http://aff.fkh.ipb.ac.id EMBRIOGENESIS DAN INDUKSI EMBRIO (BAGIAN II) LABORATORIUM EMBRIOLOGI FAKULTAS KEDOKTERAN HEWAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR Indikator pencapaian: http://aff.fkh.ipb.ac.id Definisi dan tahapan embriogenesis (pembelahan, blastulasi, gastrulasi dan neurulasi) Parameter pertumbuhan dan perkembangan embrio Pertumbuhan dan perkembangan embrio (waktu, tempat, proses) Pembelahan, Blastulasi, Gastrulasi dan Neurulasi Kaitan Tipe Pembelahan dengan Tipe Sel Telur Prinsip perkembangan: Segregasi sitoplasma dan induksi embrionik terkait dengan potensi prospektif sel Konsep organiser yang menjelaskan tentang proses induksi terkait dengan peta takdir Peranan hereditas inti dan sitoplasma (maternal) dalam perkembangan Aktivasi gen dalam proses diferensiasi (metilasi dan asetilasi) terkait dengan waktu dan proses embriogensis Kembar identik (monozigotik): komplit dan inkomplit Khimerism termasuk freemartin Wawasan bioteknologi: splitting, kloning, stem cell Prinsip perkembangan: Segregasi sitoplasma dan induksi embrionik terkait dengan potensi prospektif sel http://aff.fkh.ipb.ac.id Diferensiasi terjadi melalui : 1. Segregasi sitoplasmic (cytoplasmic determination) Proses diferensiasi secara independen. Sel bersifat unipoten (determined). Kerusakan satu sel bisa cacat. disebut juga Mozaic Development (moluska, tunika, anelida) 2. Induksi embrionik (Progressive Determination) Diferensiasi secara dependen melalui interaksi seluler. Sel pada awalnya totipoten, pluripoten dan berangsur menjadi unipoten. disebut juga Regulatory Development (Vertebrata: amfibia, mamalia) http://aff.fkh.ipb.ac.id 1. Segregasi sitoplasma (cytoplasmic determination) http://aff.fkh.ipb.ac.id = Mozaic Development http://aff.fkh.ipb.ac.id 2. Regulative Development /Embryonic Induction (progressive determination) Contoh paling menonjol pada embrio MAMALIA Embrio dini memiliki sifat totipotensi Diferensiasi & determinasi, melalui proses interaksi langsung & induksi Proses Induksi Embrio Secara Bertahap • Potensi • Induksi, Diferensiasi • Determinasi Potensi Sel: http://aff.fkh.ipb.ac.id kemampuan sel untuk berdiferensiasi Totipotensi >>>> Pluripotensi >>> Unipotensi Diferensiasi: perubahan bentuk & fungsi sel atau sekelompok sel kedalam bentuk/ fungsi yg baru Determinasi takdir sel menjadi tetap melalui proses diferensiasi (perubahan biokimia dan fungsi seluler) Proses pematangan dimana sel yg telah mengalami determinasi (determined) dapat dikenali sbg sel spesifik http://aff.fkh.ipb.ac.id TOTIPOTENSI: Kemampuan masing-masing blastomer untuk berdiferensiasi sangat luas, dapat membentuk individu utuh, Contohnya: pada embrio mamalia tahap 2-8 sel. Dapat dibuktikan melalui percobaan: 1. Dengan cara melukai (mengurangi) salah satu blastomer 2. Penambahan blastomer (agregasi embrio): pd pembuatan hewan khimera. 3. Percobaan pemisahan blastomer (pembuatan kembar identik) Percobaan Totipotensi http://aff.fkh.ipb.ac.id A. Mematikan (pengurangan) satu blastomer B. Penambahan satu blastomer : Pembuatan hewan khimera http://aff.fkh.ipb.ac.id EKSPERIMENTAL TOTIPOTENSI MORULA AGREGASI BLASTOMER HEWAN KHIMERA http://aff.fkh.ipb.ac.id TOTIPOTENSI, contohnya pd kejadian kembar identik http://aff.fkh.ipb.ac.id Pembentukan sel darah Pluripoten Konsep Organiser, yang menjelaskan http://aff.fkh.ipb.ac.id tentang proses induksi terkait dengan peta takdir Potensi Prospektif dan Nasib Prospektif 1. Pada blastula: Potensi prospektif >> Nasib prospektif 2. Pada Gastrula: Potensi prospektif = Nasib prospektif Kemampuan induksi suatu daerah pada embrio Tergantung lokasi daerah dan umur embrio Sifat totipotensi embrio hanya terbatas pada EMBRIO DINI tahap preimplantasi http://aff.fkh.ipb.ac.id Akibat pembelahan, diferensiasi, migrasi Terjadi penurunan potensi dan terbentuknya PUSAT INDUKSI KONSEP ORGANIZER ORGANIZER PRIMER Pada embrio mamalia, sel-sel blastomer yg semula bersifat totipoten secara bertahap mengalami diferensiasi dan terjadi penurunan potensi; namun terbentuk suatu pusat induksi yg akan merangsang proses diferensiasi sel-sel lain di sekitarnya Teori dan kemampuan induksi dapat dibuktikan dgn percobaan: Teknik transplantasi jaringan Percobaan transplantasi pd blastula amfioksus Bagian dorsal (bakal notokorda) blastula amfioksus mampu induksi pembentukan daerah kepala-II Transplantasi bagian simpul hensen embrio ayam (awal gastrula) Simpul Hensen mampu induksi pembentukan buluh saraf – II Patten & Charlson,1974 Percobaan tranplantasi daerah bakal mata