A Bioinformatic Analysis Revealed Novel Targets for Ameloblastoma:
Potential Genes Expression and Targeted Signaling Pathway Sintha Nugrahini.
Helena Jelita Oral and Dental Health Department.
Medical Faculty of Palangka Raya University email: sintha.
nug@med.
ABSTRACT
Introduction: Ameloblastoma is a rare odontogenic neoplasm of the mandible and maxilla, aggressive local growth and high recurrence rate.
It is important to identify various genes expressed causing deregulations and molecular alterations.
This study aimed to investigate the potential genes involved in pathogenesis of Ameloblastoma and targeted therapy by in silico analysis.
Literature review: Bioinformatic analysis were performed by identified genes expressed through GeneCards database and characterised via Gene Ontology (GO) analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways.
Protein-protein interactions (PPI) and hub genes were visualized using STRING-Cytoscape, followed by in silico analysis using MalaCards database to determine targeted therapy.
The analysis showed a count of top 10 genes were commonly expressed in ameloblastoma: EGFR.
MTOR.
FGFR2.
FGFR1.
FGFR3.
BRAF.
MAP2K1.
KRAS.
TP53.
MMP2.
The genes play role to regulate cell differentiation, protein binding and cell PPI and hub genes showed significant interaction of FGFR2.
BRAF, and KRAS through the MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinas.
signaling pathway.
Trametinib and Dabrafenib administration were investigated as targeted therapy to prevent recurrence or malignant transformation of ameloblastoma.
Discussion: Pathogensis of Ameloblastoma may stop by down-regulating mutated genes and blocking the enzymes needed for tumor cell growth as well.
MAPK signaling pathway also targeted for ameloblastoma therapy.
Trametinib and Dabrafenib are both antineoplastic and protein kinase inhibitor agent which cause apoptosis, inhibit cell proliferation or prevent the proliferation of neoplasms.
Conclusion: FGFR2.
BRAF, and KRAS play important role in pathogenesis of Ameloblastoma through MAPK signaling pathway.
Trametinib and Dabrafenib were approved for drug candidate.
Keywords: Ameloblastoma.
FGFR2.
BRAF.
KRAS.
MAPK signaling pathway.
Analisis Bioinformatik Mengungkapkan Target Baru untuk Ameloblastoma: Ekspresi Gen Potensial dan Jalur Sinyal yang Ditargetkan Sintha Nugrahini.
Helena Jelita Departemen Gigi dan Mulut.
Fakultas Kedokteran Universitas Palangka Raya email: sintha.
nug@med.
ABSTRAK
Pendahuluan: Ameloblastoma merupakan neoplasma odontogenik pada mandibula dan maksila yang jarang terjadi, pertumbuhannya lokal agresif dan tingkat rekurensi tinggi.
Identifikasi berbagai ekspresi gen yang menyebabkan deregulasi dan perubahan molekuler sangat peting.
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki gen potensial yang terlibat dalam patogenesis Ameloblastoma dan terapi yang ditargetkan dengan analisis in Literature review: Analisis bioinformatik dilakukan terhadap ekspresi gen-gen yang teridentifikasi melalui database GeneCards, dikarakterisasi melalui analisis Gene Ontology (GO) dan jalur Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG).
Interaksi protein-protein (PPI) dan gen hub divisualisasikan menggunakan STRING-Cytoscape, diikuti dengan analisis in silico menggunakan database MalaCards untuk menetukan terapi yang ditargetkan.
Analisis menunjukkan terdapat 10 gen teratas yang umum diekspresikan pada ameloblastoma: EGFR.
MTOR.
FGFR2.
FGFR1.
FGFR3.
BRAF.
MAP2K1.
KRAS.
TP53.
MMP2.
Gen tersebut berperan dalam mengatur diferensiasi sel, pengikatan protein, dan perkembangan sel.
Visualisasi PPI dan gen hub menunjukkan interaksi yang signifikan antara FGFR2.
BRAF, dan KRAS melalui jalur pensinyalan MAPK (MitogenActivated Protein Kinas.
