## ARTIKEL PENELITIAN

## STUDI DOCKING MOLEKULAR SENYAWA TURUNAN KUINOLIN TERHADAP RESEPTOR ESTROGEN- α

## Mohammad Rizki Fadhil Pratama
Program Studi Farmasi, Fakultas Ilmu Kesehatan, Universitas Muhammadiyah Palangkaraya, Jl. RTA Milono Km.1,5 Palangka Raya, Kalimantan Tengah
e-mail : m.rizkifadhil@umpalangkaraya.ac.id

## ABSTRAK
Estrogen- α (ER - α) merupakan target utama pada terapi kanker payudara jenis ER+. Inhibisi pada  ER- α  diketahui  dapat  memperlambat  proliferasi  sel  kanker  payudara  ER+.  Senyawa turunan kuinolin diketahui memiliki aktivitas antikanker dengan menghambat beberapa jenis reseptor. Belum diketahui apakah kuinolin dapat menghambat ER- α. Penelitian ini bertujuan untuk  mengetahui  interaksi  antara  ER- α  dengan  senyawa  turunan  kuinolin. Docking molekular terhadap ER- α menunjukkan bahwa kuinin memberikan energi bebas ikatan paling negatif  dan  konstanta  inhibisi  paling  kecil,  secara  berturut-turut  sebesar  -8,73  kcal/mol  dan 0,398 µM. Hasil ini memberikan prediksi bahwa kuinin memiliki aktivitas sebagai inhibitor ER- α  dan  memiliki  potensi  untuk  dikembangkan  pada  terapi  kanker payudara  ER+.  Meski demikian,  afinitas  yang  ditunjukkan  kuinin  lebih  rendah  dibandingkan  4-hidroksitamoksifen, inhibitor poten ER- α.
Kata Kunci : Docking , ER- α, Kuinin, Kuinolin.

## PENDAHULUAN
Reseptor estrogen- α (ER - α) adalah salah  satu  biomarker  utama  selain human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) yang  memisahkan  subkelompok  biologis berbeda  antara  sel  kanker  dengan  sel normal.  Individu  dengan  overekspresi  ER- α akan memicu proses proliferasi berlebih pada  sel  payudara  yang  dikenal  dengan kanker  payudara  ER+  (Moverare-Skrtic et al .,  2013).  Kanker  payudara  ER+  terjadi pada  hampir  80%  kasus  kanker  payudara (Pinhel et al ., 2012).
Inhibisi  pada  ER- α  menjadi  salah satu target terapi pada penanganan kanker payudara  ER+.  Inhibitor  ER- α  yang  telah dikenal dan digunakan dalam penggunaan secara  klinis  diantaranya  tamoxifen  yang
bekerja  langsung  sebagai  antagonis  ER- α (Yamamoto-Ibusuki et al ., 2015). Berbagai antagonis ER- α telah dikembangkan untuk meningkatkan  efektivitas  terapi  ER+  yang diberikan, namun hingga saat ini tamoxifen tetap  menjadi pilihan utama dalam algoritma  terapi  kanker  payudara  ER+. Tamoxifen  diketahui  dapat  menginduksi apoptosis  pada  sel  kanker  (Liu et  al ., 2014).
Kuinolin  merupakan  salah  satu kelompok  senyawa  yang  memiliki  rumus kimia  dasar  C 9 H 7 N  dan  memiliki  aktivitas beragam  seperti  antimalaria,  antimikroba, antikonvulsan, antiinflamasi, serta antikanker (Kumar et al .,  2009). Beberapa jenis  senyawa  kuinolin  dikenal  karena aktivitas  antimalarianya  seperti  klorokuin,
kuinin, amodiakuin, primaquin, serta metabolit  aktifnya  seperti  hidroksiklorokuin (Golden et al ., 2015). Antimalaria golongan kuinolin selama ini diketahui juga digunakan  dalam  penanganan  rheumatoid arthritis  dan  lupus  erythematosus  dimana penggunaannya  diketahui  dapat  menekan perkembangan  sel-sel  abnormal  pada penyakit tersebut. Studi bahkan menunjukkan bahwa kuinin memiliki aktivitas antikanker pada beberapa cancer line (Krishnaveni et  al .,  2016).  Selain kuinin,  ada  potensi  senyawa  antimalaria golongan kuinolin lain contohnya klorokuin dan hidroksiklorokuin juga memiliki aktivitas antikanker seperti kanker payudara, kanker tenggorokan dan kanker rongga mulut (Singh & Singh, 2014).
