Reseptor Androgen Dan Perannya dalam Reproduksi Pria

Reseptor androgen adalah anggota dari keluarga reseptor hormon steroid. Reseptor androgen bertanggung jawab untuk memediasi efek fisiologis androgen dengan mengikat urutan DNA spesifik yang mempengaruhi transkripsi gen androgen responsif. 

Reseptor merupakan protein yang ada dalam sel dalam jumlah kecil, tetapi dapat mengikat hormon secara spesifik dan kuat. Molekul reseptor mempunyai fungsi utama mengikat hormon tertentu, mengikat DNA dan mengatur transkripsi gen. 

Komplek reseptor androgen dapat menempel pada kromatin dan mempengaruhi transkripsi gen melalui pengikatan pada ujung 5 dari gen (regulatory side). Hormon testosteron di sintesis didalam sel leydig dan diekskresikan kedalam darah, kemudian masuk ke berbagai organ target melaui transport pasif atau melalui reseptor.

Organisasi Genomik Reseptor Androgen

Reseptor Androgen dikenal sebagai NR3C4 (Reseptor nucleus Subfamily 3, group C, merupakan suatu type reseptor nuleus yang diaktifasi oleh ikatan (binding) dari kedua hormon androgen yaitu testosteron dan dihidrotestosteron. 

Hormon testosteron merupakan hormon steroid yang akan berinteraksi dengan sel target dan akan mempengaruhi fungsinya melalui Reseptor Androgen. Struktur molekul testosteron dari N terminal ke C terminal dapat dibedakan menjadi 3 domain, yaitu: 

Domain transaktivasi, yaitu bagian yang mengatur aktifitas reseptor setelah bergabung dengan ligand spesifiknya yaitu testosterone

Domain DNA binding, yaitu bagian yang berinteraksi dengan DNA promotor gen spesifik pada target, dan berlaku pada semua hormon steroid

Domain ligand binding, yaitu bagian yang mengikat ligand atau hormon spesifiknya yaitu testosteron.

Struktur dan Peran Reseptor Androgen

Struktur Reseptor Androgen

Gen reseptor androgen terletak pada kromosom Xq 11-12 yang merupakan salinan tunggal pada laki-laki. Kehilangan total fungsi reseptor androgen pada pria genetik (XY) menyebabkan sindrom insensitivitas androgen yang akan berdampak secara fenotip, dimana tidak hanya mempengaruhi perkembangan morfologis laki-laki tetapi juga untuk konfigurasi sistem syaraf pusat laki-laki.

Reseptor androgen terdiri dari tiga domain fungsional utama: Domain regulasi transkripsi N-terminal, DNA Binding Domain (DBD) dan domain Pengikatan Ligan. Domain N-terminal dari reseptor androgen adalah yang paling bervariasi, sementara DBD adalah wilayah yang paling stabil diantara  reseptor reseptor hormon steroid. Hal ini menyebabkan pengikatan elemen respon androgen selektif (AREs) memungkinkan aktivasi Reseptor Androgen.  

DBD terhubung dengan domain pengikatan ligan yang juga memiliki struktur yang mirip, berfungsi memediasi interaksi antara reseptor androgen dengan protein pendamping dan berinteraksi dengan N-terminus reseptor androgen untuk menstabilkan ikatan androgen.

Antara domain DNA binding dan ligand binding dipisahkan oleh bagian yang berfungsi sebagai engsel. Reseptor androgen dan hormon steroid lainnya berfungsi sebagai transcription factor yang tidak aktif dalam keadaan bebas, dan menjadi aktif bila berikatan dengan ligand spesifiknya yaitu testosteron. 

Dalam keadaan bebas, reseptor tidak aktif, kemudian membentuk komplek dengan heat shock protein (HSP) yaitu protein dengan berat molekul besar atau makromolekul yang mudah terdenaturasi oleh kenaikan suhu. 

Fungsi HSP adalah mengikat reseptor dalam keadaaan tidak ada rangsangan. Bila reseptor berikatan dengan hormon atau ligand spesifiknya, maka ligand akan menginduksi perubahan formasi sehingga reseptor akan  terpisah dari HSP menjadi kompleks yang aktif. 

Komplek yang aktif ini memacu interaksi dengan kromatin dan protein regulator lainnya sehinggga menginduksi ekspresi gen spesifik dan aktifitas sel target.

