pengaruh ukuran dan jumlah folikel per ovari terhadap

Jurnal S. Pertanian 1 (2) : 98-104 (2011)
ISSN : 2088-0111
Mekanisme Molekuler Regulasi Sintesis Follicle-Stimulating Hormone (FSH) oleh
Gonadotropin-Releasing Hormone (GnRH) dan Inhibin
Molecular Mechanism of Synthesis Regulation of Follicle-Stimulating Hormone (FSH) by
Gonadotropin-Releasing hormone (GnRH) and Inhibin
1
Rusli1
Laboratorium Klinik Fakultas Kedokteran Hewan Unsyiah Syiah Kuala
Jl. Krueng Hasan Kalee Dasussalam, Banda Aceh 23111
ABSTRAK
Tujuan penulisan ini adalah untuk menjelaskan mekanisme molekuler regulasi sintesis
FSH oleh GnRH dan inhibin. Hormone FSH merupakan salah satu hormone gonadotropin yang
dihasilkan oleh pituitari anterior yang berperan dalam proses follikulogenesis pada hewan ternak.
Regulasi oleh GnRH melibatkan reseptor GnRH I pada sel-sel gonadotrop pituitary melalui
kaskade signal transduksi yang meliputi aktivasi PKC, MAPK dan kalsium. Kaskade signal
tersebut kemudian dapat meregulasi transkripsi melalui fosforilasi DNA-binding protein. Ketika
sekresi FSH meningkat sebagai respon terhadap GnRH, maka folikel akan tumbuh dan mencapai
ukuran folikel dominan. Sel-sel granulosa folikel tersebut akan mengasilkan protein inhibin yang
berfungsi menghambat sekresi FSH selanjutnya. Hambatan oleh inhibin diduga terjadi melalui
kompetisi antara prekusor α-inhibin dengan FRBC karena keduanya memiliki struktur kimia
yang sama. Tetapi, secara umum diketahui bahwa mekanisme penghambatan inhibin adalah
melalui hambatan terhadap aksi activin. Activin adalah protein gonad yang berfungsi
meningkatkan sekresi FSH. Inhibin menghambat secara langsung aksi activin melalui reseptor
activin tipe II dan blokade jalur signal protein Smad2 dan Smad3.
Kata kunci : FSH, GnRH, inhibin, pituitary, hypothalamus
ABSTRACT
Purpose of this review is to explain mechanism molecular of synthesis regulation of FSH
and GnRH and inhibin. Follicle Stimulating Hormone is represent one of hormone of
gonadotropin yielded by pituitary of anterior which palying a part in of process folliculogenesis
of livestock. Secretion regulation of this hormone is expecially conducted by GnRH
hypothalamus and protein of inhibin ovary. Regulation by GnRH entangle reseptor GnRH I at
cell of gonadotrop pituitary through cascade signal transduction covering activation PKC,
MAPK and calcium. Then,rhe cascade signal later earn to regulated transcription through of the
fosforilation DNA-binding protein. When FSH secretion mount as respon to GnRH, hence the
follicle will grow and reach size measure of dominant follicle. Granulosa cell of the follicle will
yield protein of inhibin functioning to pursue FSH secretion hereinafter. Resintance by inhibin
anticipated happened by through competition among precursor α-inhibin by FRBC because both
owning same chemical structure. But, generally known that the mechanism of inhibition by
inhibin is through inhibition to action activin. Activin is protein of gonad functioning to increase
FSH secretion. Inhibin pursue directly action of activin through reseptor activin of type of II and
blockade of way or signal or protein of Smad2 and Smad3.
Key word : FSH, GnRH, inhibin, pituitary, hypothalamus
98
Rusli (2011) Mekanisme Molekuler Regulasi…
PENDAHULUAN
Hormon
gonadotropin
folliclestimulating hormone (FSH) dan luteinizing
hormone (LH) merupakan bagian integral
dari sistem reproduksi mamalia. Kedua
hormone ini disekresikan oleh pituitary
anterior dan berfungsi dalam perkembangan
folikel. Produksi dan sekresi gonadotropin
diregulasi oleh positif feedback oleh inhibin,
folistatin dan steroid (Suzako et al., 2002).