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan  antimalaria  golongan  kuinolin yang  memiliki  potensi  untuk  dijadikan terapi antikanker khususnya kanker payudara  ER+.  Turunan  kuinolin  dengan afinitas paling tinggi kemudian dibandingkan  dengan  antagonis  ER- α yang telah diketahui.

## METODOLOGI
Reseptor  yang  digunakan  adalah ER- α dengan 4 -hidroksitamoksifen
sebagai  ligan co-crystal (PDB  ID  3ERT). 4-hidroksitamoksifen atau afimoksifen adalah inhibitor ER- α yang telah diketahui dapat memperlambat proliferasi sel kanker pada  kanker  payudara  dan  saat  ini digunakan  sebagai gel  topikal  pada  terapi kanker  payudara  ER+  (Mansel et  al., 2007). Struktur molekul reseptor diperoleh website Protein Data Bank (PDB) www.rscb.org.  Reseptor  diunduh  dalam format  .pdb  kemudian  dihilangkan  bagian yang tidak digunakan, diberi hidrogen non- polar,  diberi  muatan,  serta  diatur  posisi grid  box dengan  software  AutoDockTools 1.5.6.rc3 (Morris et al ., 2009).
Software docking yang  digunakan dalam penelitian ini adalah Autodock 4.2.3 dari  The  Scripps  Research  Institute,  Inc. (Morris et  al. ,  2009).  Metode  yang digunakan  untuk  validasi  proses docking adalah redocking dengan pose  selection menggunakan  struktur  ligan co-crystal yaitu 4-hidroksitamoksifen sebagai pembanding.
Redocking kemudian dilakukan  terhadap  4-hidroksitamoksifen pada  reseptor  ER- α.  Parameter  yang
diamati  pada  proses  validasi  adalah RMSD  dari  ligan co-crystal pada  sisi  aktif yang dipilih. Software docking memberikan  hasil  yang  lebih  mendekati hasil  eksperimental  jika  memiliki  RMSD kurang  dari  2  Å.  RMSD  yang  makin  kecil menunjukkan  posisi  ligan  hasil redocking yang  makin  mendekati  posisi  ligan  hasil kristalografi  (Kontoyianni et  al .,  2011;
Bissantz et  al .,  2000 ;  Pratama,  2015;
Nurhayati et al ., 2015).
Penelitian  dilaksanakan  secara in silico dengan  metode docking molekular.
Perangkat  keras  yang  digunakan  adalah Ultrabook ASUS seri A46CB dengan prosessor  Intel  core  i5-3337U@1,8GHz dan  sistem  operasi  windows  7  Ultimate 64-bit SP-1 (Pratama, 2016) .
Ligan  yang  digunakan  adalah
senyawa turunan kuinolin yaitu amodiakuin,  hidroksiklorokuin,  klorokuin, kuinin,  dan  primakuin.  Struktur  masing- masing  ligan  diskesta  menggunakan software  GaussView  3.08  dan  dioptimasi geometri  dengan  menggunakan  Gaussian 03W  dari  Gaussian,  Inc.  dengan  metode ab  initio Hartree-Fock  basis  set  6-311G.
Optimasi geometri dilakukan untuk memperoleh  konformasi  paling  ideal  dari struktur  senyawa  yang  disketsa  dan mendekati  bentuk  alaminya  (Cosconati et al ., 2010).
Ligan yang telah dioptimasi dikonversi  dari  format  .log  menjadi  format .pdb  menggunakan  software  OpenBabel
2.3.2  (O’Boyle et  al. ,  2011).  Ligan  lalu diberi muatan dan diatur torsinya menggunakan  software  AutoDockTools 1.5.6.rc3 (Morris et al. , 2009).
