BARU-baru ini, di RS Jantung dan Pembuluh Darah (RSJPD) Harapan Kita, telah diselenggarakan guest lecture (kuliah tamu) dengan materi yang cukup menarik berjudul Fixing the Broken Heart: Targeting the Membran Calcium Channel. Kuliah tamu ini menampilkan dr. Delvac Oceandy, Ph.D sebagai pembicara. Acara ini diselenggarakan pada hari Jumat, 20 September 2013 pagi di Ruang Konferensi RSJPD Harapan Kita dan cukup menarik perhatian para residen serta staf Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular FKUI.
Pihak Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular FKUI bukan tanpa alasan dalam mengundang sang pembicara. Di samping temanya yang cukup menggelitik dan berkaitan dengan masalah dasar fisiologi kardiovaskular, sang pembicara juga tidak kalah “menggelitik”. Pria muda asli Indonesia ini memang punya prestasi yang tidak bisa dianggap remeh. Beliau adalah penerima penghargaan Highest Scoring Abstract Presented dari European Society of Cardiology (ESC) pada ajang ESC Annual Congress di Munich pada tahun 2012, Young Investigator Award 1st Winner dari organisasi yang sama pada tahun 2006, dan Eumorphia Young Scientist Communication Award pada 2006.1
Pada acara ini sempat dipaparkan peran PMCA (plasma membrane Ca2+-ATPases) dalam bidang kardiovaskular. Paparan tersebut sekaligus menanggapi pertanyaan sederhana tetapi berbobot dari Prof. dr. Harmani Kalim, MPH, Sp.JP (K), FIHA tentang perbedaan PMCA1 dan PMCA4 (isoform-isoform dari PMCA) menjelang akhir acara. Pembicara menjelaskan bahwa PMCA1 dan PMCA4 memiliki lokasi yang berbeda pada membran sel serta efek-efek seluler yang berbeda pula. Topik biomolekuler yang cukup menarik ini telah menggugah penulis untuk mengangkatnya pada artikel pendek ini.
PMCA adalah suatu protein transporter membran plasma semua sel eukariot dan berfungsi untuk mengeluarkan ion kalsium dari sitoplasma ke kompartemen ekstraseluler.2-5 Dengan perannya sebagai pompa kalsium tersebut, PMCA menjadi salah satu regulator utama konsentrasi ion kalsium intraseluler.3,6 PMCA sendiri sebenarnya memiliki empat isoform yaitu PMCA1 sampai dengan PMCA4. Isoform-isoform tersebut diekspresikan di banyak organ, termasuk jantung, saraf, otot, dan sel astrosit otak.7,8 Dua isoform dari PMCA yang berperan penting terhadap regulasi fisiologis sistem kardiovaskular adalah PMCA1 dan PMCA4, khususnya subtipe PMCA4b yang memiliki kemampuan untuk berinteraksi dengan enzim nitric oxyde (NO) synthase. Interaksi ini akan menyebabkan berkurangnya produksi NO oleh enzim tersebut.3,9 Sedangkan dua isoform lainnya, PMCA2 dan PMCA3, karena bersifat lebih cepat teraktivasi, banyak terdapat pada sel yang eksitabel seperti sel saraf dan sel otot.7
Dalam artikel-artikel yang ditulis oleh Delvac Oceandy, dkk dapat disimpulkan bahwa, di sel-sel yang eksitabel (seperti sel otot jantung dan otot skelet), PMCA dianggap mempunyai peran minor dalam homeostasis kalsium (yaitu regulasi konsentrasi global kalsium intraseluler) bila dibandingkan dengan pompa NCX (sodium-calcium exchanger), suatu sistem pompa pemindah ion kalsium yang lain.5,10 Namun, ada bukti yang menunjukkan peran penting PMCA dalam transduksi sinyal. Contoh secara khusus, di aspek fisiologi jantung, adalah modulasi jalur penyinyalan nNOS (neuronal NO synthase) oleh PMCA4b.10 Selain itu, bukti mutakhir juga menunjukkan fungsi penting PMCA dalam memerantarai kontraktilitas jantung dan tonus vaskular.5
Sebagai target penemuan obat baru, bila dibandingkan dengan kanal influks ion kalsium, PMCA masih tertinggal jauh. Hal ini terutama karena kurangnya pemahaman mendetail tentang struktur dan fungsi spesifiknya.4
