tinjauan pustaka

TINJAUAN PUSTAKA
Fertilisasi
Fertilisasi merupakan proses bertemunya sel sperma dengan sel telur. Sel
telur diaktivasi untuk memulai perkembangannya dan inti sel dari dua gamet akan
bersatu untuk menyempurnakan proses reproduksi seksual. Penetrasi spermatozoa
ke dalam membran vitelin mengaktivasi sel telur untuk melengkapi proses
meiosisnya dan mengeluarkan badan polar kedua. Kromosom yang terkandung
dalam pronukleus jantan haploid bersatu dengan kromosom dalam pronukleus
betina. Proses penyatuan kedua kromosom tersebut disebut dengan singami.
Sebagai konsekuensi dari fertilisasi, jumlah kromosom kembali menjadi diploid,
jenis kelamin suatu individu ditentukan, dan variasi biologis dihasilkan dari
integrasi karakteristik herediter paternal dan maternal (McGeady et al. 2006).
A
B
Fertilisasi/ konsepsi
Gambar 1 Sel telur terfertilisasi. (A) Proses fertilisasi, (B) Embrio 2 sel (Byers et
Embrio 2 sel
al. 2006)
Masuknya spermatozoa ke dalam membran plasma sel telur menginduksi
pelepasan kalsium intraseluler dalam sel telur (Alberio et al. 2001). Setelah
fertilisasi, perubahan metabolisme sel telur dipengaruhi oleh fluktuasi konsentrasi
kalsium tersebut. Peningkatan konsentrasi kalsium ini akan menahan proses
meiosis sel telur dan menginduksi proses mitosis embrio. Respon aktivasi sel telur
tersebut termasuk pengerahan mRNA maternal untuk translasi, perubahan sintesis
protein, dan aktivasi genom zigot (McGeady et al. 2006).
Kultur In Vitro
Embrio berkembang lebih lambat dalam medium kimiawi pada kultur in
vitro dibandingkan dengan in vivo, hal ini menunjukkan bahwa saluran reproduksi
menjadi faktor spesifik yang diperlukan dalam pertumbuhan dan perkembangan
optimal pada sel telur (Pratt 1987). Kemampuan sel telur untuk bertahan dalam
kultur in vitro tergantung pada spesies, tahap perkembangan sel telur, kandungan
fisik dan biokimia pada media, suhu penyimpanan, tingkat pendinginan dan
penghangatan sel telur, serta teknik penyimpanan dan transfer sel telur.
Aktivasi Embrio Partenogenetik
Partenogenesis dikenal sebagai produksi embrio dari gamet betina tanpa
diikuti oleh gamet jantan, dengan atau tanpa perkembangan menjadi dewasa
(Sandhu et al. 1994). Secara alami, proses ini terjadi pada hewan tingkat rendah
seperti insekta, moluska, dan sebagainya. Partenogenesis dapat menggunakan
berbagai stimulasi, yaitu stimulasi fisik, suhu, kimia, radiasi, serta stimulasi
dengan memasukkan sperma (Sandhu et al. 1994). Stimulasi dengan suhu adalah
dengan menempatkan sel telur pada suhu yang tinggi atau rendah seperti yang
dilakukan oleh Balakier & Tarkowski (1976). Stimulasi kimiawi dapat
menggunakan Ca2+ ionophore, ethanol 7%, strontium chloride, phorbol ester, dan
thimerosal. Berbagai stimulasi tersebut menggantikan peran sperma dalam
menginduksi pelepasan kalsium intraseluler sehingga sel telur dapat teraktivasi
(Alberio et al. 2001).
Selain itu, terdapat senyawa kimia lain yang perlu ditambahkan pada
medium aktivasi atau medium kultur untuk mencegah keluarnya badan polar
kedua di dalam sel telur. Cytochalasin B, misalnya, memiliki kemampuan untuk
memecah filamen aktin dan menghambat sitokinesis (Murti et al. 2009). Oleh
karena itu, sel telur akan tetap mengandung kromosom diploid sehingga dapat
berkembang sebagai embrio partenogenetik.
Fertilisasi Normal
Ganbar 2
Partenogenetik
Oosit matang
- PB 1
Oosit matang
- PB 1
Fertilisasi
- PB 1 & 2
Aktivasi
- Ethanol 7%
- Cytochalasin
Terfertilisasi
- PN jantan
- PN betina
Terfertilisasi
- PN jantan
- PN betina
Diploid
- PB 1 & 2
Diploid
- PB 1
Perbedaan fertilisasi normal dengan partenogenetik (Boediono et al.
