NEUROTOXIN : DOMOIC ACID

            

Domoic acid (DA) merupakan neurotoksin yang dihasilkan oleh alga (seperti Nitzschia pungens dan Pseudo-nitzschia multiseries) yang dapat menyebabkan keracunan pada manusia yang dikenal dengan amnesic shellfish poisoning (ASP) akibat mengkonsumsi kerang remis yang terkontaminasi DA (Perl et al., 1990; Stewart et al., 1998).  Keracunan DA pada manusia dapat menimbulkan gejala klinis berupa nausea, vomit, diare, kram pada abdomen, sekresi respirasi secara profuse, ketidakstabilan tekanan darah, sakit kepala, kehilangan memori, seizure, dan koma (Perl et al., 1990).

Domoic acid bersifat larut dalam air, relative stabil dan tidak terdegradasi pada kondisi suhu  ruang (Wright et al., 1998; Lefebvre et al., 2010), didekomposisi secara lambat pada kondisi beku (lebih dari 1 bulan), namun tidak stabil pada media asam (Vale dan Sampayo, 2002), dan dengan proses pemanasan, level DA yang mengkontaminasi makanan dapat menurun hingga 50% (Costa et al., 2003).

Secara struktur DA memiliki kemiripan dengan protein eksitatorik asam glutamat, asam aspartat serta asam kainat (Lefebvre et al., 2010). Glutamat dan aspartat merupakan asam amino eksitasi yang mampu mendepaolarisasi berbagai neuron pada mamalia dan glutamat merupakan transmitter utama di otak dan medulla spinalis yang berperan 75% pada hantaran eksitasi di otak. Karena kemiripan secara struktur kimia, DA mampu berikatan dengan reseptor ionotropik yaitu N-methyl-D-aspartate (NMDA) dan α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionate (AMPA), dan reseptor kainat (Clayden et al., 2005; Colman et al., 2005; Lefebvre et al., 2010).

Reseptor ionotropik merupakan salah satu jenis reseptor glutamat yang merupakan saluran ion yang memiliki gerbang ligand. Glutamat yang berikatan dengan reseptor ionotropikanya memungkinkan terbukanya saluran ion. Aktivasi reseptor-reseptor AMPA dan kainat menyebabkan terjadinya influx Na⁺ dan efluks K⁺. Sedangkan aktivasi reseptor NMDA yang juga merupakan reseptor kation memungkinkan influx sejumlah besar Ca⁺ dan Na⁺ serta efluks K⁺. Pada potensial membran normal, bila glutamat berikatan dengan reseptornya, meski salurannya terbuka namun salurannya terhambat oleh ion Mg²⁺, dan hambatan tersebut dapat tersingkir bila neuron mengandung reseptor terdepolarisasi oleh AMPA atau saluran lain yang menghasilkan depolarisasi cepat melalui sirkuit sinaptik yang lain sehingga Ca⁺ dan Na⁺ dapat masuk ke dalam neuron (Ganong, 2002). Tidak seperti glutamat, DA yang berikatan dengan reseptor glutamat mampu menginduksi aktivasi reseptor dalam waktu lama dengan mengaktifkan influx kation secara konstan pada sel. Dengan influx Ca²⁺ terus menerus menyebabkan kerusakan fungsi seluler, sel menjadi membesar dan dapat menyebabkan kematian sel (Lefebvre et al., 2010).

Gambar 1. Struktur kimia domoic acid dengan asam amino eksitatorik seperti asam glutamate, asam aspartat, dan asam kainic (Lefebvre et al., 2010).

Gambar 2. Mekanisme glutamate (GLU) dan domoic acid (DA) menginduksi neurotoksik. Depolarisasi pada pre-sinaptik mengaktifkan influks Ca²⁺ endogenous yang mempengaruhi mobilisasi vesikel yang mengandung GLU ke permukaan membran dan dibebaskan ke celah sinapsis secara ekositosis. Selanjutnya GLU mampu berikatan dengan reseptor di permukaan neuron. DA eksogenous pada celah sinapsis juga mampu berikatan dengan reseptor eksitasi seperti reseptor kainate, AMPA, dan NMDA yang berada di membrane sel. Aktivasi reseptor kainat dan AMPA menyebabkan pembebasan Ca²⁺ menuju post-sinapsis. DA juga mampu berikatan degan reseptor NMDA yang berhubungan dengan saluran ion Ca²⁺ dan Na⁺/K⁺ yang dapat menyebabkan influx Ca^2+‑ dan Na⁺ ke dalam sel sehingga terjadi potensial aksi (Lefebvre et al., 2010).

Pemberian DA secara intrahippokampal dapat menimbulkan seizure secara akut (Sawant et al., 2008). Selain itu  DA dapat menyebabkan konvulsi melalui pemberian intravenous (Ananth et al, 2001), intraperitoneal (Sobotka et al., 1996; Hesp et al., 2007) dan per-oral (Truelove et al., 1996). DA yang mengaktivasi reseptor glutamate dapat menyebabkan peningkatan influx Ca²⁺ (Lefebvre et al., 2010) sehingga meningkatkan  pembentukan ROS, disfungsi mitokondria, penurunan aktivitas proteosom (Xu et al., 2008) dan degenerasi neuronal berupa nekrosis (Ananth et al., 2001; Pulido, 2008) di sistem limbik terutama pada hippokampus di beberapa spesies hewan seperti monyet ekor panjang (Schmued et al., 1995), tikus (Sobotka et al., 1996; Ananth et al., 2001;  Ananth et al., 2003) dan mencit  (Colman et al., 2005).

