RSS Feed (xml)
ABSTRAK
Diabetes Melitus adalah penyakit kronis serius di Indonesia yang disebabkan oleh pankreas tidak menghasilkan cukup insulin atau ketika tubuh tidak dapat secara efektif menggunakan insulin. Salah satu tanaman yang berpotensi sebagai antidiabetes yaitu ciplukan (Physalis Angulata Linn.). Tujuan dari penelitian ini yaitu ingin mengetahui nilai energi bebas ikatan (ΔG) senyawa-senyawa yang berasal dari tanaman ciplukan (Physalis Angulata Linn.) pada reseptor PPAR-𝛾. Pada penelitian ini digunakan metode molecular docking menggunakan AutoDock 4.2.6. Hasil docking menunjukkan nilai energi bebas ikatan (ΔG) senyawa aktif dari tanaman ciplukan (Physalis angulata Linn.) terhadap reseptor PPAR-𝛾 yaitu 4,7-didehydrophysalin B memiliki nilai energi bebas ikatan (ΔG) -6,39 kcal/mol, Physagulin-F memiliki nilai energi bebas ikatan (ΔG) -10,10 kcal/mol, Physordinose B memiliki nilai energi bebas ikatan (ΔG) -5,92 kcal/mol, dan rutin memiliki nilai energi bebas ikatan (ΔG) -6,97 kcal/mol. Nilai energi bebas ikatan (ΔG) senyawa aktif terbaik dari tanaman ciplukan (Physalis angulata Linn.) terhadap reseptor PPAR-𝛾 yaitu Physagulin-F dengan nilai energi bebas ikatan (ΔG) - 10,10 kcal/mol dan dapat berinteraksi lebih baik dibanding obat antidiabetes Thiazolinedione yang memiliki nilai energi bebas ikatan (ΔG) -7,99 kcal/mol.
Kata Kunci: Antidiabetes, PPAR-𝛾, Ciplukan, Molecular Docking
PENDAHULUAN
Diabetes Melitus adalah penyakit kronis serius yang terjadi karena pankreas tidak menghasilkan cukup insulin (hormon yang mengatur gula darah atau glukosa), atau ketika tubuh tidak dapat secara efektif menggunakan insulin yang dihasilkannya. Diabetes Melitus adalah masalah kesehatan masyarakat yang penting, menjadi salah satu dari empat penyakit tidak menular prioritas yang menjadi target tindak lanjut oleh para pemimpin dunia. Jumlah kasus dan prevalensi diabetes terus meningkat selama beberapa dekade terakhir (WHO Global Report, 2016).
Tanaman ciplukan (Physalis Angulata Linn.) berasal dari kawasan tropis Amerika Latin. Tanaman ciplukan di Indonesia dimanfaatkan untuk obat alami sebagai analgetik, peluruh air seni, penetral racun, pereda batuk, dan mengaktifkan fungsi kelenjar-kelenjar tubuh (Hariana, 2011).
Penelitian yang telah dilakukan oleh Permana (2013) dengan judul Aktivitas Antidiabetes Buah Ciplukan (Physalis Angulata Linn.) pada Tikus Model Diabetes Melitus Tipe2 menunjukkan bahwa pemberian ekstrak etanol buah ciplukan selama 3 minggu secara signifikan menurunkan konsentrasi glukosa darah (54,5%). Senyawa aktif Physagulin-F yang diperoleh dari isolasi buah ciplukan secara signifikan dapat mereduksi kadar glukosa darah pada tikus yang diinduksi dengan Streptozotocin (Pujari dan Mamidala, 2015). Selain itu, kandungan senyawa aktif lain yang terdapat pada tanaman ciplukan antara lain flavonoid rutin yang diisolasi dari daun pelindung (calyxe) dan 4,7-didehydrophysalin B diperoleh dari akar (radix) tumbuhan Ciplukan (Physalis angulata) (Castorena et al, 2013).
