Protein Terapetik dan Insulin Manusia
Protein terapetik merupakan suatu hasil dari rekayasa protein yang dirancang untuk memiliki aktivitas sebagai obat dandigunakan untuk keperluan klinis. Rancangan suatu protein terapetik terus terjadi dengan tujuan untuk meningkatkan potensi, efikasi, dan keamanan dari kinerja protein itu sendiri (Carter 2011). Salah satu contoh protein terapetik yang berkembang adalah insulin manusia.
Insulin manusia merupakan suatu hormon yang diproduksi di dalam sel beta dari sel endokrin di pankreas yang menghasilkan hormon dan bersifat penting dalam regulasi metabolisme glukosa. Hormon ini memiliki dua rantai, yaitu rantai asam amino A dan asam amino B, yang diikat oleh ikatan disulfida. Insulin manusia buatan berasal dari rekayasa genetika, di mana gen yang menghasilkan insulin manusia akan disisipkan pada suatu host bakteri untuk memproduksi insulinnya. Hal ini akan mempercepat produksi dan karakteristik insulinnya akan identik dengan insulin alami yang diproduksi oleh tubuh sehingga tidak menimbulkan reaksi-reaksi seperti alergi.
Fungsi dari insulin manusia adalah sebagai bahan terapi untuk pasien diabetes dari segala tipe. Kebutuhan insulin dapat berbeda-beda, tergantung pada tingkat sekresi insulin alami yang diproduksi oleh tubuh serta resistensi tubuh terhadap insulin. Jika pasien memiliki diabetes tipe 1, maka ia akan membutuhkan pengobatan insulin sepanjang hidupnya. Sedangkan untuk diabetes tipe 2, terapi insulin akan tetap dibutuhkan, namun tidak permanen dan masih dapat diselingi dengan diet, olahraga, pengurangan berat badan, dsb.(Migdalis 2011).
Insulin ini memiliki signaling pathway sebagai mekanisme kerjanya. Pertama, insulin akan berikatan dengan receptor INSR yang ada pada membran sel dan memicu adanya perubahan konformasi dari reseptor tersebut sehingga terjadi autofosforilasi atau ketambahan fosfat. Kemudian, hal ini membuat aktivasi dalam protein Insulin Receptor Substrate atau IRS yang akan berperan sebagai situs untuk signaling molekul. Kemudian, IRS ini akan mengaktifkan jalur pathway lainnya, yaitu PI3K dan menghasilkan suatu molekul yaitu PIP3. Molekul ini akan mengaktifkan serine atau threonine kinase atau protein kinase B yang meregulasikan metabolisme glukosa dalam tubuh.
Selain itu, IRS juga mengaktifkan MAPK pathway yang penting dalam proliferasi sel. Dari kedua pathway tersebut, AKT akan menstimulasikan GLUT4 yang penting dalam meningkatkan penyerapan kadar glukosa dalam sel. Selain itu, AKT juga mengaktivasi sintase glikogen dalam tubuh sehingga terjadilah sintesis glikogen. Lalu jika dilihat dari sisi lain, terdapat juga jalur feedback inhibition dari insulin signaling pathway ini yang bertujuan untuk menghindari adanya overstimulation dari metabolisme glukosa atau lainnya dengan cara didefosforilasi INSR-nya dan IRS-nya sehingga signaling berkurang (Petersen & Shulman 2018).
Gambar 1 Mekanisme kerja dari insulin dalam tubuh (Petersen & Shulman 2018).
Produksi Protein Terapetik
Gambar 2 Diagram blok proses untuk memperoleh insulin manusia rekombinan dari sel E. coli 20 (Zielinski et al. 2019).
Produksi protein terapeutik, khususnya insulin rekombinan dari E. coli, melibatkan beberapa tahapan seperti pada (Gambar 2), proses dimulai dengan kultur sel E. coli yang berperan sebagai inang ekspresi insulin rekombinan. E. coli dipilih karena pertumbuhannya yang cepat dan kapasitasnya dalam memproduksi protein dalam jumlah besar, yang menjadikannya sistem ekspresi yang efisien dan ekonomis untuk produksi skala industri (Sharma et al. 2011). Setelah periode inkubasi, sel E. coli ini menghasilkan badan inklusi, yakni agregat protein yang berisi pro-insulin dalam bentuk tidak larut. Badan inklusi ini kemudian dipisahkan dari komponen seluler lainnya melalui sentrifugasi, yang merupakan tahap awal dalam proses pemurnian (Steiner et al. 2002). Namun, protein dalam badan inklusi ini berada dalam kondisi terdenaturasi dan tidak aktif secara biologis, sehingga memerlukan proses pelarutan untuk mengembalikan struktur aslinya.