Docking molekular  pada  ligan  uji dilakukan dengan cara yang sama dengan proses  validasi  menggunakan  ukuran  dan posisi grid  box yang  sama.  Parameter yang  diamati  untuk  penentuan  afinitas ligan  terhadap  reseptor  adalah  energi bebas  ikatan  (ΔG),  konstanta  inhibisi prediksi  (ki),  residu  asam  amino,  serta jumlah  ikatan  hidrogen.  Afinitas  ligan terhadap reseptor ditentukan oleh nilai ΔG dan  ki.  Semakin  negatif  nilai  ΔG  dan semakin kecil nilai ki menunjukkan afinitas ligan yang semakin tinggi (Kim & Skolnick, 2007).  Ligan  uji  dengan  residu  asam amino dan ikatan hidrogen yang mendekati ligan alami menunjukkan
kemiripan  jenis  interaksi  dalam  hal  ini menggambarkan kemiripan aktivitas (Cosconati et al. , 2010).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Validasi  proses docking dilakukan dengan  metode redocking menggunakan
Autodock 4.2.3. Validasi dilakukan terhadap sisi aktif dari ligan co-crystal yaitu
4-hidroksitamoksifen
pada hasil kristalografi.  Hasil redocking menunjukkan nilai  RMSD  sebesar  1,21  Å,  yang menunjukkan  bahwa  posisi  atom-atom pada  ligan  dari  hasil redocking tidak berbeda  terlalu  jauh  dengan  posisi  pada ligan  hasil  kristalografi  (Bissantz et  al .,
2000).  Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa reseptor  3ERT  dapat  digunakan  untuk proses docking .
Gambar 1. Overlay posisi  ligan  hasil redocking 4-hidroksitamoksifen  dengan  hasil kristalografi (Merah = hasil
kristalografi; Biru = hasil redocking )
Parameter lain yang diamati dalam proses validasi adalah ΔG, ki, residu asam amino,
serta jumlah ikatan hidrogen dari ligan co- crystal .  Hasil  yang  ditampilkan  pada  tabel 1  menunjukkan  terdapat  13  residu  asam amino  dengan  2  ikatan  hidrogen  antara ER- α dan 4 -hidroksitamoksifen.
Tabel 1.  Hasil  validasi  ER- α  dengan ligan co- crystal 4-hidroksitamoksifen Reseptor 3ERT Ligan 4-hidroksitamoksifen RMSD (Å) 1,21 ΔG (kcal/mol) -11,91 ki (µM) 0,00185 Residu asam amino 343-Met, 346-Leu, 347-Thr, 350-Ala, 351-Asp, 353-Glu, 383-Trp, 384-Leu, 387-Leu, 394-Arg, 421-Met, 428-Leu, 521-Gly Jumlah ikatan hidrogen 2 Seluruh  ligan  uji  sebagai  ligan
pembanding disketsa dan dioptimasi geometri  menggunakan  metode  Hartree- Fock  dengan  basis  set  6-311G.  Metode tersebut  merupakan  pendekatan ab  initio dengan  tingkat  kepercayaan  yang  relatif tinggi  untuk  pengerjaan  secara in  silico (Cosconati et  al., ,  2010).  Struktur  2 dimensi  dan  3  dimensi  dari  seluruh  ligan yang digunakan ditunjukkan pada tabel 2.

## Tabel 2.  Struktur 2D dan 3D ligan
Senyawa Struktur 2D Struktur 3D
Amodiakuin
( AMO ) N Cl NH OH N Hidroksiklorokuin ( HKL ) N Cl HN N OH Klorokuin ( KLO ) N Cl HN N Kuinin ( KUI ) N O HO N Primakuin ( PRM ) N O HN NH2 Docking molekular dilakukan terhadap seluruh ligan yang telah dioptimasi  menggunakan  Autodock  4.2.3 pada  sisi  aktif  yang  sama  dengan  yang digunakan  pada  proses redocking 4- hidroksitamoksifen.  Hasil docking dari seluruh  ligan  terhadap  ER- α ditampilkan pada tabel 3.
