BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Penuaan

Penuaan bukanlah hanya proses menjadi tua. Penuaan adalah proses yang

membuat “tua tidak sebaik baru” dan ketika laju kegagalan meningkat bersamaan

dengan peningkatan usia, orang menjadi sakit, lemah dan kadang sekarat

(Gavrilov, 2004). Penuaan secara praktis dapat dilihat sebagai suatu penurunan

fungsi biologik dari usia kronologik. Penuaan tidak dapat dihindarkan dan

berjalan dengan kecepatan berbeda, tergantung dari susunan genetic seseorang,

lingkungan dan gaya hidup, sehingga penuaan dapat terjadi lebih dini atau lambat

tergantung kesehatan masing – masing invidu. (Fowler, 2003)

Definisi penuaan menurut A4M (American Academy of Anti-Aging

Medicine) adalah kelemahan dan kegagalan fisik-mental yang berhubungan

dengan penuaan normal yang disebabkan oleh disfungsi fisiologik, dan dalam

banyak kasus dapat diubah dengan intervensi kedokteran yang tepat. (Klatz, 2003)

2.2. Beberapa Teori Penuaan

Penuaan dalam teori ilmiah sangatlah beragam. Tetapi secara

komprehensif teori penuaan dapat disingkat dan diuraikan menjadi dua kelompok

besar yaitu, DNA Damage Theory dan Built-in Breakdown Theory : (Ratnawati,

2002)

5

Deoxyribonucleic Acid (DNA) Damage Theory atau teori kerusakan

DNA masih dapat dibagi atas :

1. DNA Damage and Repair Theory.

Kemampuan sel tubuh dalam mereparasi kerusakan DNA di

dalam inti sel terbatas. Jika kerusakannya banyak, maka akan

ada sisa kerusakan yang tidak dapat diperbaiki. Makin lama

kerusakan yang tidak dapat diperbaiki ini makin banyak dan

menumpuk. Dengan demikian teori ini disebut juga teori

penumpukan kerusakan DNA atau error catastrophe theory.

Gambar 2.1 DNA damage and repair theory

(sumber : Richard S, 2010)

6

2. Free Radical and Oxidation Theory.

Metabolisme makanan, selain menghasilkan energi untuk

tubuh ternyata juga menghasilkan gugus kimia lain yang

disebut sebagai free radical atau radikal bebas yang dapat

merusak sel. Kerusakan sel oleh radikal bebas ini sebenarnya

dapat dihambat dengan pengaturan diet serta pemberian

antioksidan tambahan di dalam makanan.

3. Mitchondrial DNA (mt DNA) Theory.

Menurut teori ini, kerusakan DNA mitokondria ternyata tidak

dapat diperbaiki oleh sel, karena mekanisme dan perangkat

enzim untuk perbaikan seperti di dalam DNA inti, tidak

dimiliki oleh DNA mitokondria. Kerusakan mt DNA bisa

dihambat dengan mengurangi radikal bebas yang timbul dari

metabolism makanan.

4. Radiation Theory.

Dalam teori ini, penuaan terjadi karena pengaruh radiasi.

Radiasi yang terbanyak dan paling umum berasal dari sinar

Ultra Violet (UV, bagian dari sinar matahari) yang dapat

menyebabkan kerusakan sel dan mitokondria. Radiasi mampu

membentuk radikal bebas dari pemecahan molekul air di

dalam sel. Radikal bebas ini akan merusak DNA baik di

dalam inti maupun di dalam mitokondria. Makin pendek

spektrum cahaya, makin poten radiasi yang ditimbulkan dan

7

makin banyak menyebabkan kerusakan sel. Melihat reaksi

dan kerusakan dari teori radiasi ini, maka tampak bahwa

radiasi juga berhubungan dengan free radical and oxidation

theory, DNA damage and repair theory serta mitochondrial

DNA theory.