Pemberian Trametinib dan Dabrafenib telah dikaji sebagai terapi yang ditargetkan untuk mencegah rekurensi atau transformasi ameloblastoma menjadi ganas.
Pembahasan: Patogenesis Ameloblastoma dapat dihentikan dengan menurunkan regulasi gen yang bermutasi dan juga memblokir enzim yang diperlukan untuk pertumbuhan sel tumor.
Jalur pensinyalan MAPK juga ditargetkan untuk terapi Trametinib dan Dabrafenib keduanya merupakan agen antineoplastik dan penghambat protein kinase yang menyebabkan apoptosis, menghambat proliferasi sel atau mencegah proliferasi neoplasma.
Kesimpulan: FGFR2.
BRAF, dan KRAS berperan penting dalam patogenesis Ameloblastoma melalui jalur pensinyalan MAPK.
Trametinib dan Dabrafenib dapat digunakan sebagai kandidat obat.
Kata kunci: Ameloblastoma.
FGFR2.
BRAF.
KRAS, jalur sinyal MAPK .
PENDAHULUAN
Tumor odontogenik (TO) adalah lesi mulut yang menimbulkan gangguan pada kualitas hidup pasien karena tidak hanya menyerang gigi tetapi juga maksila dan TO merupakan sekelompok penyakit heterogen mulai dari lesi hamartomatous hingga neoplasma jinak dan ganas dengan potensi metastasis.
TO berasal dari elemen epitel, ektomesenkim, dan/atau mesenkim dari aparatus odontogenesis.
Tumor odontogenik terdiri dari sekelompok lesi heterogen yang berasal dari jaringan pembentuk gigi.
Beberapa lesi tidak menunjukkan gejala dan ditemukan secara kebetulan melalui radiografi rutin.
Selain itu, tumor odontogenik dapat menyebabkan perluasan lokal atau pembengkakan wajah.
Patogenesis tumor odontogenik belum diketahui secara Beberapa penelitian dilakukan untuk mengidentifikasi deregulasi genetik dan perubahan molekuler dalam upaya menjelaskan mekanisme onkogenesis, sitodiferensiasi, dan perkembangan tumor.
Ameloblastoma (A.
adalah tumor jinak invasif lokal yang tumbuh lambat dengan varian histologis berbeda, yang mungkin terletak di zona posterior mandibula atau rahang atas.
Penyakit ini sering digolongkan sebagai tumor agresif, karena potensinya untuk rekuren.
Secara global, kejadian ameloblastoma adalah 0,5 kasus per juta orang per tahun, pada usia penderita berkisar antara 30-60 tahun.
Meskipun etiologi pasti dari Am tidak diketahui, disregulasi berbagai gen yang terkait dengan odontogenesis diperkirakan memiliki peran penting dalam histogenesisnya.
1 Gejala awal ameloblastoma yang paling umum adalah pembengkakan rahang atas atau rahang bawah yang tumbuh perlahan dan tidak menimbulkan rasa sakit.
Ameloblastoma membesar secara signifikan seiring perkembangannya ke arah buccolingual.
Nyeri adalah gejala ameloblastoma yang jarang terjadi, namun mungkin muncul jika terjadi pendarahan di dalam atau di sekitar tumor.
Perubahan ekspresi atau mutasi gen, antara lain seperti BRAF.
RAS.
FGFR2, dan SMO, diduga terjadi pada kasus Am.
Teknologi microarray telah digunakan untuk memperoleh informasi mengenai perubahan genetik yang terjadi pada beberapa penyakit, termasuk neoplasma, seperti Am.
1 Analisis bioinformatika terintegrasi dilakukan untuk mengungkap mekanisme yang mendasari patogenesis penyakit dan untuk mengeksplorasi serta mengidentifikasi biomarker baru yang dapat membantu kita dalam penelitian lebih Pendekatan sebelumnya dengan pengujian microarray telah menunjukkan regulasi siklus sel, proses inflamasi, jalur sinyal MAP kinase dan molekul lain, menunjukkan bahwa regulator ini adalah elemen penting dari patogenesis Am.