Pola regulasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Regulasi pelepasan gonadotropin
terutama dilakukan oleh GnRH yang dikenal
sebagai generator pulsa LH. Pada hewan
domestik, terdapat 3000-4000 neuron GnRH
yang terdapat pada daerah pre-optichypothalamic area (POA-AH) pada
beberapa spesies dan pada medial-basal
hypothalamus (MBH) pada spesies lainnya.
Hormone GnRH masuk kedalam pembuluh
porta pituitary yang kemudian berikatan
pada reseptor spesifik pada gonadotrop.
Frekuensi pulsa GnRH yang lambat dan
amplitudo yang rendah meningkatkan
mRNA FSHβ, sedang frekuensi pulsa yang
cepat akan menstimulasi sintesis LHβ
(Suszko et al., 2003).
Gambar 1. Hipothalamus-pituitari-gonadal axis
Efek negatif feedback terhadap
sekresi FSH terutama dilakukan oleh inhibin
dan steroid. Inhibin adalah suatu hormone
glikoprotein dimer (α-βA, α-βB) yang
disekresikan terutama oleh sel granulose
(Scanlon et al., 1993). Subunit-α
mempunyai berat molekul 18 kDa, sedang
masing-masing subunit-β mempunyai berat
molekul kira-kira 14 kDa. Selain inhibin,
hormone estradiol juga dipertimbangkan
mempunyai efek negatif terhadap sekresi
FSH (Kaneko et al., 1995). Namun Taya et
al.(1996) menegaskan bahwa inhibin
merupakan inhibitor utama sekresi FSH,
sedang estradiol beraksi sebagai signal
maturasi folikel dan penentu waktu LH
surge preovulatori.
99
Jurnal S. Pertanian 1 (2) : 98-104 (2011)
Regulasi sekresi FSH oleh GnRH
Regulasi reproduksi terjadi melalui
sekresi
gonadotropin
pituitary yang
melibatkan hormone gonadotropin LH dan
FSH. Sekresi kedua hormone ini di control
oleh feedback negatif atau positif tergantung
pada fase siklus oleh steroid gonad dan
melalui stimulasi pelepasan pulsa GnRH
dari median eminence hypothalamus.
Interaksi antara hypothalamus-pituitarigonad dapat dilihat pada Gambar 1.
Ketika
hormone
hypothalamus
mencapai pituitary melalui sistem pembuluh
portal, hormone tersebut berikatan pada
reseptor membran sel spesifik dan memulai
langkah metabolik yakni stimulasi atau
penghambatan hormone pituitary kedalam
sirkulasi umum. Meskipun sekarang telah
ditemukan dua bentuk isoform GnRH yakni
GnRH I dan GnRH II, tetapi hanya
diketahui satu reseptor untuk stimulasi
sekresi gonadotropin yakni reseptor GnRH
I, sedang reseptor GnRH II yang
berlokalisasi di otak diduga mempengaruhi
tingkah laku reproduksi (Okada et al., 2003;
Millar et al., 2001). Okada et al. (2003)
mengindikasikan
bahwa
GnRH
II
menstimulasi sekresi FSH dan LH terjadi
melalui reseptor GnRH I sebagaimana aksi
GnRH I. Dalam studi tersebut, digunakan
sel-sel pituitary kera yang dibebaskan dari
steroid dan distimulasi dengan GnRH I atau
GnRH II selama 6 jam. Kepada sel-sel
tersebut juga diberikan Antide (suatu
antagonis GnRH I) untuk mencegah sekresi
gonadotropin. Dari hasil studi terlihat bahwa
GnRH II mempunyai efektivitas sedikit
lebih rendah dibanding GnRH I. Di dalam
kedua kultur, Antide mampu mencegah
sekresi FSH dan LH yang distimulasi oleh
GnRH I maupun GnRH II. Selanjutnya,
diketahui pula bahwa kombinasi GnRH I
dan GnRH II tidak lebih efektif
menstimulasi sekresi FSH dan LH dibanding
dengan stimulasi tunggal.