Dugaan adanya peran penting PMCA pada jaringan jantung mencakup keterlibatannya pada patofisiologi hipertensi dan hipertrofi. Peran PMCA pada hipertensi terutama berdasarkan pada kemampuannya untuk berinteraksi dengan nNOS, zat yang telah terbukti berperan pada siklus eksitasi-kontraksi miosit jantung (Barouch et al., 2002; Sears et al., 2003). Interaksi ini diperantarai oleh pengikatan domain PDZ.11 PDZ sendiri adalah domain interaksi protein yang sering mengenali motif-motif asam amino rantai pendek pada ujung C protein-protein target.12 Bukti-bukti menunjukkan bahwa inhibisi nNOS (enzim yang tergantung ion kalsium dan kalmodulin) disebabkan karena ia disekuestrasi oleh PMCA pada lingkungan yang rendah kalsium. Bukti-bukti itu meliputi: 1) inhibisi tidak muncul jika yang diuji adalah mutan-mutan nNOS; 2) inhibisi juga tidak muncul jika yang diuji adalah PMCA4b yang sedikit memiliki domain PDZ; dan 3) ekspresi berlebihan PMCA4b yang mengalami mutasi pada Asp672Glu (sehingga mengurangi aktivitas pompa sebesar kira-kira 90%) ternyata tidak menyebabkan inhibisi nNOS. Bagaimanapun, peran PMCA pada hipertensi ini masih memerlukan penelitian lebih jauh.11
Selain PMCA4b, isoform lain, PMCA1, juga mempunyai pengaruh terhadap kejadian hipertensi. Ketiadaan PMCA1 pada mencit percobaan menyebabkan peningkatan ion kalsium basal, peningkatan ion kalsium (karena stimulasi epinefrin) pada sel-sel otot polos vaskular, vasokonstriksi arteri, dan peningkatan tekanan darah sistolik pada kondisi istirahat. Dapat disimpulkan bahwa kurangnya ekspresi dan fungsi PMCA1 pada pembuluh darah adalah faktor risiko terjadinya hipertensi.4
Adapun kontribusi biomolekuler PMCA pada proses hipertrofi adalah terkait perannya dalam menghambat aktivasi nuclear factor of activated T-cell (NFAT). Peningkatan level kalsium intraseluler yang lama dalam miosit jantung akan menimbulkan hipertrofi. Peningkatan jangka panjang dari ion kalsium-kalmodulin intraseluler ini akan mengaktifkan kalsineurin yang kemudian mendefosforilasi faktor transkripsi NFAT sehingga mengaktifkan NFAT (Molkentin et al., 1998). Aktivitas PMCA4b yang meningkat akan menyebabkan rekrutmen kalsineurin ke membran plasma (suatu lingkungan rendah kalsium) sehingga menghambat aktivasi NFAT.11
Tidak hanya itu, ternyata PMCA juga punya peran penting pada salah satu faktor risiko utama penyakit kardiovaskular yaitu diabetes melitus (DM) tipe 2. DM tipe 2 merupakan penyakit kronis dimana terjadi peningkatan ion kalsium di berbagai tipe sel termasuk platelet (Balasubramanyam et al., 2001; Li et al., 2001). Peningkatan kalsium intraseluler ini akan menyebabkan agregasi dan hiperaktivitas platelet dan turut berkontribusi pada terjadinya komplikasi kardiovaskular kronis (Carr, 2001). Terjadi pula penurunan signifikan protein PMCA bersamaan dengan peningkatan level fosforilasi tirosin pada residu 76 (Rosado et al., 2004), suatu peristiwa fosforilasi yang menghambat aktivitas pompa kalsium tersebut (Wan et al., 2003). Hal ini menunjukkan bahwa PMCA terlibat dalam aktivasi platelet dan jumlahnya yang menurun turut berperan pada terjadinya komplikasi berat akibat DM tipe 2.11
Bukti-bukti yang terkumpul menunjukkan bahwa ketidaktepatan ekspresi, mutasi, dan ketiadaan PMCA terkait dengan kondisi-kondisi patologis seperti hipertensi, rendahnya densitas tulang, infertilitas pada laki-laki, berkurangnya pendengaran, serta ataksia serebelar.4
Dari paparan di atas dapat diketahui adanya dua hal penting yaitu: 1) mekanisme kerja PMCA dalam pencegahan kondisi-kondisi patologis kardiovaskular; serta 2) dampak negatif abnormalitas biomolekuler PMCA pada sistem kardiovaskular (bahkan sistem organ lain). Kedua hal tersebut telah menjadikan PMCA suatu target potensial terapi kardiovaskular di masa mendatang. Kuncinya adalah dengan memodulasi isoform-isoform PMCA secara selektif lewat penemuan suatu aktivator atau inhibitor spesifik PMCA.4 Saat ini, setelah lebih dari 50 tahun sejak PMCA ditemukan pertama kali pada membran sel darah merah, studi-studi lebih mendalam pada aspek biokimiawi, seluler, serta fisiologinya terus dilakukan demi menemukan terobosan baru dalam terapi kardiovaskular.3 Semoga kelak upaya-upaya ini membuahkan hasil yang bermanfaat bagi umat manusia.