1995)
Pembelahan Embrio
Sel telur yang telah diovulasi akan mengalami beberapa tahapan setelah
diaktivasi maupun difertilisasi oleh sel sperma. Sel telur akan berkembang
menjadi zigot kemudian melakukan pembelahan awal menjadi 2 sel, 4 sel, 8 sel,
hingga mengalami kompaksi dan disebut dengan morula. Kemudian morula
berkembang menjadi blastosis yang memiliki struktur terdiri atas blastosul, Inner
Cell Mass (ICM), trofoblast, dan zona pelusida. Selanjutnya balstosis akan keluar
dari zona pelusida (hatching) untuk kemudian berimplantasi pada dinding uterus
(Hogan 1994).
Zigot
2 sel
4 sel
8 sel
Morula
Blastosis
Gambar 3 Pembelahan embrio praimplantasi pada mencit (Goetz 2005)
Pada mamalia, pembelahan awal terjadi selama 24 jam kemudian
pembelahan selanjutnya terjadi pada interval setiap 12 jam hingga hari ketiga.
Berbeda dengan pembelahan in vivo, proses pembelahan pada in vitro mengalami
pelambatan sehingga membutuhkan waktu 48 jam setelah fertilisasi. Sinkronisasi
pembagian blastomer pun tidak terjadi pada tahap awal sehingga dapat ditemukan
tahapan tiga, lima, enam, atau tujuh blastomer pada proses secara in vitro
(McGeady et al. 2006).
Histone Deacetylase Inhibitor (HDACi)
Histon merupakan struktur protein yang bersama-sama dengan DNA
membentuk kromatin. Histon membantu mengorganisasi untai-untai panjang
DNA menjadi sebuah struktur yang dikenal sebagai nukelosom. Sebagai protein
dasar yang kaya akan asam amino, lysin, dan arginin, histon dapat mengalami dua
bentuk yang antagonis, yaitu asetilasi dan deasetilasi. Enzim yang bertanggung
jawab terhadap mekanisme tersebut ialah histone acetyl transferases (HTAs) yang
memproduksi
asetilasi
dan
histone
deacetylases
(HDACs)
yang
akan
mengembalikan proses tersebut.
N-terminal pada histon memainkan sebagian besar peran dalam regulasi
transkripsi. Mengingat asetilasi berkorelasi dengan perubahan bentuk dan aktivasi
transkripsi nukleosom, deasetilasi histon menginduksi penahanan transkripsi
melalui kondensasi kromatin. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa netralisasi
pengisian residu lysin dalam rantai N-terminal oleh proses asetilasi menyebabkan
longgarnya rantai histon dan DNA. Relaksasi struktur kromatin ini memudahkan
masuknya faktor yang bervariasi ke DNA. Pergantian grup asetil pada molekul
histon yang cepat di dalam sel dan tingkat asetilasi dikontrol oleh keseimbangan
kedua aktivitas tersebut, asetilasi dan deasetilasi (Monneret 2005).
Asetilasi histon
(aktivasi transkrispsi)
kromatin terbuka
kromatin tertutup
Deasetilasi histon
(membungkam gen)
Gambar 4 Asetilasi dan deasetilasi histon (Shonka & Gilbert 2010)
Histone Deacetylase Inhibitor (HDACi) merupakan enzim penghambat
proses deasetilasi. Ia terbagi menjadi empat kelompok: asam lemak rantai pendek,
asam hidroksamid, tetrapeptida siklik, dan benzamid. Masing-masing jenis
HDACi memiliki fungsi yang berbeda; agen-agen ini menghambat enzim
deasetilase histon yang akan mendorong akumulasi asetilasi di dalam histon serta
diikuti pula oleh perubahan intrasel (Yoo 2006).
Trichostatin A (TSA) dan scriptaid merupakan contoh inhibitor jenis asam
hidroksamid. Hidroksamid adalah inhibitor HDACs yang potensial serta aktif
pada konsentrasi mikromolar sampai dengan nanomolar. TSA, yang dihasilkan
dari Streptomyces hygroscopicus (Monneret 2005), telah ditunjukkan pertama kali
sebagai penghambat diferensiasi yang potensial dan penahan siklus sel, serta
laporan terakhir menyebutkan bahwa TSA memliki aktivitas anti-HDAC (Yoo
2006).
Inhibitor lainnya, scriptaid, dapat menginduksi modifikasi rantai histon
yang penting dalam struktur kromatin: meningkatkan asetilasi H3K9 dan
dimetilasi H3K4 serta menurunkan dimetilasi H3K9 sehingga mampu menekan
petumbuhan kanker yang dipengaruhi oleh perubahan epigenetik (Lee et al.
2008).