbagi dapat terus diperpanjang, jadi dampak karsinogenik kritis yang disebut inisiasi sesungguhnya ireversibel.

Sifat karsinogenik dapat ditingkatkan secara bermakna dengan beruntun apa yang disebut promotor yang pada hakekatnya tidak bersifat karsinogenik. Karsinogen kuat atau inisiator lemah dengan dosis cukup besar tidak membutuhkan promotor. Tetapi dalam semua kasus, inisiator dengan dosis subefektif dapat dibuat menimbulkan kanker dengan kerja promotor yang tampaknya bereaksi dengan reseptor selaput untuk menginduksi replikasi sel.

Agar efektif promotor harus mengikuti inisiator. Bila urutan dibalik, tidak akan ada tumor yang dihasilkan atau hasilnya akan sangat berkurang, tergantung dosis total inisiator. Dosis terbagi promotor bila berselang lama tidak memberi hasil, yang menunjukkan bahwa kerjanya reversibel. Di lain pihak, bila interval tidak terlalu panjang, pengaruh promotor bersifat aditif.

Urutan dua tingkat promosi-inisiasi memberi pengetahuan bahwa karsinogenesis melibatkan lebih dari satu kejadian. Dua inisiator atau lebih dapat bekerja sama menginduksi neoplasma ganas yang disebut karsinogenesis jadi dosis subefektif salah satu karsinogen dapat diperkuat oleh kerja satu atau beberapa pengaruh tambahan.

Etiologi kanker dapat dijelaskan oleh dua teori yaitu hipotesis penyimpangan diferensiasi epigenetik dan hipotesis genetik. Menurut hipotesis penyimpangan diferensiasi epigenetik, fenotip kanker menunjukkan penyimpangan diferensiasi sel normal yang menyangkut mekanisme epigenetik. Penyimpangan diferensiasi akan menghasilkan sel kanker yang memberikan sifat embrionik untuk dapat melakukan replikasi aktif dan tumorigenesis.

Menurut hipotesis genetik, semua sel eukariotik mengandung onkogen seluler. Ekspresi berlebihan yang tidak layak dari gen-gen tersebut atau mutasi titik yang mengaktifkannya akan menyebabkan sel menghasilkan faktor stimuli pertumbuhan atau dengan suatu cara mengacaukan kendali regulasi normal.

Ada kemungkinan untuk merumuskan hipotesis gabungan bagi cara kerja semua pengaruh karsinogenik yang telah diketahui dengan menghubungkan kemampuannya untuk menginduksi mutasi pada sel. Bahkan bila tidak ada pengaruh lingkungan sekaligus, kekacauan kode DNA, oleh translokasi spontan dapat menginduksi terjadinya kanker.

Proses pembentukan kanker atau karsinogenesis merupakan sekumpulan perubahan pada sejumlah gen yang terlibat dan berperan dalam sistem sinyal sel, pertumbuhan, siklus sel, differensiasi, angiogenesis, dan respon atau perbaikan terhadap kerusakan pada DNA. Perubahan pada sejumlah gen ini dapat berupa (1) mutasi gen atau perubahan susunan pada DNA yang menyebabkan terjadinya perubahan fungsi suatu gen, seperti protoonkogen menjadi onkogen, dan (2) mutasi atau dilesi DNA yang menyebabkan hilangnya fungsi suatu gen, seperti gen penekan tumor (tumor suppressor gene). 

Read More