Tabel 3.  Hasil docking turunan Kuinolin
terhadap ER- α
Ligan AMO HKL KLO KUI PRM ΔG (kcal/mol) -8,36  -7,19  -7,68 -8,73 -8,19 ki (µM) 0,774 5,38 2,36 0,398 0,995 Residu Asam Amino - 346-Leu 347-Thr 349-Leu 350-Ala 351-Asp - 354-Leu 383-Trp 387-Leu - - - - - - 346-Leu 347-Thr - 350-Ala 351-Asp - - 383-Trp - - 391-Leu 394-Arg 404-Phe - - 346-Leu 347-Thr - 350-Ala 351-Asp - 354-Leu 383-Trp 387-Leu - - 394-Arg - - 343-Met 346-Leu - - 350-Ala - 353-Glu - - 387-Leu 388-Met 391-Leu - - 420-Gly 343-Met 346-Leu 347-Thr 349-Leu 350-Ala 351-Asp 353-Glu - - - -
- - 404-Phe
-
- - - - -
525-Leu - - - - - - - - - - - - - 525-Leu 536-Leu - 424-Ile 428-Leu 521-Gly 524-His 525-Leu - 421-Met 424-Ile - - - - - Jumlah Ikatan Hidrogen 1 2 1 1 4 Hasil docking molekular menunjukkan bahwa dibandingkan dengan ligan  lain ,  kuinin  memberikan  ΔG  paling negatif  dan  ki  paling  kecil.  Hal  tersebut menunjukkan bahwa kuinin memiliki afinitas  paling  tinggi  dibandingkan  turunan kuinolin  lainnya  terhadap  ER- α.  Pada setiap ligan, terdapat 2 residu asam amino yang selalu berinteraksi dengan ligan yaitu 346-Leu  dan  350-Ala  (warna  hijau  pada tabel 3). Selanjutnya dilakukan
perbandingan hasil redocking 4- hidroksitamoksifen  dengan docking kuinin terhadap ER- α.
Tabel 4.  Perbandingan  hasil redocking 4- hidroksitamoksifen dan docking kuinin terhadap ER- α Ligan 4-hidroksitamoksifen Kuinin ΔG (kcal/mol) -11,91 -8,73 ki (µM) 0,00185 0,398 Residu Asam Amino 343-Met 346-Leu 347-Thr 350-Ala 351-Asp 353-Glu 383-Trp 384-Leu 387-Leu - - 343-Met 346-Leu - 350-Ala - 353-Glu - - 387-Leu 388-Met 391-Leu
394-Arg - 421-Met - 428-Leu 521-Gly - - - 420-Gly - 424-Ile 428-Leu 521-Gly 524-His 525-Leu Jumlah Ikatan Hidrogen 2 1
Pada tabel 4 terlihat bahwa afinitas yang ditunjukkan oleh kuinin terhadap ER- α  lebih  rendah  dibandingkan  4 - hidroksitamoksifen.  Dari  13  residu  asam amino yang berinteraksi pada 4- hidroksitamoksifen  ada  7  asam  amino yang  juga  berinteraksi  dengan  kuinin (warna  hijau  pada  tabel  4).  Sebanyak  12 asam  amino  memiliki  interaksi  yang berbeda  antara  4-hidroksitamoksifen  dan kuinin  (warna  kuning  pada  tabel  4),  yang menunjukkan  perbedaan  jenis  interaksi yang terjadi. Untuk jumlah ikatan hidrogen yang  terbentuk  tidak  berbeda  jauh  antara 4-hidroksitamoksifen  dan  kuinin  yaitu secara berturut-turut 2 banding 1.