pd blastula amfioksus Takdir sel resipien Kemampuan induksi Transplantasi http://aff.fkh.ipb.ac.id PETA TAKDIR Daerah-daerah tertentu pada sel telur atau blastoderm embrio telah memiliki nasib (takdir) tertentu yang akan berkembang menjadi bagianbagian atau organ tertentu Membuktikan PETA TAKDIR a. Pewarnaan vital b. Pelabelan http://aff.fkh.ipb.ac.id Peranan Hereditas Inti dan Sitoplasma (maternal) dalam Perkembangan Dua faktor utama sel yang mengatur aktivasi gen pada proses perkembangan 1. Bahan Inti / NUCLEUS 2. Bahan SITOPLASMA CELL NUCLEUS http://aff.fkh.ipb.ac.id CHROMOSOME GENOME/ GENES/ DNA http://aff.fkh.ipb.ac.id Lanjutan……… Sebelum terjadi aktivasi genom embrio: Faktor /produk maternal : cytoplasmic maternal mRNA, proteins, antioxidant & organelles, termasuk mitokondria (mengandung mDNA). Kondisi awal faktor maternal pd oosit merupakan faktor kritikal dalam perkembangan embrio. Oosit berperan mengatur aspek: a. meiosis (Polanski, 1997), b. fertilisasi & pembelahan awal c. memodulasi perkembangan epigenetik genom embrio (Latham and Sapienza, 1998) http://aff.fkh.ipb.ac.id Aktivasi Genom Embrio - terjadi secara bertahap - waktu terjadinya berbeda antar species Contoh: Pd mencit terjadi pada tahap 2 sel: Sintesis RNA baru: rRNA (18-21 jam pi) tRNA (26-29 jam pi) Sintesis Protein pada masa embriogenesis: Insulin & EGF (stimulasi aktivitas metabolisme shg meningkatkan kecepatan pembelahan sel dan jumlah blastomer) Keberhasilan perkembangan zigot embrio implantasi, t’gantung pd: aktivasi gen & program perkembangan Aktivasi Gen http://aff.fkh.ipb.ac.id dalam proses diferensiasi (metilasi dan asetilasi) terkait dengan waktu dan proses embriogensis http://aff.fkh.ipb.ac.id Lanjutan….. Sel somatis pd mamalia memiliki 2 copy genome (diploid) Kontribusi nyata yg diberikan induk jantan & betina pada anak-anaknya berbeda-beda Bagaimana gen yang diwariskan dr maternal & paternal berbeda ekspresi ? Terjadi switch off (silencing) pd salah satu copy gen induk Genomic Imprinting http://aff.fkh.ipb.ac.id Genomic Imprinting, suatu proses EPIGENETIK yg dinamis, yg terlibat dalam pengaturan ekspresi sebagian kecil gen dari genome mamalia melalui proses modifikasi STRUKTUR DNA Memberikan efek terhadap fenotip Pd setiap generasi harus mampu di HAPUS (Off) dan BENTUK (On) Ada 2 mekanisme utama yg terlibat dalam terjadinya imprinting, yakni: 1. Modifikasi Asetilasi Histone (memicu transkripsi) 2. Modifikasi Metilasi DNA (menekan transkripsi) 1. Asetilasi Histone Asetilasi residu lisine pd posisi terminus dr protein histone menghilangkan muatan positif mengurangi afinitas protein histon ke DNA http://aff.fkh.ipb.ac.id Enzim polimerase RNA polymerase dan faktor transkripsi lebih mudah berikatan pada promoter Umumnya, asetilasi histon memicu transkripsi; deasetilasi histon menekan transkripsi 2. Modifikasi Metilasi DNA http://aff.fkh.ipb.ac.id METILASI DNA (menekan ekspresi gen) Penambahan CH3 pada cytosine Silencing Gene Expression Metilasi residu cytosine 5-methylcytosine Deaminasi 5-methylcytosine thymin e. http://aff.fkh.ipb.ac.id Pengaturan Ekspresi Gen WAWASAN BIOTEKNOLOGI Kembar Identik (monozigotik): lambat, disebabkan oleh pemisahan ICM Kembar awal, disebabkan pemisahan blastomere 2-4 sel http://aff.fkh.ipb.ac.id Kembar Komplit / sempurna Kembar identik normal Inkomplit / tak sempurna Kembar identik dempet (siam) Kembar monozigotik, genetis sama. http://aff.fkh.ipb.ac.id Normal Dempet (siam): craniopagus (KEPALA), thoracopagus (DADA), pygopagus (PUNGGUNG) http://aff.fkh.ipb.ac.id Bila besar tidak sama : yang kecil parasit (KEMBAR PARASITIK) http://aff.fkh.ipb.ac.id APA PERBEDAAN ANTARA HEWAN KHIMERA DAN TRANSGENIK?? http://aff.fkh.ipb.ac.id Hewan khimera Di dalam tubuh hewan khimera terdapat selsel dengan genetik yang berbedabeda AGREGASI BLASTOMER HEWAN KHIMERA http://aff.fkh.ipb.ac.id Hewan transgenik Hewan yang selselnya memiliki sisipan gen tertentu sehingga hewan tersebut mampu menghasilkan protein spesifik yang dikode oleh gen sisipan tersebut http://aff.fkh.ipb.ac.id Fremartin Pada sapi Kembar beda kelamin Percampuran darah, hormon testosteron dr jantan (dihasilkan lebih dahulu), akan mempengaruhi perkembangan organ reproduksi betina. Anak sapi betina yang mandul (disebut fremartin). Kloning: transfer inti, splitting dll http://aff.fkh.ipb.ac.id Splitting Therapeutic cloning dan stem cell, http://aff.fkh.ipb.ac.id kloning untuk tujuan pengobatan Transplantasi tanpa terjadi penolakan karena berasal dari stem cell hasil kloning dirinya sendiri