Berdasarkan penelitian sebelumnya, pemberian DA dengan dosis 4 mg/kg BB secara i.p pada mencit dapat menyebabkan reaksi kehilangan keseimbangan, tremor, dan konvulsi pada 60 menit setelah injeksi (Ryan et al., 2005) dan menunjukkan perubahan morfologi berupa degenerasi neuronal pada area bulbus olfaktori, area septal, dan sistem limbik terutama pada area cornu ammonis setelah 72 jam pemberian DA melalui pewarnaan cupric silver (Colman et al., 2005).

Daftar Pustaka

Ananth, C., Dheen, S.T., Gopalakrishnakone, P., dan Kaur, C., 2001. Domoic acid-induced neuronal damage in the rat hippocampus: Changes in apoptosis related gene (Bcl-2, Bax, Caspase3) and microglial response. Journal of Neuroscience Research. 66:177-190.

Ananth, C., Dheen, S.T., Gopalakrishnakone, P., dan Kaur, C., 2003. Distribution of NADPH-Diaphorase and expression of nNOS, N-Methyl-D-Aspartate Receptor (NMDAR1) and non-NMDA glautamate receptor (GlutR2) gene in the neurons of the hippocampus after domoic acid-induced lesions in adult rats. Hippocanpus. 13:260-272.

Clayden, J., Read, B., dan Hebditch, K.R., 2005. Chemistry of domoic acid, isodomoic acids, and their analogues. Tetrahedron. 61:5713-5724.

Colman, J.R., Nowocin, K.J., Switzer, R.C., Trusk,T.C., Ramsdell, J.S., 2005. Mapping and reconstruction of domoic acid-induced neurodegeneration in the mouse brain. Neurotoxicology and Teratology.27:753-767.

Costa, P.R., Rodrigues, S.M., Botelho, M.J., dan Sampayo, M.A. de M., 2003. A potential vector of domoic acid: the swimming crab Polybius henslowii Leach (Decapoda-brachyura). Toxicon. 42:135-141.

Ganong, W.F., 2001. Buku ajar fisiologi kedokteran. 20^th eds. Editor Widjajakusumah, H.M., EGC: Jakarta.

Hesp, B.R., Clarkson, A.N., Sawant, P.M., dan Kerr, D.S., 2007. Domoic acid preconditioning and seizure induction in young and aged rats. Epilepsy Research. 76:103-112.

Lefebvre, K.A., dan Robertson, A., 2010. Domoic acid and human exposure risks: A review. Toxicon. 56:218-230.

Perl, T.M., Bedard, L., Kosatsky, T., Hockin, J.C., Todd, E.C., Remis, R.S., 1990. An outbreak of toxic encephalopathy caused by eating mussels contaminated with domoic acid. The New England Journal of Medicine, 322:1775–1780.

Pulido, O.M., 2008. Domoic acid toxicologic pathology: A review. Mar. Drugs. 6:180-219.

Ryan, J.R., Morey, J.S., Ramsdell, J.S., dan Van Dolah, F.M., 2005. Acute phase gene expression in mice exposed to the marine neurotoxin domoic acid. Neuroscience. 136:1121-1132.

Sawant, P.M., Holland, P.T., Mountfort, D.O., dan Kerr, D.S., 2008. In vivo seizure induction and pharmacological preconditioning by domoic acid and isodomoic acids A, B, and C. Neuropharamacology. 55:1412-1418.

Schmued, L.C., Scallet, A.C., dan Slikker Jr, W., 1995. Domoic acid-induced neuronal degeneration in the primate forebrain revealed by degeneration specific histochemistry. Brain Research. 695:64-70

Sobotka, T.J., Brown, R., Quander, D.Y., Jackson, R., Smith, M., Long, S.A., Barton,C.N., Rountree, R.L., Hall, S., Eilers, P., Johannessen, J.N., dan Scallet, A.C., 1996. Domoic acid:  Neurobehavioral and neurohistological effects of low-dose exposure in adult rats. Neurotoxicology and Teratology. 18(6):659-670.

Stewart, J.E., Marks, L.J., Gilgan, M.W., Pfeiffer, E., dan Zwicker, B.M., 1998. Microbial utilization of the neurotoxin domoic acid: blue mussels (Mytilus edulis) and soft shell clams (Mya arenaria) as sources of  the microorganisms. Can. J. Microbiol. 44(5): 456–464.

Truelove, J., Mueller, R., Pulido, O., dan Iverson,F., 1996. Subchronic Toxicity study of domoic acid in the rat. Food Chemical Toxicology. 34:525-529.

Vale, P. dan Sampayo, M.A de M, 2002. Evaluation of extraction methods for analysis of domoic acid in naturally contaminated shellfish from Portugal. Harmful Algae. 1:127-135.

Wright, J.L.C., Boyd, R.K., DeFreitas, A.S.W., Falk, M., Foxall, R.A., Jamieson, W.D., Laycock, M.V., McCulloch, A.W., McInnes, A.G., Odense, P., Pathak, V.P., Quilliam, M.A., Ragan, M.A., Sim, P.G., Thibault, P., dan Walter, J.A., 1989. Identification of domoic acid, a neuroexcitatory amino acid, in toxic mussels from eastern Prince Edward Island.. Canadian Journal of Chemistry. 67:481–490.

Xu, R., Tao, Y., Wu, C., Yi, J., Yang, Y., Yang, R., dan Hong, D., 2008. Domoic acid induced spinal cord lesions in adult mice: Evidence for the possible molecular pathways of excitatory amino acids in spinal cord lesions. NeuroToxicology. 29:700-707.