Hormone GnRH beraksi terhadap
ekspresi gen gonadotropin melalui reseptor
GnRH. Reseptor ini akan mengaktivasi Ltype calcium channels (PLC), yang
memungkinkan kalsium intraseluler masuk
ke dalam sel. Aktivasi ini juga akan
mengakibatkan pengikatan GnRh pada
100
ISSN : 2088-0111
reseptornya, menimbulkan pembelahan
phosphatidylinositol-diphosphate
yang
memediasi pelepasan kalsium intraseluler,
dan menghasilkan diacylglycerol (DAG).
Peningkatan kalsium intraseluler dan
produksi DAG akan menimbulkan aktivasi
PKC. Aktivasi PKC akan menimbulkan
aktivasi protein kinase yang lain seperti
MAPK. Kaskade signal tersebut kemudian
dapat meregulasi transkripsi melalui
fosforilasi DNA-binding protein (Vasilyev et
al., 2002).
Gonadotropin-releasing
hormone
(GnRH) juga dikenal sebagai luteinizing
hormone-releasing
(LHRH)
berfungsi
menstimulasi sekresi LH dan FSH secara
fisiologis dan ketika diberikan eksogenus
dalam bentuk pulsa. Ketika diberikan dalam
bentuk infus kontinu, LH dan FSH awalnya
dilepaskan tetapi kemudian dihambat karena
down-regulation reseptor GnRH pituitary
oleh GnRH. Weiss et al. (1990)
membuktikan pengaruh 2 model infus
GnRH yakni pulsa dan kontinu. Model
kontinu akan menekan sekresi FSHβ mRNA
sampai 48% dibanding normal, sedang
model pulsa akan menstimulasi 4 kali
dibanding control.
Regulasi sekresi FSH oleh inhibin
Rekombinan human inhibin A
(rhinhibin A) dapat menghambat sekresi
FSH beta mRNA dan FSH (rhinhibin A).
Injeksi tunggal 100µgram/kh rhinhibin A
pada tikus menghasilkan penurunan
konsentrasi FSH beta mRNA 6 jam setelah
pemberian. Konsetrasi tersebut mulai
rebound pada jam ke-10 tetapi tetap lebih
rendah dibanding kontrol. Level serum FSH
menurun mulai jam ke-2 dan terus
berkurang pada jam ke-6 dan ke-10 (Carroll
et al., 1991.
Pada sapi dara telah dibuktikan
bahwa penigkatan sekresi inhibin selama
fase folikuler akan menyebabkan turunnya
level FSH. Sapi-sapi tersebut sebelumnya
diinjeksi dengan prostaglandin. Konsentrasi
inhibin sebelum injeksi adalah 50 pg/ml.
Setelah luteolisis, konsentrasi inhibin
meningkat menjadi 125 pg/ml seiring
dengan penurunan plasma FSH kira-kira 3
kali. Hal ini mengindikasikan peran
Rusli (2011) Mekanisme Molekuler Regulasi…
endokrin inhibin sebagai supresor negative
feedback pada FSH hipofisa anterior.
Setelah ovulasi, konsentrasi inhibin A turun
mencapai konsentrasi terendah sekitar 55
pg/ml dan diiringi dengan penigkatan
sekresi FSH sekunder. Penigkatan ini untuk
emergensi gelombang gelombang folikel
baru dan seleksi folikel dominan pertama
(Bleach et al., 2001). Hal yang sama
dilaporkan Anonymous (2004) pada
rodensia. Level inhibin turun setelah ovulasi
disebabkan oleh LH surge preovulatori yang
menekan ekspresi gen inhibin.
Peran precursor subunit α-inhibin
telah
diidentifikasi
dan
mungkin
berhubungan dengan FSH receptor binding
protein
(FRBC).