Menarik  untuk  dicermati  adalah jumlah  residu  asam  amino  antara  4- hidroksitamoksifen  dengan  kuinin  sama- sama  berjumlah  13,  namun  afinitas  yang ditimbulkan  berbeda  jauh.  Hal  tersebut mengindikasikan  beberapa  asam  amino memberikan  peranan  penting  terhadap afinitas ligan pada ER- α. 4 - hidroksitamoksifen  memiliki  lebih  banyak jumlah  interaksi  pada  asam  amino  posisi
346-353  dimana  terdapat  5  interaksi dibandingkan  3  interaksi  pada  kuinin. Sebaliknya  pada  kuinin  interaksi  banyak terjadi  pada  asam  amino  posisi  521-525 dengan  3  interaksi  berbanding  1  interaksi pada kuinin. Hasil visualisasi perbandingan dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Overlay perbandingan hasil redocking 4-hidroksitamoksifen dengan hasil docking kuinin (Merah =  4-hidroksitamoksifen;  Biru  =
Kuinin)
Hasil
perbandingan visual menunjukkan terdapat perbedaan orientasi pada  4-hidroksitamoksifen  dengan  kuinin. 4-hidroksitamoksifen  memiliki  rantai  yang mengarah  keluar  dari  kantung  aktif  ER- α yang selanjutnya dapat berinteraksi dengan  air  permukaan  pada  ER- α,  yang mana akan memperkuat interaksi antara 4- hidroksitamoksifen dengan ER- α.
Sementara  kuinin seluruh  bagiannya terdapat  pada  kantung  aktif.  Dari  hasil visualisasi dapat disimpulkan bahwa meskipun  sama-sama  dapat  berinteraksi dengan ER- α, 4 -hidroksitamoksifen memiliki afinitas yang lebih tinggi dibandingkan  kuinin.  Untuk  meningkatkan
afinitas  kuinin  terhadap  ER- α,  perlu dilakukan modifikasi  struktural pada kuinin untuk  dapat  berinteraksi  lebih  khususnya pada asam amino posisi 346-353.

## KESIMPULAN
Beberapa antimalaria golongan kuinolin diprediksi memiliki aktivitas sebagai  antagonis  ER- α  dengan  kuinin diprediksi  memiliki  afinitas  paling  tinggi dibandingkan  turunan  kuinolin  lainnya. Meski  demikian,  afinitas  yang  ditunjukkan masih  lebih  rendah  jika  dibandingkan dengan  4-hidroksitamoksifen  selaku  salah satu  terapi  lini  pertama  untuk  kanker payudara ER+. Untuk meningkatkan potensi  antagonis  ER- α  dari  kuinin  perlu dilakukan modifikasi struktural untuk meningkatkan  interaksi  lipofilik  dari  kuinin terutama dengan domain 346-353 dari ER-
α.

## DAFTAR PUSTAKA
Yamamoto-Ibusuki, M., Arnedos, M., Andre, F. 2015.  Targeted  Therapies  for  ER+/HER2-
Pinhel, I., Hills, M., Drury, S., Salter, J., Sumo, G.,  A’Hem,  R.,  Bliss,  J.M.,  Sestak,  I.,  Cuzick, J.,  Barrett-Lee,  P.,  Harris,  A.,  Dowsett,  M. 2012. ER dan HER2 Expression are Positively Correlated in HER2 non-overexpressing Breast  Cancer. Breast  Cancer  Research .  Vol. 14. R46.
Moverare-Skrtic,  S.,  Borjesson,  A.E.,  Farman, H.H.,  Sjorgen,  K.,  Windahl,  S.H.,  Lagerquist, M.K.,  Andersson,  A.,  Stubelius,  A.,  Carlsten, H.,  Gustafsson,  J.,  Ohlsson,  C.  2013.  The Estrogen Receptor Antagonist ICI 182.780 can Act Both as an Agonist and an Inverse Agonist when  Estrogen  Receptor α  AF -2  is  Modified. Proceedings  of  the  National  Academy  of Sciences . Vol. 111. No. 3. 1180-1185.
Metastatic Breast Cancer. BMC Medicine . Vol. 13. 137.
Liu, C.Y., Hung, M.H., Wang, D.S., Chu, P.Y., Su, J.C., Teng, T.H., Huang, C.T., Chao, T.T., Wang,  C.Y.,  Shiau,  C.W.,  Tseng,  L.M.,  Chen, K.F.  2014.  Tamoxifen  Induces  Apoptosis Through  Cancerous  Inhibitor  of  Protein Phospatase
2A-dependent
Phospo-Akt Inactivation  in  Estrogen  Receptor-negative Human  Breast  Cancer  Cells. Breast  Cancer Research . Vol 16. 431.