Analisis bioinformatik hanyalah langkah pertama untuk mengetahui biomarker baru.
Hal ini harus dikuatkan dengan pemeriksaan tertentu, sehingga informasi ini dapat sampai ke tingkat klinis.
Berbagai upaya telah dilakukan untuk mempelajari patogenesis tumor odontogenik, namun hanya sedikit yang diketahui mengenai pengaruh nyata jalur molekuler dan deregulasi gen pada tumor ini.
Pendekatan silico, seperti analisis bioinformatik telah dilakukan untuk menyelidiki jalur sinyal, interaksi protein, dan ekspresi gen untuk mendapatkan pemahaman terbaik tentang mekanisme patologis Metode komputasi merupakan alat penting untuk memahami aspek molekuler dari patologi mulut dan kedokteran.
2 Bioinformatika menggunakan analisis teoritis untuk menghasilkan data yang relevan dengan memanfaatkan database publik, database gen, dan database publikasi ilmiah.
LITERATURE REVIEW
Analisis bioinformatik dilakukan dengan mengidentifikasi gen-gen yang terlibat dalam patogenesis Am melalui database GeneCards kemudian dikarakterisasi melalui analisis Gene Ontology (GO) termasuk proses biologis (Perkembangan sel dan diferensiasi se.
, fungsi molekuler .
engikatan protei.
dan jalur persinyalan Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes ( KEGG).
Tata nama gen yang diadopsi ditentukan oleh Human Genome Organization (HUGO).
Kata kunci yang dipilih berdasarkan Medical Subject Headings (MeSH) adalah AuameloblastomaAy.
Setelah langkah ini, daftar 10 kandidat gen potensial yang terkait dengan Am dihasilkan.
Kemudian, daftar gen ini diperluas menggunakan webSTRING-Cytoscape untuk memetakan interaksi roteinprotein (PPI) dan visualisasi gen hub.
Langkah ini dilanjutkan dengan analisis in silico menggunakan database MalaCards untuk menentukan terapi yang ditargetkan.
MalaCards eksperimental/investigasi untuk menghambat regulasi pertumbuhan ameloblastoma.
Identifikasi gen yang terlibat dalam patogenesis ameloblastoma menggunakan GeneCards database menunjukkan 10 gen potensial yang terekspresi pada patogenesis ameloblastoma dapat terlihat pada tabel berikut ini (Tabel .
Tabel 1.
Identifikasi gen yang terekspresi dalam patogenesis ameloblastoma GeneCards database .
erdasarkan skor Gift.
Simbol
Deskripsi
Kategori Gifts GC ID
Relevansi
EGFR
Epidermal Growth Factor Receptor
Protein Coding GC12M026163
MTOR
Mechanistic Target Of Rapamycin Kinase Protein Coding GC13P042562
FGFR2
Fibroblast Growth Factor Receptor 2
Protein Coding GC17M007661
FGFR1
Fibroblast Growth Factor Receptor 1
Protein Coding GC16P058548
FGFR3
Protein Coding GC07P133919
Protein Coding GC09M095442
MAP2K1
Fibroblast Growth Factor Receptor 3 B-Raf Proto-Oncogene.
Serine/Threonine Kinase Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 1
Protein Coding GC20P046008
KRAS
KRAS Proto-Oncogene.
GTPase
Protein Coding GC20M005114
TP53
Tumor Protein P53
Protein Coding GC18M063123
MMP2
Matrix Metallopeptidase 2
Protein Coding GC07M140754
MMP9
Matrix Metallopeptidase 9
Protein Coding GC03P041194
BRAF
Tabel 1.
menunjukkan 10 gen utama yang paling potensial terekspresi pada kasus Am.
Identifikasi gen tersebut berdasarkan Gifts (GeneCards inferred functionality score.
yang merupakan algoritma kekayaan anotasi GeneCards untuk menghasilkan skor yang dapat memprediksi tingkat fungsi gen.
Gen yang paling potensial dalam kasus Am antara lain: EGFR.
MTOR.
FGFR2.
FGFR1.
FGFR3.
BRAF.
MAP2K1.