Reseptor
FRBC
mempunyai kesamaan struktur biokimia
(57.000 mol wt) dengan precursor α-inhibin
sehingga timbul hipotesis bahwa subunit αinhibin dan prekursornya mempunyai peran
regulasi
FSH
melalui
modulator
autokrin/parakrin aksi FSH dalam ovarium
pada reseptornya. Dalam studi untuk
investigasi aktivitas FRBC ini digunakan 3
sumber α-inhibin yakni pFF, human FF dan
293 cell line yang ditransfeksikan ke dalam
full-length human α-inhibin cDNA. Dari
hasil studi tersebut terbukti bahwa terjadi
penghambatan FSH pada jaringan alami dan
reseptor
FSH
rekombinan
yang
diekspresikan dalam cell line 293 (Schneyer
et al., 1991). Mekanisme control sekresi
FSH melalui modulator autokrin/parakrin
prekursor α-inhibin ini sangat sedikit
diketahui
dan
dilaporkan.
Umunya,
mekanisme kontrol sekresi FSH oleh inhibin
selalu dihubungkan dengan penghambatan
aktivitas activin oleh inhibin.
Kontrol sekresi melalui penghambatan aksi
activin
Mekanisme penghambatan aksi
activin oleh inhibin adalah melalui aksi
langsung secara kompetesi terhadap
kemampuan untuk berikatan pada ActRIIA.
Reseptor ActRIIA merupakan reseptor
activin tipe II untuk transduksi signal activin
dalam gonadotroph pituitary (Matzuk,
2000). Jalur transduksi signak activin
dimulai dengan pengikatan activin pada
reseptor
tipe
II
serin/threoin
transmembrannya, yakni ActRIIA. Ikatan
ligan-reseptor tipe I, yakni activin receptorlike kinase (ALK4 atau ActRIB). Aktivasi
reseptor
tipe
I,
selanjutnya
akan
memfosforilasi co-aktivasi faktor Smad
(Suszko et al., 2003). Model transduksi
signal dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Model transduksi signal activin
101
Jurnal S. Pertanian 1 (2) : 98-104 (2011)
Fosforilasi tersebut menyebabkan
Smad2 dan Smad3 bersama-sama dengan
Smad4 tersebut bergerak secara cepat dari
sitoplasma menuju nucleus, Smad2 dan
Smad3 masing-masing berinteraksi secara
langsung atau tidak langsung dengan gen
FSHb. Stimulasi interaksi ini bersama-sama
dengan protein lainnya akan membuat
mRNA seluler, yang pada akhirnya
menghasilkan
peningkatan
secara
keseluruhan level FSH dan diikuti dengan
pelepasannya (Bernard, 2004). Kehadiran
inhibin akan menghilangkan kemampuan
activin berikatan pada reseptor tipe II,
meskipun afinitasnya lebih rendah 10 kali
terhadap inhibin. Lewis et al. (2000)
menambahkan bahwa hambatan aktivitas
activin dilakukan inhibin dengan cara
berikatan bersama-sama dengan ActRIIA
dan betaglycan. Betaglycan merupakan
reseptor tipe III untuk TGF-β yang
mempunyai afinitas yang tinggi terhadap
inhibin.
Protein lain yang terlibat dalam
pembuatan mRNA seluler di dalam nucleus
adalah protein forkhead activin signal
transducer (FAST) (Labbe et al., 1998).
Kompleks activin-Smad, dan protein FAST
ini dapat bertindak sebagai regulasi negative
atau positif. Pada regulasi positif kompleks
tersebut akan berikatan dengan ko-activator
seperti cAMP respone element binding
protein (CREB) dan homolognya p300
(Pouponnot et al,. 1998), sedang pada
regulasi negative kompleks tersebut akan
berikatan dengan ko-represor seperti TGIF
(Wotton et al., 1999).
Mekanisme control sekresi FSH oleh
inhibin yang lain diduga berhubungan
dengan blokade kemampuan activin untuk
memproduksi FSHb melalui jalur signal
Smad2 dan Smad3 (Bernard, 2004). Jalur
signal Smad adalah kritis untuk transmisi
signal family TGF-β dari permukaan sel ke
nucleus. Di dalam nucleus, Smad berfungsi
sebagai co-modulator proses transkripsi
untuk regulasi ekspresi gen TGF-βdependent (Hsueh, 2004). Activin dan
inhibin merupakan anggota dari family
TGF-β.