Mekanisme Kerja Reseptor Androgen

Reseptor androgen adalah anggota dari keluarga reseptor hormon steroid. Seperti anggota lain dari keluarga faktor transkripsi ini, ekson kode gen reseptor androgen untuk daerah-daerah protein yang berbeda secara fungsional yang mirip dengan struktur modular gen reseptor hormon steroid lainnya.

Transkripsi gen reseptor androgen terjadi pada tipe sel yang spesifik dan dipengaruhi oleh usia pada beberapa jaringan. 

Selain itu tingkat reseptor androgen mRNA diatur oleh androgen dan oleh hormon steroid lainnya. reseptor androgen di ekspresikan oleh  berbagai jaringan baik primer maupun sekunder. Faktanya, sulit untuk menemukan jaringan yang tidak mengekspresikan reseptor androgen kecuali limpa.

Setelah hormon androgen berikatan dengan reseptor yang spesifik membentuk kompleks androgen-reseptor, hormon androgen menyebabkan reseptor mengalami perubahan struktur (konformasi) sedemikian rupa sehingga reseprtor yang inaktif menjadi aktif. 

Reseptor yang sudah teraktivasi kemudian mengikat tempat yang spesifik pada DNA kromosom, yaitu di regulator site dan gen dan mengaktivasi gen tersebut untuk memodulasi transkripsi gen. 

Selanjutnya diikuti dengan proses translasi, dimana kode-kode genetik yang dibawa oleh gen tersebut diterjemahkan menjadi rangkaian asam-asam amino membentuk protein tertentu.

Untuk dapat memahami bagaimana reseptor mengatur fungsi gen, sebelumnya perlu diketahui struktur gen itu sendiri. Struktur gen yang ekspresinya diatur oleh hormon androgen, terbagi atas 4 unit gen, yaitu:

• Promotor, yaitu unit gen yang berfungsi mengendalikan dan mengontrol inisiasi proses transkripsi.

• Androgen-responsive enhancer (ARE), yaitu unit gen yang merupakan DNA-binding sites dari kompleks androgen-reseptor yang telah teraktivasi sehingga disebut juga Androgen responsive elements. Elemen ini berpotensial untuk menstimulasi transkripsi. 

• Silencers, yaitu unit gen yang berfungsi berlawanan dengan ARE, yaitu bertugas menurunkan aktivitas ttansktipsi gen.

• Hormon-lndependent Enhancers, yaitu unit gen yang cenderung meningkatkan fungsi ARE, yaitu dengan menginduksi ekspresi gen secara maksimal

Supaya sel berfungsi normal, kerja hormon androgen memerlukan mulekul reseptor hormon tersebut Reseptor merupakan molekul protein yang ada di dalam sel, baik di dalam sitoplasma maupun di dalam nukleus, jalam jumlah yang  sedikit, tetapi dapat mengikat hormon secara spesifik dan kuat. 

Gen yang mengkode protein reseptor ekspresinya dikontrol oleh hormon yang dihawanya melalui pengaturan umpan balik. Ekspresi mRNA reseptor androgen di dalam kelenjar prostat dan epididimis diatur oleh hormon testosteron. 

Pengaturan dikedua jaringan tersebut berbeda dengan yang terjadi di testis. Prinsipnya hal tersebut merupakan mekanisme pengaturan keseimbangan (homoestetis) zat-zat di dalam tubuh.

Setelah mRNA dibentuk melalui transkripsi gen yang diatur oleh reseptor, selanjutnya reseptor tersebut dilepaskan kembali yang kemudian bergabung dengan protein heat shock. 

Protein ini membantu reseptor membentuk konformasi yang sesuai ketika telah berikatan dengan hormon, dan cenderung melindungi reseptor dari degradasi oleh enzim protease di dalam sel. Molekul reseptor mempunyai 3 fungsi utama antara lain:

Mengikat hormon spesifik, dilakukan oleh bagian tertentu dari molekul protein (disebut domain) reseptor, yang dinamai Hormonebinding domain (Domain HI).

Mengikat DNA, dilakukan oleh bagian DMA-binding domain (Domain H), yaitu pada bagian ARE.

Mengatur transkripsi gen, dilakukan oleh bagian Transcription modulation domain (domain I).