KRAS.
TP53.
MMP2.
MMP9.
Gen tersebut memiliki peran penting dalam perkembangan dan diferensisasi sel tumor serta protein binding dalam patogenesis Am.
Karakterisasi gen yang terekspresi menurut Gene Ontology (GO) dan analisis gen berdasarkan proses biologis .
erkembangan sel dan diferensiasi se.
, fungsi molekuler .
rotein bindin.
, serta jalur persinyalan Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG).
Identifikasi gen menggunakaan STRING-Cytoscape menunjukkan interaksi protein-protein dan gen hub, dapat dilihat pada gambar berikut ini .
Cell development Cell differentiation Protein binding MAPK Signaling Pathway Gambar 1.
Interaksi protein-protein gen potensial pada ameloblastoma berdasarkan analisis database STRING-Cytoscape.
Gambar 1.
menunjukkan interaksi protein-protein dan visualisasi gen hub dari gen potensial yang terekspresi pada kasus ameloblastoma.
Berdasarkan analisis Gen Ontology dan KKEG melalui jalur persinyalan mitogen activated protein kinase (MAPK), ditemukan bahwa terdapat 3 gen utama yang mengalami mutasi dan memiliki interaksi yang signifikan yaitu BARF.
KRAS dan FGFR2.
Setelah melakukan identifikasi interaksi protein-protein, maka dilanjutkan dengan analisis in silico terapi yang ditargetkan untuk ameloblastoma menggunakan MalaCards Berdasarkan analisis yang dilakukan, diperoleh hasil bahwa kandidat yang obat yang ditargetkan pada kasus Am antara lain Trametinib dan Dabrafenib.
Hasil analisis in silico dapat dilihat pada gambar berikut ini .
Gambar 2.
Identifikasi in silico terapi yang ditargetkan pada ameloblastoma Berdasarkan identifikasi yang telah dilakukan, diketahui Trametinib dan Dabrafenib merupakan kandidat obat yang dapat digunakan untuk menurunkan regulasi dan menghambat perkembangan ameloblastoma.
Trametinib dan Dabrafenib merupakan obat antineoplasma yang saat ini dikembangkan dalam terapi ameloblastoma.
Kedua obat ini memiliki efek farmakologis yang dapat mencegah rekurensi atau transformasi ameloblastoma menjadi ganas.
Berikut ini adalah struktur 3 Dimensi dari Trametinib dan Dabrafenib yang diperoleh dari PubChem database .
dilengkapi dengan deskripsi farmakologisnya.
Gambar 3.
Struktur 3 Dimensi (A) Dabrafenib.
(B) Trametinib Trametinib adalah piridopirimidin yang digunakan .
ebagai senyawa tambahan dimetil sulfoksid.
untuk pengobatan pasien yang belum pernah menerima pengobatan inhibitor BRAF sebelumnya.
Senyawa ini memiliki peran sebagai penghambat EC 24 .
itogen-activated protein kinas.
, agen antineoplastik, agen anticoronaviral dan geroprotektor.
Piridopirimidin adalah senyawa organofluorin, senyawa organoiodin, golongan asetamida, dan juga termasuk dalam golongan siklopropana dan amina Dabrafenib adalah inhibitor kinase, terdiri dari senyawa organofluorin dan agen antineoplastik, digunakan sebagai garam mesilat dalam pengobatan melanoma Senyawa ini memiliki peran sebagai agen antineoplastik, penghambat B-RAF dan agen anticoronaviral.
Senyawa ini adalah sulfonamida, senyawa organofluorin, golongan 1,3-tiazol dan aminopirimidin.
Dabrafenib mesylate adalah ATP-kompetitif kinase inhibitor reversibel dan menargetkan jalur MAPK.
PEMBAHASAN
Ameloblastoma adalah tumor langka, dengan evolusi metastasis yang jarang 4 Terapi standar untuk ameloblastoma masih berupa reseksi bedah radikal dengan batas keamanan yang cukup antara 1,5 dan 2 cm dan rekonstruksi simultan.