Defisiensi
Smad3 pada tikus
(Smad3-/-) akan menurunkan fertilasi
102
ISSN : 2088-0111
karena Smad3 berperan dalam pertumbuhan
folikel, atresi dan diferensiasi. Pemberian
FSH
pada
tikus
Smad3-/akan
mengekspresikan FSHR yang normal. Hal
ini mengindikasikan bahwa interaksi antara
Smad3 dan signal FSH terlibat dalam
downstream FSHR pada ovarium tikus
(Hsueh, 2004).
Ekspresi Smad3 yang berlebihan,
tetapi tidak SMAD2, melalui transfeksi
transient akan menstimulasi level mRNA
FSHβ. Perbedaan protein SMAD2 dan
SMAD3 terletak pada daerah N-terminal
MAD homology 1 (MH1), sedang SMAD2
mengadung 30 asam amino yang tidak
terdapat pada Smad3. Protein Smad2δexon3
terjadi secara alami karena kehingan asam
amino ini. Ekspresi Smad2δexon3 yang
berlebihan akan menstimulasi mRNA FSHβ
dalam jumlah yang sama dengan stimulasi
oleh Smad3. Secara bersama-sama, aktivasi
transkripsi FSHβ akan distimulasi oleh
Smad3 dan Smad2δexon3 pada sel-sel
gonadotroph tikus (Bernard, 2003).
Bukti lain dari keterlibatan Smad
dalam regulasi FSH dapat dilihat dari
perannya dalam proses folikulogenesis.
Proses folikulogenesis itu sendiri terutama
merupakan tanggung jawab hormone FSH,
sehingga keterlibatan Smad pada regulasi
FSH
secara
tidak
langsung
akan
mempengaruhi proses folikulogenesis. Xu et
al., (2002) menujukkan keterlibatan ekspresi
Smad2 dan Smad3 selama folikulogenesis.
Protein Smad2 dan Smad3 merupakan
mediator untuk activin dan TGF-β yang
diekspresikan dalam sel-sel granulosa
preantal tetapi tidak pada folikel yang besar.
Ekspresi Smad2 terdapat kembali pada selsel luteal. Protein Smad2 lebih respon
terhadap stimulasi activin sedang Smad3
lebih respon terhadap stimulasi TGF-β.
Ketidak hadiran protein Smad pada
folikel yang besar sesuai dengan pendapat
Vitale et al., (2002) bahwa pada folikel yang
besar terdapat produksi inhibin yang
bertindak sebagai faktor parkrin yang
menghambat pertumbuhan folikel lainnya.
Pemberian inhibin pada ovarium tikus in
vitro akan mengakibatkan penghambatan
pertumbuhan folikel dan meningkatkan
persentase
sel-sel
granulosa
yang
Rusli (2011) Mekanisme Molekuler Regulasi…
mengalami apoptosis yang diikuti dengan
peningkatan Bax tetapi tidak pada Bcl-2.
KESIMPULAN
1. Regulasi sintesis FSH oleh GnRH terjadi
melalui reseptor GnRH yang terdapat
pada sel-sel gonadotrop. Meskipun
terdapat dua bentuk isoform GnRH yakni
GnRH I dan GnRH II, tetapi dalam
regulasi sintesis FSH kemungkinan
keduanya menggunakan reseptor yang
sama yakni reseptor GnRH I. Reseptor
GnRH II diduga berhubungan dengan
tingkah laku reproduksi karena berlokasi
di dalam otak.
2. Regulasi sintesis FSH melalui reseptor
ini melibatkan kaskade transduksi signal
meliputi aktivasi PKC, MAPK dan
kalsium.
3. Kontrol sekresi FSH oleh inhibin diduga
terjadi melalui :
 Kompetisi antara prekursor αinhibin dengan FRBC karena
keduanya mempunyai struktur
kimia yang sama.
 Penghambatan
aksi
activin
melalui aksi langsung terhadap
reseptor activin tipe II dan
blokade melalui jalur protein
Smad2 dan Smad3.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous. 2004. Mayo Lab Research.
http://www.
biochem.
northwestern. edu/mayo/home.