Saat ini metode Molecular Docking sudah digunakan dalam mendesain obat-obatan maupun antiviral, dan digunakan sebagai tahap seleksi awal dari banyak substrat. Molecular docking merupakan salah satu metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul yaitu anatara suatu senyawa uji dengan reseptor biologis.
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka peneliti tertarik untuk melakukan studi molecular docking senyawa dari buah, daun pelindung dan akar ciplukan (Physalis angulata) sebagai antidiabetes pada reseptor PPAR-𝛾.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian mencakup percobaan laboratorium, percobaan lapangan, dan survei lapangan yang dirancang sesuai dengan tujuan atau jenis penelitian, seperti: eksploratif, deskriptif, koreksional, kausal, komparatif, eksperimen, tindakan (action research), pemodelan, analisis suatu teori, atau kombinasi dari berbagai jenis penelitian tersebut. Untuk penelitian yang menggunakan metode kualitatif, jelaskan pendekatan yang digunakan, proses pengumpulan dan analisis informasi. Untuk penulisan metode penelitian ditulis dengan sistematis dan jelas sesuai dengan prosedur kerja yang dilakukan selama penelitian tersebut dilakukan disertai analisis datanya.
ALAT
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini berupa perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan yaitu Notebook dengan spesifikasi Intel Celeron Processor N3350, memori 4 GB, DDR4, Storage 500 GB HDD, Operating System Windows 10 Home, dan Integrated Intel Graphics. Sedangkan perangkat lunak yang digunakan yaitu Chem office 2004 (ChemDraw dan Chem 3D Ultra), Discovery Studio 2016, Hyperchem 8.03, AutoDockTools-1.5.6.rc.3, Autodock 4.2.6, OpenBabel, Command Prompt.
BAHAN
Ligan uji yang digunakan adalah senyawa Physagulin-F yang diisolasi dari buah (fructus); solanose, physordinose B dan rutin dari daun pelindung (calyx); dan 4,7-didehydrophysalin B dari akar (radix) tumbuhan ciplukan (Physalis solaneaceus). Ligan pembanding yang digunakan yaitu ligan yang terdapat bersama reseptor PPAR-𝛾 (2PRG) yang diunduh dari Protein Data Bank yaitu Thiazolinedione yang merupakan obat antidiabetes.
METODE
1. Persiapan senyawa uji
ssStruktur 2 dimensi dan 3 dimensi senyawa uji dibangun menggunakan program Chem 3D Ultra 2004. Kemudian dilakukan optimasi geometri struktur senyawa uji melalui metode Semi Empirik (PM3) menggunakan program Hyperchem 8.03. Struktur senyawa uji hasil optimasi geometri kemudian dipreparasi dengan bantuan AutodockTools-1.5.6rc3 sehingga diperoleh file dalam bentuk pdbqt.
2. Persiapan reseptor
Reseptor yang digunakan yaitu xantin oksidase (Kode PDB: 2PRG) yang diperoleh dari Protein Data Bank dengan situs http://www.rcsb.org/pdb/. Struktur tiga dimensi dari PPAR-𝛾 terdiri dari tiga rantai. Rantai yang digunakan pada penelitian ini yaitu rantai C, sedangkan rantai A, rantai B dan molekul kecil lainnya dipisahkan dari reseptor. Makromolekul kemudian dipreparasi dengan penambahan atom hidrogen dan Kollman charges menggunakan AutodockTools1.5.6rc3 sehingga diperoleh file dalam bentuk pdbqt.
3. Validasi program
Validasi program dilakukan dengan men-docking-kan senyawa ligan asli (Thiazolidinediones) pada reseptor PPAR-𝛾. Parameter yang digunakan dalam validasi program yaitu nilai Root Mean Square Deviation (RMSD). Program dinyatakan valid apabila nilai RMSD hasil redocking ≤ 2 Å (Kontoyianni et al., 2004).