Selain teori DNA Damage Theory, Built-in Breakdown Theory masih terbagi juga

atas :

1. Disposable Soma Theory.

Sesuai hukum alam, makhluk yang sudah tidak mampu

bereproduksi memang selayaknya menua dan mati. Selain itu,

makhluk yang selalu sakit – sakitan karena tua, menjadi amat

mahal dalam hal penggunaan energi/biaya untuk tetap hidup.

Hukum ini tampaknya sesuai dengan strategi dan perhitungan

cost and benefit dari hukum alam semesta.

2. Genetic Theory.

Genetic clock (jam genetic) ternyata telah teprogram di dalam

sel. bila sel harus membelah dan bila harus berhenti

membelah. Program penuaan ditentukan oleh mt DNA dari

induk dan DNA nukleus dari ayah dan ibu. Teori ini mirip

dengan Hayflick phenomenon tentang limitasi pembelahan

sel. Makin sering sel membelah, makin cepat sel itu menua.

8

3. Telomere Theory.

Sebagaimana diketahui, DNA sel membelah dengan

mekanisme satu arah setiap kali terjadi pembelah selama

panjang ujung telomere (ujung lengan pendek kromosom)

akan berkurang panjangnya (sekitar 65 rantai dasar asam

amino) karena saat pemutusan duplikat kromosom akan

terjadi “perlukaan” ujung kromosom. Makin sering sel itu

membelah, ujung telomere-nya menjadi makin cepat

memendek dan akhirnya habis serta tidak mampu membelah

lagi.

Gambar 2.2 Telomere theory

(sumber : Wang, 2010)

4. Immunological Theory.

Daya tahan tubuh makhluk hidup dibentuk antara lain oleh

aktivasi dan proliferasi sel – sel imunokompeten. Sinyal

pengaktif pembelahan sel imunokompeten ternyata juga

makin lama makin lemah, seiring dengan penuaan. Jika

9

sering sakit, berbagai produk penyakit antara lain zat radikal

bebas menjadi semakin banyak jumlahnya dan sel

imunokompeten juga makin sering membelah. Dengan

demikian tubuh makin cepat tua dan makin lemah daya tahan

tubuhnya karena efek dari radikal bebas yang timbul pada

saat pertahanan terhadap infeksi ataupun karena efek limitasi

kemampuan pembelahan (berhubungan dengan telomere

theory) dari sel-sel imunokompeten.

5. Apoptosis Theory

Disebut juga sebagai teori program bunuh diri (commit

suicide) dari sebuah sel jika lingkungan sekitarnya berubah.

Lingkungan yang berubah (termasuk di dalamnya oleh karena

stress, hormone tubuh yang berkurang, dan lain – lain kondisi

yang berubah) akan memacu apoptosis di berbagai

jaringan/organ tubuh.

2.3. Telomere

Telomere adalah kelompok urutan dasar DNA yang berada pada

bagian ujung DNA linier. Meskipun termasuk dalam untai DNA, telomere

tidak mengkode protein apa pun, sehingga bukan merupakan gen. Telomere

berperan penting dalam menjaga kestabilan genom tiap sel. (Dipinho, 2011)

Kata telomere berasal dari bahasa Yunani, yaitu telos yang berarti akhir

dan meros yang berarti bagian. Keberadaan dari suatu bagian akhir dari

10

kromosom, pertama kali dikatakan oleh Muller pada tahun 1983. (Oeseburg et.