Reseptor hormon androgen mempunyai kesamaan struktur dengan reseptor untuk horrnon-hormon yang termasuk golongan steroid. Reseptor-reseptor tersebut merupakan anggota dari gen super-family, yaitu dari faktorfaktor transkripsi yang ligand-dependent. 

Reseptor androgen pada manusia merupakan protein heterogenus, yaitu suatu posfoprotein dengan berat molekul 110 kDa, dan dapat terpostbrilasi menjadi 112 kDa Gen yang mengkode molekul ini ada pada lengan panjang kromosom X pada lokus Xq 11-12, dan mempunyai ukuran lebh dari 90 kb. 

Kloning dan karakterisasi dari cDNA yang mengkode reseptor androgen pada manusia telah berhasil dilakukan, sehingga dapat diketahui struktur, fungsi dan ekspresi molekul reseptor tersebut.    

Distribusi reseptor androgen dalam testis tikus merupakan implikasi baru terhadap regulasi androgen pada proses spermatogenensis. Dengan teknik perwarnaan immunostaning, reseptor androgen dapat dideteksi dalam sel leydig dan semua sel-sel otot polos yang menyusun dinding pembuluh darah tetapi tidak terdeteksi pad asel-sel endothelial dinding pembuluh darah. Dalam sel sertoli rseptor androgen berada dalam tahap spesisfik.

Testosteron dan hormon steroid pada umumnya menjalankan fungsi hormonalnya dengan mengatur ekspresi gen spesifik sel target. Testosteron adalah molekul hidrofobik dengan ukuran kecil yang akan berdifusi dengan mudah melalui membrane sel target. 

Reseptor Androgen (RA) berperan penting dalam mengatur spermatogenesis normal di sel sertoli dan sel myoid peritubular, mensintesis dan mempertahankan produksi testosteron di sel leydig, berpartisipasi dalam regulasi proses pematangan spermatozoa di epididimis.

Puncak ekspresi reseptor androgen sel sertoli pada tahap pertengahan spermatogenik menerima sinyal androgen dan memodulasi transkripsi dan terjemahan kohort gen. 

Perubahan transkripsi ini dapat terjadi secara langsung, melalui ekspresi gen reseptor androgen dependent dan efek pada miokard sel sertoli, yang kemudian memiliki dampak hilir pada gen sel sertoli dan ekspresi protein.

Perubahan protein androgen responsive pada sel sertoli pada akhirnya mempengaruhi gen sel germinal dan ekspresi protein beserta fungsinnya. Proliferasi sel germinal (Spermatogonia) yang menurun dan peningkatan apoptosis sel spermatogenik ditemukan pada testis tikus dengan sel sertoli tanpa reseptor androgen dibandingkan tikus liar. Dengan demikian, testosteron dan reseptor androgen pada sel sertoli mengatur kelangsungan hidup sel spermatogenik.

Peran Reseptor Androgen Pada Reproduksi Pria

Penentuan jenis kelamin pada manusia adalah fenomena yang dikendalikan secara genetis yang menghasilkan struktur gonad ovarium atau testis. Pada fase embrio berkembang duktus Wolffian (pria) dan Mullerian (wanita), dengan diferensiasi jenis kelamin yang melibatkan pengembangan selektif dari satu saluran dan regresi yang lain. 

Kadar testosteron mulai meningkat setelah diferensiasi sel interstisial (sel Leydig penghasil steroid) testis janin, yang terjadi pada Minggu 8-9 embrionik. Testosteron mengontrol perkembangan Duktus Wolfian, struktur aksesori, dan genitalia eksternal sistem reproduksi pria, termasuk epididimis, Vesikula Seminais, dan vas deferens melalui konversi ke dihidrotestosteron yang lebih aktif (DHT). DHT pertama kali terdeteksi antara 9 sampai 13 minggu kehamilan dan mungkin menjadi mediator diferensiasi dan perkembangan prostat, uretra, diferensiasi genitalia eksterna, penis, dan skrotum.

Jaringan dan organ ini juga mengandung beberapa jenis sel dengan ekspresi reseptor androgen yang bervariasi. Oleh karena itu, pengembangan beberapa model tikus menjadi penting untuk mempelajari pensinyalan androgen / reseptor androgen dalam berbagai jenis sel selama spermatogenesis, penurunan testis, dan homeostasis jaringan prostat dan organ reproduksi tambahan lainnya.