Pihak Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular FKUI bukan tanpa alasan dalam mengundang sang pembicara. Di samping temanya yang cukup menggelitik dan berkaitan dengan masalah dasar fisiologi kardiovaskular, sang pembicara juga tidak kalah “menggelitik”. Pria muda asli Indonesia ini memang punya prestasi yang tidak bisa dianggap remeh. Beliau adalah penerima penghargaan Highest Scoring Abstract Presented dari European Society of Cardiology (ESC) pada ajang ESC Annual Congress di Munich pada tahun 2012, Young Investigator Award 1st Winner dari organisasi yang sama pada tahun 2006, dan Eumorphia Young Scientist Communication Award pada 2006.1
Pada acara ini sempat dipaparkan peran PMCA (plasma membrane Ca2+-ATPases) dalam bidang kardiovaskular. Paparan tersebut sekaligus menanggapi pertanyaan sederhana tetapi berbobot dari Prof. dr. Harmani Kalim, MPH, Sp.JP (K), FIHA tentang perbedaan PMCA1 dan PMCA4 (isoform-isoform dari PMCA) menjelang akhir acara. Pembicara menjelaskan bahwa PMCA1 dan PMCA4 memiliki lokasi yang berbeda pada membran sel serta efek-efek seluler yang berbeda pula. Topik biomolekuler yang cukup menarik ini telah menggugah penulis untuk mengangkatnya pada artikel pendek ini.
PMCA adalah suatu protein transporter membran plasma semua sel eukariot dan berfungsi untuk mengeluarkan ion kalsium dari sitoplasma ke kompartemen ekstraseluler.2-5 Dengan perannya sebagai pompa kalsium tersebut, PMCA menjadi salah satu regulator utama konsentrasi ion kalsium intraseluler.3,6 PMCA sendiri sebenarnya memiliki empat isoform yaitu PMCA1 sampai dengan PMCA4. Isoform-isoform tersebut diekspresikan di banyak organ, termasuk jantung, saraf, otot, dan sel astrosit otak.7,8 Dua isoform dari PMCA yang berperan penting terhadap regulasi fisiologis sistem kardiovaskular adalah PMCA1 dan PMCA4, khususnya subtipe PMCA4b yang memiliki kemampuan untuk berinteraksi dengan enzim nitric oxyde (NO) synthase. Interaksi ini akan menyebabkan berkurangnya produksi NO oleh enzim tersebut.3,9 Sedangkan dua isoform lainnya, PMCA2 dan PMCA3, karena bersifat lebih cepat teraktivasi, banyak terdapat pada sel yang eksitabel seperti sel saraf dan sel otot.7
Dalam artikel-artikel yang ditulis oleh Delvac Oceandy, dkk dapat disimpulkan bahwa, di sel-sel yang eksitabel (seperti sel otot jantung dan otot skelet), PMCA dianggap mempunyai peran minor dalam homeostasis kalsium (yaitu regulasi konsentrasi global kalsium intraseluler) bila dibandingkan dengan pompa NCX (sodium-calcium exchanger), suatu sistem pompa pemindah ion kalsium yang lain.5,10 Namun, ada bukti yang menunjukkan peran penting PMCA dalam transduksi sinyal. Contoh secara khusus, di aspek fisiologi jantung, adalah modulasi jalur penyinyalan nNOS (neuronal NO synthase) oleh PMCA4b.10 Selain itu, bukti mutakhir juga menunjukkan fungsi penting PMCA dalam memerantarai kontraktilitas jantung dan tonus vaskular.5
Sebagai target penemuan obat baru, bila dibandingkan dengan kanal influks ion kalsium, PMCA masih tertinggal jauh. Hal ini terutama karena kurangnya pemahaman mendetail tentang struktur dan fungsi spesifiknya.4