Al, 2010)

2.4 Struktur dan Fungsi Telomere

Telomere tersusun dari urutan basa – basa nukleotida dengan motif

tertentu yang berulang – ulang ratusan hingga ribuan kali, yang berfungsi sebagai

penutup dan pemeliharaan . Pada manusia, motif telomer yang berulang adalah

TTAGGG. DNA telometrik melindungi gen organisme dari erosi melalui replikasi

DNA yang berurutan. Selain itu DNA telometrik dan protein khusus yang terkait

dengan DNA ini entah bagaimana ternyata mampu mencegah ujung – ujung

tersebut mengaktifkan sistim sel untuk memonitor kerusakan DNA. (Blasco et.al,

1997; Yoshiko Takahashu et.al., 2000)

Sebelum membelah diri, sel akan menjalani beberapa fase. Salah satunya

adalah fase sintesis atau fase S yang memungkinkan penggandaan seluruh untai

DNA yang menyusun genom. Penggandaan DNA pada umumnya dilakukan oleh

emzim DNA-polimerase. Namun demikian, sintesis DNA yang dianut oleh DNA

polymerase tidak memungkinkan penggandaan pada bagian ujung DNA linear.

Dengan adanya struktur telomer yang khas dan enzim telomerase penggandaan

untai DNA dapat dilakukan scara menyeluruh. (Theimer, Feigon, 2003)

Keadaan suatu sel yang apabila tidak memiliki enzim telomerase maka

sel tersebut tidak mampu menggandakan bagian yang menyebabkan untai DNA

pada sel anakan menjadi lebih pendek dari sel awal. Bila keadaan ini berlanjut

terus – menerus seiring dengan pembelahan sel, untai DNA menjadi terlalu

11

pendek dan kestabilan genom terganggu. Keadaan ini mengancam kelanjutan

hidup sel, dan dapat mengaktifkan program bunuh diri sel (apoptosis), atau sel

berhenti membelah dan memasuki tahap jompo (senescence). (Neidle, Parkinson,

2003)

2.5 Telomerase

Telomerase adalah suatu enzim yang menambahkan urutan DNA

berulang di ujung atas DNA pada bagian telomere, yaitu bagian ujung

kromosom eukariota. Telomerase ditemukan oleh Carol W Greider dan

Elizabeth pada tahun 1985. Pengaturan telomerase dalam sel manusia

bersifat multifaktorial, melibatkan ekspresi gen telomerase, interaksi protein

pasca translasi, dan fosforilasi protein. Sejumlah proto-oncogens dan gen

tumor suppresor terlibat dalam pengaturan aktivitas telomerase. Beberapa

faktor fisiologis, misalnya Epidermal Growth Factor (EGF) dan faktor-faktor

pertumbuhan yang lain juga dapat mempengaruhi telomerase. (Greider,

Blackburn, 1985)

Enzim ini tergolong transkriptase balik (reverse transcriptase) yang

membawa molekul RNA-nya (ribonuceic acid) sendiri, yang selanjutnya

digunakan sebagai cetakan sewaktu mengulur telomer, yang memendek

setiap siklus replikasi. (Greider, Blackburn, 1985)

12

2.6 Struktur dan Fungsi Enzim Telomerase

Telomerase merupakan RNA-dependent DNA polymerase yang

memiliki inti yang terdiri dari subunit RNA yaitu human telomerase RNA

(hTER), komponen protein (human telomerase associated protein 1-hTEP1)

dan subunit katalis human telomerase reverse transcriptase (hTERT). Dari

subunit ini, aktivitas telomerase membutuhkan adanya hTER, yang

merupakan RNA template dari telomeric repeat, dan hTERT yang

merupakan reverse transcriptase. (Ratnawati , 2002)

Pada tahun 1972 James D.Watson menemukan DNA polimerase

yaitu suatu enzim untuk replikasi DNA yang ternyata tidak bisa meng’copy’

seluruh panjang kromosom, terdapat suatu daerah di bagian ujung kromosom

(telomer) yang tidak di ‘copy’, sehingga mengakibatkan telomere akan

bertambah pendek pada sel anak dan akibatnya akan mengancam kehidupan

dan proses replikasi sel. Oleh karena itu pada telomer terdapat subunit DNA

yang harus tetap dibuat ‘copy’ nya agar panjang kromosom tetap dan sel

dapat bertahan untuk terus mengalami mitosis. Keadaan ini disebut sebagai

“end replication problem” dan hal ini dapat diatasi oleh enzim telomerase.