Peran Reseptor Androgen pada Spermatogenesis

Pada mamalia, testosteron dan follicle stimulating hormone (FSH) adalah regulator utama dari perkembangan spermatogenesis, yang dapat diikuti melalui berbagai tahapan berbeda secara morfologis dalam testis. 

Testis terdiri dari dua kompartemen fungsional, tubulus seminiferus dan ruang interstitial, spermatogenesis berlangsung dalam tubulus seminiferus dan biosintesis androgen berlangsung pada sel Leydig interstitial. Ruang interstitial terdiri dari sel Leydig penghasil testosteron, makrofag, sel otot polos perivaskular, dan sel endotel vascular..

Sel-sel Sertoli memberikan dukungan struktural untuk pengembangan sel germinal, termasuk memfasilitasi pergerakan sel germ dan pelepasan sel germinal, pemeliharaan sawar darah testis (BTB), sekresi cairan tubulus seminiferus, dan berbagai glikoprotein dan peptida fungsional untuk makanan sel germinal. Dengan demikian, komunikasi fungsional dan fungsional antara Sertoli dan sel germinal sangat penting untuk spermatogenesis. 

Demikian juga dengan Sel-sel myoid peritubular, bersama dengan sel Sertoli, menghasilkan membran basement yang diperlukan untuk mempertahankan morfologi tubulus normal. Hasil penelitian pada tikus pada fase spermatosi pakiten menunjukan bahwa Reseptor Androgen memegang peranan penting selama tahap pembentukan dan pematangan sperma dengan mempengaruhi empat jenis sel utama yaitu: sertoli, leydiig, myoid peritubular, dan sel germinal.

Pada sel sertoli Reseptor androgen berperan dalam meiosis sel germinal, proliferasi spermatogonia, peningkatan apoptosis spermatosit pakiten, dan metafase sprmatosit. Hasil ini mendukung pendapat bahwa testosteron mengatus kelangsungan hidup spermatosit dan spermatid dan hal ini terjadi melalui pensinyalan Reseptor Androgen di dalam sel sertoli.

Hasil penelitian menunjukan bahwa reseptor androgen sel sertoli diperlukan untuk pemeliharaan organisasi sel sertoli dalam tubulus seminiferous. Inaktivasi global reseptor androgen mengakibatkan pengurangan jumlah sel sertoli di testis. 

Di sisi lain, FSH bertindak merangsang spermatogenesis melalui peningkatan jumlah spermatogonial dan merangsang meiosis tapi tidak memiliki efek langsung pada penyelesaian tahap mieosis ini. Sebagian tergantung pada pensinyalan Androgen. Selain itu,, efek stimulasi FSH pada jumlah sel leydig terbukti tergantung pada reseptor androgen Interstisial dan reseptor androgen pada sel leydig.  

Secara singkat dapat disimpulkan bahwa Reseptor androgen dalam sel sertoli berperan penting dalam fertilitas dan mengatur ekspresi beberapa gen yang terlibat dalam restrukturisasi tubulus seminiferous dan pematangan sel germinal meskipun mekanisme dan regulasinya masih perlu dijelaskan secara lebih detail lagi. 

Di dalam sel leydig reseptor Androgen memegang peranan penting untuk menjaga proses spermatogenesis dapat berjalan normal. Hasil penelitian menunjukan bahwa tikus yang kekurangan Reseptor androgen menunjukan perkembangan sel germ yang tidak lengkap dan menurunkan kadar testosteron serum, yang menyebabkan azoospermia dan infertilitas. 

Peran Reseptor Androgen dalam Penurunan Testis

Penurunan testis berlangsung dalam dua fase yang berurutan, yaitu fase pertama yang disebut fase transabdominal, dimana gubernaculum berkembang dan tumbuh. Selanjutnya testis turun kearah dasar perut. Masing masing fase penurunan testis diatur melalui hormon yang dikeluarkan oleh sel leydig. Jika terjadi gangguan produksi hormon menyebabkan gangguan penurunan testis yang disebut cryptochidisme.

Pensinyalan Reseptor androgen mengatur penurunan testis melalui kontrol pelepasan peptida dari syaraf genitofemoral. Selain itu, pensinyalan reseptor androgen juga melibatkan proliferasi sel di ujujung gubernacular dalam menanggapi stimulasi CGRP (Calcitonin Gene Related Peptida).