Meskipun data yang tersedia terbatas hingga saat ini, mutasi somatik dari jalur sinyal mitogenactivated protein kinase (MAPK) telah terdeteksi.
Secara khusus, mutasi BRAF V600E, yang merupakan mutasi nukleotida tunggal dengan substitusi asam glutamat dengan valin dan terlihat pada sekitar 2/3 kasus, menyebabkan aktivasi jalur MEK/ERK, pencegahan penuaan sel dan apoptosis, invasi jaringan dan metastasis, serta penghindaran respon 5 Gen yang mengalami mutasi pada jalur pensinyalan FGF-MAPK memiliki peran penting dalam patogenesis ameloblastoma.
Berdasarkan pengetahuan ini, suatu terapi dirancang untuk menargetkan gen yang bermutasi pada kasus ameloblastoma.
Boonsong dkk.
telah mengungkapkan bahwa mutasi gen pada jalur pensinyalan FGF-MAPK termasuk BRAFV600E.
FGFR2, dan RAS memainkan peran penting dalam patogenesis ameloblastoma.
Pengobatan ameloblastoma saat ini masih berupa reseksi bedah agresif untuk mencegah rekurensi.
Hasil dari terapi ini sangat berdampak pada kualitas hidup pasien.
Terapi bertarget yang bertujuan untuk menghambat perubahan protein spesifik dalam jalur pensinyalan FGF-MAPK dapat digunakan sebagai pengobatan tambahan bersama dengan pendekatan bedah yang dapat membantu meminimalkan komplikasi setelah pengobatan dan memberikan kualitas hidup pasien yang lebih baik.
Oleh karena itu, terapi bertarget pada ameloblastoma dianggap sebagai modalitas pengobatan baru.
Jalur pensinyalan MAPK terdiri dari jalur pensinyalan yang beroperasi melalui peristiwa fosforilasi berurutan.
Jalur ini memiliki peran penting dalam merespons berbagai faktor ekstraseluler seperti mitogen, hormon, dan stres serta mengatur banyak proses seluler seperti proliferasi dan diferensiasi sel.
Dalam jalur pensinyalan MAPK, transmisi sinyal dimulai dengan aktivasi protein G kecil yaitu RAS.
Selanjutnya, sinyal ditransmisikan oleh tiga hingga lima tingkatan protein kinase sitosol spesifik, termasuk RAF.
MEK, dan ERK.
Kinase di setiap tingkatan mengalami fosforilasi dan kemudian mengaktifkan kinase pada protein pemberi sinyal.
6 Mutasi gen pada protein pemberi sinyal FGF-MAPK, termasuk FGFR.
RAS.
RAF.
MEK, dan ERK menyebabkan pertumbuhan sel yang tidak terkendali dan karenanya menginduksi tumorigenesis BRAFV600E, khususnya, adalah mutasi gen yang paling sering terjadi pada ameloblastoma (Gambar .
Gambar 4.
jalur persinyalan FGF-MAPK pada ameloblastoma6 Beberapa penelitian menunjukkan bahwa mutasi BRAF sering terjadi pada Selain itu, mutasi BRAF V600E dilaporkan terjadi pada 62% ameloblastoma dan fibroma/fibrodentinoma ameloblastik tetapi tidak terjadi pada tumor odontogenik lainnya.
7 Soltani dkk.
menemukan mutasi BRAF pada pasien ameloblastoma di Iran, juga melaporkan beberapa varian yang beberapa di antaranya mungkin memiliki efek patogen.
Penelitian ini mengkonfirmasi peran penting mutasi gen BRAF di antara pasien ameloblastoma.
8 Mutasi ameloblastoma BRAF V600E dikaitkan dengan usia yang lebih muda, tumor terletak di mandibula, dan rekurensi.
4 Kaye dkk.
juga melaporkan kasus ameloblastoma stadium IV yang memberikan respons baik terhadap biterapi oral dengan BRAF inhibitor .
dan mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase (MEK) inhibitor .
Mutasi FGFR2 juga ditemukan pada ameloblastoma, berkisar antara 6% hingga Ekspresi FGFR2 yang berlebihan memiliki peran penting dalam invasi tumor dan rekurensi ameloblastoma.