(Ratnawati, 2002)

Enzim telomerase mengatasi hal tersebut dengan membuat rantai

DNA tambahan yang terdiri dari urutan nukleotida yang berulang

(merupakan subunit telomer). Tambahan tersebut dibuat sebelum proses

replikasi berlangsung, akibatnya ujung kromosom (telomer) akan memiliki

panjang yang tepat sama dengan kromosom inangnya. (Ratnawati H, 2002)

13

Gambar 2.3 Telomerase template

(sumber : Schlender, 2012)

2.7. Faktor – Faktor yang Berpengaruh Terhadap Pemendekan

Telomere

Faktor – faktor yang berpengaruh terhadap pemendekan telomere

pada pria dan wanita sangat bervariasi dan faktor – faktor yang berpengaruh

ini sering dianggap dapat mempercepat penuaan dan beresiko dengan

kematian dini, salah satunya adalah masalah status sosial ekonomi, tingkat

stress yang tinggi, kebiasaan merokok, obesitas. Pemendekan telomere juga

dipercepat oleh berbagai jenis penyakit yang terkait dengan penambahan

usia, seperti penyakit kardiovaskular, infeksi dan lain – lain. ( Blasco , 2007)

Beberapa syndrome yang berkarakterisasi mutasi pada gen

telomerase yang mengakibatkan percepatan terhadap pemendekan telomer.

Kasus dyskeratosis congenital, anemia aplastik dan idiopathic pulmonary

14

fibrosis juga sebagai beberapa faktor yang mempercepat pemendekan

telomer. Beberapa pasien yang didiagnosa anemia aplastik juga

menunjukkan mutasi pada gen telomerase yaitu gen TERC dan TERT, yang

sering berakibat pemendekan telomere dan kematian dini. ( Blasco, 2007)

2.8. Mekanisme Penuaan Akibat Pemendekan Telomere

Penuaan merupakan penurunan keadaan homeostasis secara

progresif setelah fase reproduktif kehidupan tercapai sehingga menimbulkan

risiko peningkatan penyakit atau kematian. Penuaan secara biologis

dikaitkan dengan usia secara kronologis, namun penuaan secara dini dapat

terjadi diawal kehidupan sebagai kegagalan dalam merawat serta

memperbaiki sel dan organ karena kerusakan DNA (deoxyribose nucleic

acid). ( Yulianto, 2011)

Penuaan sel dikaitkan pula dengan pemendekan telomer pada setiap

kali membelah yang berperan sebagai penyebab penuaan sel dan merupakan

komponen pada jam mitosis (mitotic clocks). Mekanisme jam (clock

mechanism) pada telomer disebabkan oleh ketidak-mampuan DNA

polymerase untuk menyelesaikan replikasi pada ujung kromosom linier yang

mengakibatkan kromosom kehilangan sebagian dari ulangan telomer

(telomere repeats) yaitu (TTAGGG). Pada akhirnya telomer akan memendek

secara bertahap pada setiap pembelahan sel (dengan penuaan) yang

mengakibatkan kromosom tidak stabil. (Yulianto, 2011)

15

Dalam setiap pembelahan sel, telomer akan memendek 50-200 base

pairs karena DNA polymerases tidak mampu mereplikasi 3’ termini secara

utuh, fenomena ini dinamakan ‘the end of replication problem’. Telomer

yang disfungsi dikenal sbagai DNA rusak yang memicu penghentian

pertumbuhan permanen yang dikenal sebagai replicative senescence. .

Telomere yang terlalu pendek menyinalkan penghentian (arrest) siklus sel

atau apoptosis, bergantung pada jenis sel, yang turut andil dalam

menyebabkan penipisan selular seiring penuaan. (Pangkahila, 2007;

Ratnawati, 2002)

Gambar 2.4 The end replication problem

(sumber : Greider et.al, 1996)

2.9 Peranan Telomere dan Telomerase Terhadap Terapi Anti-aging

Penuaan adalah penurunan secara fisiologis fungsi tubuh dan

berbagai sistem organ yang mengakibatkan peningkatan kejadian penyakit.