4. Proses Docking
Pengaturan grid box parameter ligan senyawa uji dan reseptor dilakukan menggunakan AutodockTools-1.5.6rc3. Dimensi grid box yang digunakan yaitu sesuai ukuran ligan (fit to ligand). Koordinat grid box ditentukan berdasarkan koordinat ligan co-crystal dari file reseptor yang digunakan. Parameter yang digunakan yaitu Genetic algorithm dengan jumlah GA runs sebanyak 10 kali. Kemudian proses griding dan docking dijalankan melalui program Command Prompt. Proses docking dilakukan replikasi sebanyak 10 kali dengan 1 kali proses menghasilkan 10 pose. Hasil akhir docking diperoleh sebanyak 100 pose.
5. Analisa Data
Hasil docking dianalisis menggunakan Autodock 4.2.6. Penentuan konformasi ligan hasil docking (pose terbaik) dilakukan dengan memilih konformasi ligan yang memiliki energi ikatan paling rendah. Parameter yang dianalisa meliputi residu asam amino, ikatan hidrogen, konstanta inhibisi prediksi, dan energi bebas ikatan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Validasi metode docking dilakukan dengan metode redocking menggunakan ligan kokristal Thiazolidinediones yang terdapat pada reseptor PPAR-𝛾. Dasar yang digunakan untuk memberikan penilaian proses validasi adalah nilai Root Mean Square Deviation (RMSD). Metode yang digunakan dikatakan valid jika nilai RMSD yang diperoleh kurang dari 2 Ȧ (Kontoyianni et al., 2004). Berdasarkan hasil validasi ligan asli Thiazolidinediones diperoleh nilai RSMD 1,119 Ȧ pada kondisi ligan yang flexibel.
Gambar 1. Hasil Validasi Docking Reseptor PPAR-γ
Pengujian ligan dari senyawa aktif tanaman ciplukan (Physalis angulata Linn.) yaitu 4,7-didehydrophysalin B, Physagulin-F, Physordinose B, dan rutin dan ligan pembanding yaitu Thiazolidinediones dilakukan melalui proses docking terhadap reseptor PPAR-γ. Proses docking ligan dan reseptor dilakukan pada kalkulasi sumbu x, y, z pada masing-masing koordinat: 50.806, - 38.214, 19.575 Ȧ dan resolusi grid 0.375 Ȧ pada kondisi ligand flexibel. Proses docking dilakukan menggunakan gridbox dengan ukuran sesuai ligan (fit to ligand).
Hasil docking senyawa aktif tanaman ciplukan (Physalis angulata Linn.) yaitu 4,7- didehydrophysalin B, Physagulin-F, Physordinose B, dan rutin serta ligan pembanding yaitu Thiazolidinedione menunjukkan bahwa nilai energi bebas ikatan terendah yaitu pada senyawa Physagulin-F seperti yang dapat dilihat pada tabel 1. Hasil penambatan ini juga berkorelasi dengan prediksi nilai konstanta inhibisinya dimana semakin kecil nilai energi bebas ikatan (ΔG) yang dihasilkan maka prediksi nilai konstanta inhibisinya makin kecil. Semakin kecil nilai energi bebas ikatan suatu hasil docking berarti komplek protein-ligan makin stabil sehingga ligan senyawa makin poten (Purnomo 2013). Jika dibandingkan Thiazolidinediones, Physagulin-F memiliki nilai energi bebas ikatan yang lebih rendah. Dengan demikian dapat diprediksi Physagulin-F memiliki afinitas yang lebih baik dibanding Thiazolidinedione.
Interaksi reseptor dengan ligan yang terbentuk setelah proses docking divisualisasikan dengan menggunakan software Discovery Studio 2016. Visualisasi yang dilakukan ditujukan pada kandidat ligand terbaik yaitu Physagulin-F yang memiliki nilai energi bebas ikatan yang lebih rendah dengan membandingkan dengan pose ligand asli dari co-crystal yaitu Thiazolidinediones untuk melihat pose kompleks ligand reseotor yang terbentuk di kantung aktif reseptor PPAR-𝛾. Visualisasi meliputi residu asam amino dan interaksi ikatan seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Interaksi ikatan dan residu asam amino ligan uji dengan reseptor.