Reseptor Androgen di ekspresikan dalam sel parenkim gubernaculum selama janin dan postnatal. Pada tikus berusia 3 hari yang di berikan Estrogen dan hCG untuk mengnduksi kriptokidisme, penurunan testis dipicu oleh peningkatan fibroblast pengekspress Reseptor androgen. Sebaliknya, blokade androgen prenatal pada tikus menyebabkan kriptokidisme dan menurunkan neuron yang mengandung CGRP. Hal ini menunjukan bahwa pensinyalan reseptor androgen memodulasi produksi CGRP .

Peran AR dalam Perkembangan dan Fungsi Vesikula Seminalis

Reseptor androgen mempengaruhi perkembangan, diferensiasi normal, pemeliharaan struktur dan fungsi Vesikula seminalis. Reseptor androgen diekspresikan dalam semua jenis sel baik epitel, stroma dan otot polos pada vesikula seminalis dewasa. 

Hasil penelitian menunjukan bahwa didapatkan vesikula seminalis yang lebih kecil, otot yang lebih halus dan penurunan tinggi sel epitel pada tikus yang lakukan diberikan treatmen blokade reseptor androgennya. Selain itu didapatkan terjadinya penurunan proliferasi sel epitel dan penurunan produksi protein sperma.  

Peran Reseptor Androgen pada perkembangan epididimis dan Homeostasis

Epididmis / Wolfian Duct (WD) adalah organ aksesori reproduksi pria yang terlibat dalam pematangan dan penyimpanan sperma, dimana proses pematangan dan penyimpanan ini diatur oleh androgen. Stabilisasi dan diferensiasi Epididimis prenatal berada dibawah kendali androgen testis. Penelitian awal pada tikus menunjukan bahwa aktifitas reseptor androgen penting untuk virilisasi wolfian duct/ epididimis. Hasil pengamatan ini mendukung pentingnya pensinyalan androgen / reseptor androgen dalam pengembangan diferensians Duktus wolfian.

Perkiraan awal produksi androgen testis dimana reseptor androgen terdeteksi dalam masenkim periductal duktus wolfian. Ekspresi Reseptor Androgen terdeteksi di bagian kranial duktus wolfian pada embrio pria, secara bertahap meningkat baik dalam epitel maupun masenkim selma morfogenesis. Hal ini menunjukan bahwa reseptor androgen memainkan peranan penting dalam mempertahankan kelangsungan hidup epitel selama stabilisasi duktus wolfian.

Pada tikus yang dilakukan treatment untuk menginaktifasi reseptor androgen, didapatkan epididmis yang lebih kecil dan terjadinya gangguan maturasi spermatozoa. Dimana didapatkan morfologi abnormal dan jumlah sperma matang tiga kali lipat lebih rendah. Hasil pengamatan ini menunjukan bahwa Reseptor Androgen berperan penting dalam mengatur pematangan sperma epididimis.

Referensi :

1. Busillo, J.M., Rhen, T., Cidlowski, J.A., 2014. Steroid Hormon Action, in: Yen, S.S.C., Strauss, J.F., Barbieri, R.L. (Eds.), Yen & Jaffe’s Reproductive Endocrinology: Physiology, Pathophysiology, and Clinical Management. Elsevier/Saunders, Philadelphia, PA.
2. Davey, R.A., Grossmann, M., 2016. Androgen Receptor Structure, Function and Biology: From Bench to Bedside. Clin. Biochem. Rev. 37, 3–15.
3. McEwan, I.J., Brinkmann, A.O., 2000. Androgen Physiology: Receptor and Metabolic Disorders, in: De Groot, L.J., Chrousos, G., Dungan, K., Feingold, K.R., Grossman, A., Hershman, J.M., Koch, C., Korbonits, M., McLachlan, R., New, M., Purnell, J., Rebar, R., Singer, F., Vinik, A. (Eds.), Endotext. MDText.com, Inc., South Dartmouth (MA).
4. Wang, G., Weng, C.C.Y., Shao, S.H., Zhou, W., De Gendt, K., Braun, R.E., Verhoeven, G., Meistrich, M.L., 2009. Androgen Receptor in Sertoli Cells is not Required for Testosterone-induced Suppression of Spermatogenesis, but Contributes to Sertoli Cell Organization in Utp14bjsd Mice. J. Androl. 30, 338–348. https://doi.org/10.2164/jandrol.108.006890