Pemeriksaan imunohistokimia menunjukkan ekspresi berlebihan dari FGFR2 pada ameloblastoma, menunjukkan pewarnaan sitoplasma yang intens pada peripheral ameloblast-like cells dan pewarnaan sitoplasma ringan pada beberapa central stellate reticulum-like cells .
Gambar 5.
Immunostaining FGFR2 dalam folikel ameloblastoma menunjukkan pewarnaan sitoplasma yang intens pada ameloblast-like cells perifer .
dan pewarnaan yang lebih lemah pada central stellate reticulum-like cells .
(Pembesaran asli 100.
Mutasi gen pada jalur pensinyalan FGF-MAPK menunjukan ekspresi gen RAS yang teridentifikasi pada sekitar 20% pasien ameloblastoma, terdiri dari 8%-15% mutasi KRAS, 6% mutasi NRAS dan HRAS.
6 Seluruh mutasi RAS terjadi pada lokasi yang umumnya bermutasi pada neoplasma lain .
odon 12 dan .
dan diketahui menyebabkan aktivasi konstitutif dari sinyal RAS.
Aktivasi RAS dan jalur MAPK biasanya dipicu oleh aktivasi reseptor faktor pertumbuhan.
Reseptor Fibroblast Growth Factor-2 (FGFR.
adalah salah satu dari beberapa reseptor yang mengaktifkan sinyal MAPK.
Bersamasama, mutasi FGFR2.
RAS, dan BRAF terdapat pada 78% Ae88% ameloblastoma.
Inhibitor BRAF adalah dabrafenib yang telah disetujui oleh FDA sejak 2013 sebagai senyawa antineoplasma.
Selain itu, dabrafenib telah disetujui sebagai terapi kombinasi dengan trametinib yang merupakan senyawa penghambat MEK.
Selain penghambat MAPK, terapi bertarget khusus untuk FGFR, termasuk tirosin kinase inhibitor (TKI) dan antibodi penetral monoklonal .
Ab.
FGFR juga telah digunakan pada berbagai jenis kanker pada manusia.
TKI adalah molekul kompetitif ATP yang diaktifkan dengan mengikat domain tirosin kinase, menghasilkan penghambatan autofosforilasi reseptor.
TKI non-selektif adalah generasi pertama dari terapi bertarget yang dirancang untuk memblokir sinyal FGF.
Meskipun terdapat beberapa penelitian mengenai inhibitor MAPK dan FGFR yang digunakan untuk mengobati ameloblastoma, uji coba terkontrol secara acak terhadap inhibitor ini pada pasien dengan ameloblastoma belum pernah diteliti.
Hanya beberapa laporan kasus yang telah dilakukan dengan hasil yang menjanjikan.
Misalnya, inhibitor BRAF dan MEK termasuk dabrafenib, dan trametinib pada kasus ameloblastoma dengan mutasi BRAFV600E telah menunjukkan penurunan ukuran tumor yang signifikan.
Oleh karena itu, penggunaan inhibitor BRAF.
MEK, dan FGFR dalam pengobatan ameloblastoma direkomendasikan.
KESIMPULAN
Patogenesis Ameloblastoma dapat dihentikan dengan menurunkan regulasi gen yang bermutasi dan juga memblokir enzim yang diperlukan untuk pertumbuhan sel tumor.
FGFR2.
BRAF, dan KRAS berperan penting dalam patogenesis Ameloblastoma melalui jalur pensinyalan MAPK, sehingga ekspresi gen dan jalur persinyalan tersebut dapat dijadikan target terapi ameloblastoma.
Trametinib dan Dabrafenib dapat digunakan sebagai kandidat obat.
Trametinib merupakan penghambat MAPK dan Dabrafenib penghambat gen B-RAF serta menargetkan jalur MAPK.
Senyawa tersebut merupakan agen antineoplastik dan penghambat protein kinase yang menyebabkan apoptosis, menghambat proliferasi sel atau mencegah proliferasi neoplasma.
DAFTAR PUSTAKA