(a) Physagulin-F; dan (b) Thiazolidinediones
Dari hasil visualisasi residu asam amino reseptor PPAR-𝛾 yang berinteraksi dengan Thiazolidinedione dan ligand uji Physagulin-F dalam bentuk pose 3D dan 2D menunjukkan kesamaan jumlah residu asam amino yang berinteraksi dalam bentuk ikatan hidrogen antara residu asam amino reseptor PPAR-𝛾 yang berinteraksi dengan Thiazolidinedione dan ligand uji Physagulin. Sedangkan untuk interaksi hidrofobik yang terbentuk antara Thiazolidinedione dengan residu asam amino pada reseptor PPAR-𝛾 memiliki perbedaan jumlah residu yang berinteraksi dengan interaksi hidrofobik antara ligand uji Physagulin-F dengan residu asam amino pada reseptor PPAR-𝛾.
Interaksi hidrofobik mampu menstabilkan interaksi ligan-reseptor dengan menurunkan nilai energi bebas ikatan (ΔG). Hal ini dapat dilihat dari visualisasi hasil penambatan ligand uji Physagulin-F yang banyak memiliki fitur interaksi hidrofobik dengan residu asam amino yang ada pada sisi aktif enzim jika dibandingkan dengan Thiazolidinedione. Banyaknya fitur interaksi hidrofobik yang dimiliki oleh kompleks Physagulin-F dan reseptor PPAR-𝛾 berkorelasi juga dengan perolehan nilai energi bebas ikatan (ΔG) yang dihasilkan, dimana energi bebas ikatan (ΔG) untuk Physagulin-F lebih rendah jika dibandingkan dengan Thiazolidinedione sebagai ligand co-crystal dan pembanding. Dengan demikian dapat diprediksi Physagulin-F memiliki afinitas yang lebih baik dibanding Thiazolidinediones dan dapat dikembangkan sebagai kandidat senyawa aktif yang berpotensi sebagai obat antidiabetes.
KESIMPULAN
Nilai energi bebas ikatan (ΔG) senyawa aktif terbaik dari tanaman ciplukan (Physalis angulata Linn.) terhadap reseptor PPAR-𝛾 yaitu Physagulin-F dengan nilai energi bebas ikatan (ΔG) -10,10 kcal/mol dan dapat berinteraksi lebih baik dibanding obat antidiabetes Thiazolinedione yang memiliki nilai energi bebas ikatan (ΔG) -7,99 kcal/mol.
DAFTAR PUSTAKA
Castorena, A.P., Hernández, I.Z., Martínez, M., Maldonado, E. 2013. Chemical Study of Calyxes and Roots of Physalis solanaceus. Record of Natural Products, 3(7): 230-233.
Hariana, A. 2011. Tumbuhan Obat dan Khasiatnya. Seri 1. Jakarta: Penebar Swadaya. Hal 89.
Kontoyianni, M., McClellan, dan Sokol. 2004. Evaluation of Docking Performance : Comparative Data on Docking Algorithm, Journal of Medicinal Chemistry, 47, 558- 565
Permana, R. B. 2013. Aktivitas Antidiabetes Buah Ciplukan (Physalis Angulata Linn.) pada Tikus Model Diabetes Melitus Tipe-2. Skripsi. Departemen Biokimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Pujari, S., Mamidala, E. 2015. Anti-diabetic activity of Physagulin-F isolated from Physalis angulata fruits. The American Journal of Science And Medical Research, 1(1): 53-60.
Purnomo, H. 2013, Kimia Komputasi Uji In Silico Senyawa Anti Kanker. Yogyakarta: Pustaka Pelajar. WHO. 2016. Global Report on Diabetes. Fact Sheet. Hal: 11.
SUMBER
Dina Pratiwi. 2021. Studi molecular docking senyawa dari tanaman ciplukan (physalis angulata linn.) sebagai antidiabetes pada reseptor PPAR-𝛾 Jurnal Farmagazine Vol. VIII No.1 Februari 2021. https://media.neliti.com/media/publications/456378-none-88d7a14c.pdf.