Dugaan adanya peran penting PMCA pada jaringan jantung mencakup keterlibatannya pada patofisiologi hipertensi dan hipertrofi. Peran PMCA pada hipertensi terutama berdasarkan pada kemampuannya untuk berinteraksi dengan nNOS, zat yang telah terbukti berperan pada siklus eksitasi-kontraksi miosit jantung (Barouch et al., 2002; Sears et al., 2003). Interaksi ini diperantarai oleh pengikatan domain PDZ.11 PDZ sendiri adalah domain interaksi protein yang sering mengenali motif-motif asam amino rantai pendek pada ujung C protein-protein target.12 Bukti-bukti menunjukkan bahwa inhibisi nNOS (enzim yang tergantung ion kalsium dan kalmodulin) disebabkan karena ia disekuestrasi oleh PMCA pada lingkungan yang rendah kalsium. Bukti-bukti itu meliputi: 1) inhibisi tidak muncul jika yang diuji adalah mutan-mutan nNOS; 2) inhibisi juga tidak muncul jika yang diuji adalah PMCA4b yang sedikit memiliki domain PDZ; dan 3) ekspresi berlebihan PMCA4b yang mengalami mutasi pada Asp672Glu (sehingga mengurangi aktivitas pompa sebesar kira-kira 90%) ternyata tidak menyebabkan inhibisi nNOS. Bagaimanapun, peran PMCA pada hipertensi ini masih memerlukan penelitian lebih jauh.11
Selain PMCA4b, isoform lain, PMCA1, juga mempunyai pengaruh terhadap kejadian hipertensi. Ketiadaan PMCA1 pada mencit percobaan menyebabkan peningkatan ion kalsium basal, peningkatan ion kalsium (karena stimulasi epinefrin) pada sel-sel otot polos vaskular, vasokonstriksi arteri, dan peningkatan tekanan darah sistolik pada kondisi istirahat. Dapat disimpulkan bahwa kurangnya ekspresi dan fungsi PMCA1 pada pembuluh darah adalah faktor risiko terjadinya hipertensi.4
Adapun kontribusi biomolekuler PMCA pada proses hipertrofi adalah terkait perannya dalam menghambat aktivasi nuclear factor of activated T-cell (NFAT). Peningkatan level kalsium intraseluler yang lama dalam miosit jantung akan menimbulkan hipertrofi. Peningkatan jangka panjang dari ion kalsium-kalmodulin intraseluler ini akan mengaktifkan kalsineurin yang kemudian mendefosforilasi faktor transkripsi NFAT sehingga mengaktifkan NFAT (Molkentin et al., 1998). Aktivitas PMCA4b yang meningkat akan menyebabkan rekrutmen kalsineurin ke membran plasma (suatu lingkungan rendah kalsium) sehingga menghambat aktivasi NFAT.11
Tidak hanya itu, ternyata PMCA juga punya peran penting pada salah satu faktor risiko utama penyakit kardiovaskular yaitu diabetes melitus (DM) tipe 2. DM tipe 2 merupakan penyakit kronis dimana terjadi peningkatan ion kalsium di berbagai tipe sel termasuk platelet (Balasubramanyam et al., 2001; Li et al., 2001). Peningkatan kalsium intraseluler ini akan menyebabkan agregasi dan hiperaktivitas platelet dan turut berkontribusi pada terjadinya komplikasi kardiovaskular kronis (Carr, 2001). Terjadi pula penurunan signifikan protein PMCA bersamaan dengan peningkatan level fosforilasi tirosin pada residu 76 (Rosado et al., 2004), suatu peristiwa fosforilasi yang menghambat aktivitas pompa kalsium tersebut (Wan et al., 2003). Hal ini menunjukkan bahwa PMCA terlibat dalam aktivasi platelet dan jumlahnya yang menurun turut berperan pada terjadinya komplikasi berat akibat DM tipe 2.11