16

Anti-aging medicine sendiri merupakan salah satu spesialisasi bidang

kedokteran yang menerapkan ilmu dan teknologi kedokteran mutahkhir

untuk deteksi dini, prevensi, terapi serta membalikkan disfungsi organ –

organ dan penyakit yang berhubungan dengan usia tua. Prinsip dasar anti-

aging medicine meliputi : ( Datau, Wibowo, 2005)

1. Ilmiah.

2. Bukti klinis, dengan penelitian buta ganda acak dan

terkontrol.

3. Holistik, jiwa raga, dari kulit ke tulang, dari ujung rambut

sampai ujung kaki.

4. Sinergis, pendekatan terapi multi modalitas.

5. Terdokumentasi dalam jurnal perkumpulan seminat.

Terdapat beberapa penelitian mengenai peran telomer dan enzim

telomerase yang berkaitan dalam terapi anti-aging yaitu, penghargaan nobel

dalam bidang ilmu fisiologi dan kedokteran mengenai “bagaimana

kromosom dilindungi oleh telomer dan enzim telomerase” pada tahun 2009

serta penemuan mengenai TA-65 pada tahun 2011. (Blackburn et. Al., 2009;

Scheeneberger et. Al., 2011).

Sekitar tahun 1930-an, Herman Muller (peraih hadiah Nobel tahun

1946) dan Barbara McClintock (peraih nobel tahun 1983) telah meneliti

bahwa struktur DNA pada ujung kromosom, diperkirakan dapat mencegah

kromosom untuk melekat satu sama lain. Struktur DNA yang membentuk

17

topi pada ujung kromosom tersebut disebut telomere. Telomere mempunyai

urutan DNA yang khas dan spesifik pada setiap organisme. (Szostack, 2009)

Ketika sebuah sel membelah, molekul DNA yang mengandung empat

basa yang membentuk kode genetik, disalin basa demi basa oleh enzim

polymerase. Namun pada satu dari dua ujung DNA, permasalah timbul yaitu

pada bagian paling akhir dari ujung DNA tidak dapat disalin. Oleh karena

itu, kromosom akan memendek setiap kali sel terbelah. Masalah ini dapat

dipecahkan setelah diketahui peran dan fungsi telomer oleh peraih

penghargaan nobel kedokter dan ilmu fisiologi pada tahun 2009. (Blackburn

et. Al., 2009)

Pada awal penelitian mengenai telomer, Elizabeth Blackburn

memetakan urutan DNA. Saat mempelajari kromosom Tetrahymena, sebuah

organisme satu sel siliata, dia mengidentifikasi sebuah urutan DNA yang

diulang – ulang beberapa kali pada ujung kromosom. Fungsi urutan yang

berupa CCCCAA masih belum jelas. Sebelumnya, Jack Szostak telah

membuah penelitian bahwa sebuah molekul DNA linier, sebuah tipe

monokromsom yang didegradasi secara cepat saat dimasukkan ke sel ragi.

(Blackburn et. Al., 2009)

Blackburn dan Jack Szostack memutuskan untuk melakukan

eksperimen menembus batas spesies yang sangat jauh berbeda. Melalui

DNA Tetrahymena, Blackburn mengisolasi urutan CCCCAA. Szostac

memasangkannya dengan minikromosom dan memasukkannya ke dalam sel

ragi. Hasilnya yang telah dipublikasikan pada tahun 1982, sangat

18

mengejutkan, terdapat urutan telomer DNA melindungi minikromosom dan

degradasi. Hal ini memperlihatkan sebuah keberadaan mekanisme dasar

yang tidak diketahui sebelumnya. Kemudian, hal ini menjadi bukti bahwa

telomer DNA dengan urutan khasnya terdapat pada seluruh tumbuhan dan

hewan, dari amuba hingga manusia. (Blackburn et. Al., 2009)

Gambar 2.5 Telomer yang terlihat pada Tetrahymena

(sumber: Rohl, 2009)

Pada tahun 1984, Carol Greider memulai menginvestigasi sebuah

kemungkinan bahwa pembentukan telomer DNA dipengaruhi oleh suatu

enzim yang belum diketahui. Greider menemukan tanda – tanda aktivitas

enzim pada ekstrak sel. Greider dan Blackburn menamakannya enzim

telomerase, memisahkannya dan menunjukkan bahwa enzim juga

mengandung RNA seperti halnya protein. Komponen RNA dibuktikan

mengandung urutan CCCCAA. Enzim ini berperan sebagai cetakan saat

19

telomer dibentuk, saat komponen protein dibutuhkan untuk proses konstruksi

contohnya aktivitas enzim. Telomerase memperpanjang telomer DNA,

menyediakan tempat yang membuat DNA polymerase dapat mencetak

keseluruhan panjang kromosom tanpa kehilangan bagian pada ujungnya.

(Blackburn EH et. Al., 2009)

Gambar 2.6 Perpanjangan telomer oleh telomerase

(Sumber: Rohl, 2009)

Kelompok Szostak mengidentifikasi sel ragi yang termutasi dapat

menyebabkan pemendekan bertahap dari telomer. Beberapa sel tumbuh

dengan buruk dan berhenti membelah. Blackburn dan asistennya membuat

mutasi pada RNA telomerase dan meneliti efek yang sama pada

Tetrahymena. Pada kedua kasus tersebut,hal ini menimbulkan penuaan sel

premature dan penuaan fungsi sel akibat penuaan. Sebaliknya telomer

20

fungsional malah mencegah kerusakan kromosom dan memperlambat

penuaan sel. Selanjutnya, kelompok Greider memperlihatkan bahwa penuaan

sel manusia diperlambat oleh telomerase. Penelitian memberi kesimpulan

bahwa urutan DNA pada telomer menarik protein yang membentuk penutup

protektif di sekeliling ujung untai DNA yang rapuh. (Blackburn EH et. Al.,

2009)

Gambar 2.7 Perbedaan minikromosom dengan dan tanpa telomer

(sumber : Rohl, 2009)

Penelitian mengenai telomer terus berlanjut termasuk mengenai

beberapa tanaman herbal, yaitu Astragalus membranaceus.Tanaman ini

berpotensi untuk meningkatkan vitalitas, dan berfokus kepada peningkatan

imunitas. Astragalus membranaceus terbukti mengandung polisakarida,

21

saponin, flavonoid, asam amino dan beberapa elemen penting. Polisakarida

yang terdapat pada Astragalus,memiliki fungsi baik yang bekerja pada

imunomodulator, yaitu pada fraksi F3. Selain itu, flavonoid yang terkadung

pada Astragalus dapat menghambat peroksidase lipid dan juga menghambat

superoxide anion dan juga berpengaruh baik terhadap oksidasi protein.

Dengan melihat beberapa benefit dari Astragalus, TA-sciences

memproduksi ekstrak dari akar Astragalus ini dengan nama dagang TA-65.

TA-65 diakui betul dapat meningkatkan imunitas yang berdampak dapat

meningkatkan panjang telomer serta penurunan presentase resiko

pemendekan telomer serta penurunan presentase resiko pemendekan telomer

TA-65 yang telah dilakukan pada tahun 2011. Senyawa TA-65

adalah molekul kecil dari aktivator telomer yang dimurnikan dari akar

Astragalus membranaceus yang mampu meningkatkan panjang telomer serta

penurunan persentase resiko pemendekan telomer dengan cara mengaktivasi

enzim telomerase.

22