Kumar,  S.,  Bawa,  S.,  Gupta,  H.  2009. Biological  Activities  of  Quinoline  Derivatives. Mini-Reviews  in  Medicinal  Chemistry .  Vol  9.
1648-1654.
Golden, E.B., Cho, H.Y., Hofman, F.M., Louie, S.G.,  Schonthal,  A.H.,  Chen,  T.C.  2015. Quinoline-based  Antimalarial  Drugs:  a  Novel Class  of  Autophagy  Inhibitors. Neurosurgical Focus . Vol 38. No 3. E12.
Krishnaveni,  M.,  Suresh,  K.,  Arunkumar,  R. 2016. Anti-proliferative and Apoptotic Effects of Quinine  in  Human  Hep-2  Laryngeal  Cancer and KB Oral Cancer  Cell. Bangladesh Journal of Pharmacology . Vol. 11. 593-602.
Singh,  Sandeep  K.  &  Singh,  Shaija.  2014.  A
Brief  History  of  Quinoline  as  Antimalarial Agents. International Journal of Pharmaceutical Sciences Review
and Research . Vol 25. No 1. 295-302.
Mansel,  R.,  Goyal,  A.,  Le  Nestour,  E.,  Masini- Eteve, V., O’Connel, K. 2007. A Phase II T rial of  Afimoxifene  (4-hydroxytamoxifen  gel)  for Cyclical  Mastalgia  in  Premenopausal  Women. Breast  Cancer  Research  and  Treatment .  Vol 106. No 3. 389-397.
Morris, G. M., R.Huey, W.Lindstrom,
M.F.Sanner, R.K.Belew,
D.S.Goodsell, A.J.Olson. 2009. Autodock4 and AutoDockTools4:  Automated  Docking  with Selective Receptor Flexiblity. Journal of Computational Chemistry . Vol 16. 2785-2791.
Kontoyianni,  M.,  McClellan,  Sokol.  2004. Evaluation of Docking Performance : Comparative  Data  on  Docking  Algorithm. Journal  of  Medicinal  Chemistry .  Vol  47.  558- 565.
Bissantz,  C.,  G.Folkers,  D.Rognan.  2000. Protein-based  Virtual  Screening  of  Chemical Databases : Evaluation of Different Docking/Scoring  Combinations. Journal  of Medicinal Chemistry .Vol 43. 4759-4767.
Cosconati, S., S.Forli, A.L.Perryman, R.Harris, D.S.Goodsell, A.J.Olson. 2010. Virtual
Screening  with  AutoDock  :  Theory  and
Practice. Expert  Opinion  Drug  Discovery .  Vol 5. No 6. 597-607.
O’Boyle,  N.,  M.Banck,  C.A.James,  C.Morley, T.Vandermeersch, G.R.Hutchison. 2011. Open Babel : AN Open Chemical Toolbox. Journal of Chemoinformatics . Vol 3. No. 33.
Pratama,  M.R.F.  2015.  Molecular  Docking  of Anticanced Agents: Artemsinin and Derivatives as  HER2  Inhibitor.  Proceedings   of   1st Sari  Mulia  International  Conference  on  Health and Science 2015. Banjarmasin.
Nurhayati,  B.,  Wibowo,  M.S.,  Widyastuti,  Y., Erawijantari,  P.P.,  Widowati,  W.,  Pratama, M.R.F., Gusdinar, T. 2015. In silico Analysis of Plantaricin EF that Expressed by Plasmid-Associated  Bacteriocin  Production Gene  of  Lactobacillus  plantarum  IBL-2  for Anti-Candida Agent Potential. Research Journal of Microbiology . Vol. 10. No. 12. 582-591.
Pratama,   M.R.F.   2016. Akar  kuning (Arcangelisia  flava)  sebagai  inhibitor  EGFR: Kajian in silico. Jurnal Farmagazine . Vol. 3 No. 1. 6-16.