Bukti-bukti yang terkumpul menunjukkan bahwa ketidaktepatan ekspresi, mutasi, dan ketiadaan PMCA terkait dengan kondisi-kondisi patologis seperti hipertensi, rendahnya densitas tulang, infertilitas pada laki-laki, berkurangnya pendengaran, serta ataksia serebelar.4
Dari paparan di atas dapat diketahui adanya dua hal penting yaitu: 1) mekanisme kerja PMCA dalam pencegahan kondisi-kondisi patologis kardiovaskular; serta 2) dampak negatif abnormalitas biomolekuler PMCA pada sistem kardiovaskular (bahkan sistem organ lain). Kedua hal tersebut telah menjadikan PMCA suatu target potensial terapi kardiovaskular di masa mendatang. Kuncinya adalah dengan memodulasi isoform-isoform PMCA secara selektif lewat penemuan suatu aktivator atau inhibitor spesifik PMCA.4 Saat ini, setelah lebih dari 50 tahun sejak PMCA ditemukan pertama kali pada membran sel darah merah, studi-studi lebih mendalam pada aspek biokimiawi, seluler, serta fisiologinya terus dilakukan demi menemukan terobosan baru dalam terapi kardiovaskular.3 Semoga kelak upaya-upaya ini membuahkan hasil yang bermanfaat bagi umat manusia.
Andy Kristyagita
REFERENSI:
- http://www.cardiovascular.manchester.ac.uk/staff/delvacoceandy.
- Jensen TP, Buckby LE, Empson RM. Expression of plasma membrane Ca2+-ATPase family members and associated synaptic proteins in acute and cultured organotypic hippocampal slices from rat. Brain Research. Developmental Brain Research. 2004; 152(2): 129–36.
- Strehler EE, Zacharias DA. Role of alternative splicing in generating isoform diversity among plasma membrane calcium. Physiological Reviews. 2001; 81(1): 21–50.
- Strehler EE. Plasma membrane calcium ATPases as novel candidates for therapeutic agent development. J Pharm Pharmaceut Sci. 2013; 16(2): 190-206.
- Mohamed TM, Baudoin-Stanley FM, Abou-Leisa R, Cartwright E, Neyses L, Oceandy D. Measurement of plasma membrane calcium-calmodulin-dependent ATPase (PMCA) activity. Methods Mol Biol. 2010; 637: 333-42.
- http://www.phosphosite.org/proteinAction.do?id=2290&showAllSites=true.
- Jensen TP, Filoteo A, Knopfel T, Empson RM. Pre-synaptic plasma membrane Ca2+ ATPase isoform 2a regulates excitatory synaptic transmission in rat hippocampal CA3. Journal of Physiology. 2006: Published online ahead of print. 17170045. Retrieved 2007-01-13.
- Fresu L, Dehpour A, Genazzani AA, Carafoli E, Guerini D. Plasma membrane calcium ATPase isoforms in astrocytes. Glia. 1999; 28(2): 150–5.
- Schuh K, Uldrijan S, Telkamp M, Rothlein N, Neyses L. The plasma membrane calmodulin–dependent calcium pump: a major regulator of nitric oxyde synthase. Journal of Cell Biology. 2001; 155(2): 201–5.
- Oceandy D, Stanley PJ, Cartwright EJ, Neyses L. The regulatory function of plasma-membrane Ca2+-ATPase (PMCA) in the heart. Biochem Soc Trans. 2007 Nov; 35(5): 927-30.
- Carafoli E, Brini M. Calcium signalling and disease: molecular pathology of calcium. Springer 2007; 370-2.
- Lee HJ, Zheng JJ. PDZ domains and their binding partners: structure, specificity, and modification. Cell Communication and Signaling. 2010; 8: 8.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar