Analisis Variasi Genetik pada Kanker Nasofaring dengan Onset Usia Muda menggunakan Whole Exome Sequencing dan In Silico

Humardani, Farizky Martriano and dr. Hikmawan Wahyu Sulistomo, Ph.D and Dr.rer.nat Sulistyo Emantoko Dwi Putra, S.Si., M.Si (2023) Analisis Variasi Genetik pada Kanker Nasofaring dengan Onset Usia Muda menggunakan Whole Exome Sequencing dan In Silico. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Kanker nasofaring (KNF) merupakan suatu jenis tumor epitel yang berawal dari resesus faringeus di nasofaring. Insidensi KNF cenderung meningkat seiring dengan pertambahan usia, dan di daerah dengan insidensi tinggi, mayoritas kasus biasanya muncul pada individu berusia 40 hingga 59 tahun. Pada individu di bawah usia 20 tahun, kejadian KNF sangat langka, dengan persentase kurang dari 1% dari total kasus. Infeksi oleh virus Epstein-Barr (EBV), yang telah dikaitkan erat dengan insidensi KNF. di Indonesia, dimana 100% anak berusia 5 tahun telah terinfeksi EBV, dan akan membawa virus ini sepanjang hidup. Hal ini memungkinkan adanya risiko yang lebih besar untuk terjadinya KNF pada masa yang akan datang. Infeksi EBV diatur oleh interaksi virus dengan reseptor sel, termasuk ITGB6, NMHC-IIA, NRP1, dan EphA2. Fungsi reseptor ini sangat dipengaruhi oleh faktor genetik, dan variasi genetik terakhir dilaporkan pada gen ITGB6. Namun, perannya dalam patofisiologi KNF masih belum jelas. Studi ini bertujuan untuk menganalisis variasi genetik pada pasien KNF dengan onset usia muda, menggunakan whole exome sequencing (WES). Hasil ini kemudian digunakan untuk analisis in silico untuk memodelkan struktur protein dan melakukan simulasi molecular docking. Studi kasus ini dilakukan terhadap dua pasien muda yang mengidap KNF. Sampel DNA dari pasien tersebut dianalisis dengan menggunakan metode Whole Exome Sequencing (WES), dan hasilnya menemukan variasi genetik pada gen HLA-DRB1, HLADQB1, NMHC-IIA, dan NRP1. Dua dari variasi genetik tersebut, yaitu NRP1 alel G rs7079053 dan NMHC-IIA alel C rs2269529, menyebabkan perubahan dalam struktur asam amino. Pemodelan tiga dimensi protein mengindikasikan bahwa variasi pada NRP1 rs7079053 berdampak pada struktur dan kestabilitas protein. NRP1 yang normal memiliki persentase ramachandran favoured sebanyak 96.55%, sementara NRP1 dengan mutasi memiliki persentase yang sedikit lebih rendah, yaitu 94.83%. Molprobity score juga menunjukkan perbedaan antara NRP1 normal (0.91) dan NRP1 mutan (1.08), dengan nilai yang lebih rendah pada NRP1 normal mengindikasikan kualitas struktur protein yang lebih unggul dibanding NRP1 mutan. Hasil analisa ini telah divalidasi dengan PremPS, yang menunjukkan bahwa NRP1 mutan memiliki nilai ΔΔG sebesar 2,73 kcal mol-1. Mutasi ini terlokalisasi pada bagian inti atau "core" dari protein tersebut. Di sisi lain, protein NMHC-IIA yang mengalami mutasi menunjukkan nilai ΔΔG sebesar 0,04 kcal mol-1, dengan lokasi mutasi berada di bagian permukaan atau "surface" struktur protein. Nilai ΔΔG yang lebih besar atau sama dengan 1.0 kcal mol-1 mengimplikasikan adanya ketidakstabilan dalam struktur protein. Mutasi yang terjadi pada bagian inti protein berdampak signifikan terhadap struktur dan stabilitas protein tersebut. Simulasi molecular docking menjadi tantangan karena kurangnya data tentang lokasi binding site pada NRP1 dan NMHC-IIA. Untuk mengatasinya, blind docking dilakukan dengan menggunakan ClusPro. Hasilnya menunjukkan penurunan binding affinity pada NRP1 dengan mutasi (-1147.4, -1089.8 dan -1155.8) dibandingkan dengan NRP1 normal (-1155.4, -1110.2 dan -1158.3). Hal ini konsisten dengan perubahan struktur dan stabilitas yang telah ditemukan sebelumnya pada NRP1 dengan mutasi. Penelitian ini menunjukkan bahwa variasi genetik pada NRP1 rs7079053 mungkin berkontribusi terhadap gejala ringan, pertumbuhan lambat, dan metastasis minimal pada subyek pertama, dibandingkan dengan subyek kedua. Temuan ini menunjukkan bahwa variasi genetik dapat mempengaruhi perjalanan dan hasil KNF pada pasien.

English Abstract

Nasopharyngeal cancer (NPC) is a type of epithelial tumor that originates from the pharyngeal recess in the nasopharynx. The incidence of NPC tends to increase with age, and in areas with high incidence, the majority of cases typically occur in individuals aged between 40 and 59 years. In individuals under 20 years old, the occurrence of NPC is extremely rare, constituting less than 1% of total cases. Infections by the Epstein-Barr virus (EBV), which has been closely linked to NPC incidence, is a significant factor. In Indonesia, where 100% of children aged 5 have been infected by EBV, the virus stays with them for life, increasing the potential risk of NPC in the future. EBV infection is regulated by the virus's interaction with cell receptors, including ITGB6, NMHC-IIA, NRP1, and EphA2. The function of these receptors is heavily influenced by genetic factors, and recent genetic variations have been reported in the ITGB6 gene. However, its role in NPC pathophysiology remains unclear. This study aims to analyze genetic variations in young-onset NPC patients using whole exome sequencing (WES). The results are then used for in silico analysis to model protein structure and conduct molecular docking simulations. A case study has been carried out on two young NPC patients. DNA samples from these patients were analyzed using the Whole Exome Sequencing (WES) method, and the results identified genetic variations in the HLA-DRB1, HLA-DQB1, NMHC-IIA, and NRP1 genes. Two of these genetic variations, NRP1 allele G rs7079053 and NMHC-IIA allele C rs2269529, resulted in changes in the amino acid structure. Three-dimensional protein modeling indicates that variation in NRP1 rs7079053 impacts the structure and stability of the protein. Normal NRP1 has a ramachandran favored percentage of 96.55%, while mutated NRP1 has a slightly lower percentage, at 94.83%. The molprobity score also differs between normal NRP1 (0.91) and mutated NRP1 (1.08), with a lower score in normal NRP1 indicating superior protein structure quality compared to mutated NRP1. The analysis has been validated with PremPS, showing that the mutated NRP1 has a ΔΔG value of 2.73 kcal mol-1. The mutation is located in the protein's core. On the other hand, the mutated NMHC-IIA protein has a ΔΔG value of 0.04 kcal mol-1, and the mutation is located on the protein structure's surface. A ΔΔG value greater or equal to 1.0 kcal mol-1 implies instability in the protein structure. Mutations in the core of the protein significantly affect the protein's structure and stability. Molecular docking simulation is challenging due to the lack of data on the binding site locations on NRP1 and NMHC-IIA. To overcome this, blind docking was conducted using ClusPro. The results showed a decrease in binding affinity in mutated NRP1 (- 1147.4, -1089.8 and -1155.8) compared to normal NRP1 (-1155.4, -1110.2 and -1158.3). This is consistent with the previously discovered changes in structure and stability in mutated NRP1. This research suggests that genetic variation in NRP1 rs7079053 may contribute to milder symptoms, slow growth, and minimal metastasis in the first subject, compared to the second subject. The findings indicate that genetic variations can influence the progression and outcome of NPC in patients.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	0423060114
Divisions:	S2/S3 > Magister Ilmu Biomedis, Fakultas Kedokteran
Depositing User:	Endang Susworini
Date Deposited:	26 Jan 2024 01:42
Last Modified:	26 Jan 2024 01:42
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/214078

Text (DALAM MASA EMBARGO) Farizky Martriano Humardani.pdf Restricted to Registered users only Download (6MB)

Actions (login required)

View Item