Html.
Bernard, D. J. 2003. Smad3 dan Smad2
splice-variant
stimulate
endogenous FSHβ mRNA levels
in mouse gonadotrope cells.
http://www.popcouncil.org/medi
a
center/present/abstracts/endo20
03/bernard_abstractSmad3.htm.
Bernard, D. J. 2004. Regulation of gonadalpituitary
interaction.
http://www.popcouncil.org/index
. html.
Bleach, E. C. L., R. G. Glencross, S. A.
Feist, N. P. Groome, and P. G.
Knight. 2001. Plasma inhibin A
in heifer: Relationship with
follicle
dynamics,
gonadotrophins,and
steroid
during estrous cyle and after
treatmeant with bovine follicular
fluid. Biol. Reprod. 64:743-752.
Carroll, R. s., P. M. Kowash, J. A. Lofgren,
R. H. Schwall, and W. W. chin.
1991. In vivo regulation of FSH
sythensis by inhibin and activin.
Endocrinology. 129 (6):32993304.
Hsueh, A. J. 2004. Mother against
decapentaplegic
Drosophila,
homology of 3 (MADH3).
http://avary.stanford.edu/4_displ
ay.html?rec=948.
Kaneko, H., H. Kishi, G. Watanabe, K.
Taya, S. Sasamoto, and Y.
Hasegawa.
1995.
Immunoneutralization of inhibin
and
estradiol
during the
follicular phase of the estrous
cycle in cows. Biol. Reprod.,
53:931-939.
Labbe, E., C. Silvestri, P. A. Hoodless, J. L.
Wrana, and L. Attisano L.
Smad2 and Smad3 positively
and negatively regulate TGF βdependent transcription through
the forkhead DNA-binding
protein FAST2. Mol Cell 2:109120.
Lewis, K. A., P. C. Gray, A. L. Blount, L.
A. MacConell, E. Wiater, L. M.
Bilezikjian, and W. Vale. 2000.
Betaglycan binds inhibin and
can
mediate
functional
antagonism of activin aignalling.
Nature 404:411-414.
Matzuk, M. M. 2000. Editorial: In search of
binding-identification of inhibin
receptors. Endocrinology 141
(7):2281-2284.
Okada, Y., A. M. Kawano, S. S. Kakar, and
S. J. Winters. 2003. Evidence
that GnRH II stimulates LH and
FSH secretion from monkey
pituitary cultures by activating
103
Jurnal S. Pertanian 1 (2) : 98-104 (2011)
the
GnRH
I
receptor.
Biol.Reprod. 69 (4): 1356-1361.
Schneyer, A. L., P. M. Sluss, R. W.
Whitcomb, K. A. Martin, R.
Sprengel, and W. F. Crowley Jr.
1991. Precursors of alphainhibin
modulate
folliclestimulating hormone receptor
binding and biological activity.
Endocrinology. 129:1987-1999.
Suszko, M. I., D. J. Lo, H. Suh, S. A.
Camper, and T. K. Woodruff.
2003. Regulation of the rat
follicle-stimulating hormone βsubunit promoter by activin.
Molecular
Endocrinology
17(3):318-322.
Vasilyev, V. V., F. Pernasetti, S. B.
Rosenberg, M. J. Barsoum, D.
A. Austin, N. J. G. Webster, and
P.
L.
Mellon.
2002.
Transcriptional activation of
avine FSH-β gene by GnRH
involves
multiple
signal
transduction
pathways.
Endocrinology
143(5):16511659.
Weiss, J., J. L. Jameson, J. M. Burrin and
W. F. Crowley, Jr. 1990.
104
ISSN : 2088-0111
Divergent
responses
of
gonadotropin subunit messenger
RNAs to continuous versus
pulsatile gonadotropin-releasing
hormone in vitro. Molecular
Endocrinology, 4:557-564.
Xu, J., J. Oakley, and J. A. McGee. 2002.
Stage-specific expression of
Smad2 and Smad3 during
folliculogenesis. Biol. Reprod.
66:1571-1578.