INTERAKSI JARINGAN SERTA ORGANOGENESIS
advertisement
INTERAKSI JARINGAN SERTA ORGANOGENESIS Lab. Embriologi, Dept AFF, FKH IPB Indikator pencapaian: Pengertian organogenesis: transformasi dan diferensiasi; bagaimana organ terbentuk Pengertian morfogenesis: perubahan bentuk permukaan eksternal Penurunan tiga lapis daun kecambah: ektoderm, mesoderm dan endoderm Pembentukan sumbu dan kerangka dasar tubuh (basic body plan) Inisiasi dan proses organogenesis. Proses organogenesis: pertumbuhan, pergerakan dan migrasi sel (perbedaannya), diferensiasi, dan apoptosis Macam-macam pergerakan dan migrasi sel, misal: Invaginasi, evaginasi, delaminasi, dll. Titik kritis perkembangan terkait dengan malformasi kongenital; waktu terkait dengan letal atau derajat malformasi Pengertian Teratologi Malformasi kongenital: pengertian, akibat (anomali fisik, kelainan metabolisme), penyebab dan contohnya Wawasan bioteknologi: Terapi gen, terapi stem sel Pengertian organogenesis, transformasi dan diferensiasi; bagaimana organ terbentuk Organogenesis : Perkembangan organ-organ (the making of organs). Transformasi : Perubahan bentuk Transforming growth factor-ß family, terdiri dari 30 protein yang menginduksi dalam perkembangan embrio. Phenotypic transformation mungkin dipengaruhi oleh focal adhesion kinase (FAK). Diferensiasi : proses yang terjadi secara terus menerus pada sel, jaringan untuk membentuk struktur yang spesifik. Diferensiasi sel terjadi melalui interaksi sel yang diperantarai oleh molekul signalling yang bervariasi. Lanjutan………….. Pembentukan organ Organogenesis is the especially initial formation of organs starting with less differentiated tissues found in the early embryo. Waktu Organogenesis bervariasi diantara spesies, terjadi setelah gastrulasi dan embrio telah memiliki pola dasar tubuh (3 lapis daun kecambah serta notokorda sebagai aksis tubuh). Pengertian Morfogenesis, termasuk perubahan bentuk atau lokasi dari sel atau jaringan. Contoh : morphogenetic movement, selama gastrulasi terjadi ekspansi dan involusi dari epiblast di garis primitif. perubahan bentuk eksternal Terdapat substansi morphogens yang mempengaruhi proses perkembangan. Molekul signalling Shh adalah morphogens pada pembentukan tungkai. Nature 449, 1049-1052(25 October 2007) a–e, Cell rearrangements driving streak formation. Medio-lateral intercalation changes the shape of the streak-forming region, shown at stage XII (green in a), stage 2 (red in a and b) and stage 3 (grey in b). Intercalation displaces lateral epiblast cells towards the streak (green arrows in a; red arrows in b) and forwards in front of it (red arrows in a; black arrows in b). c–e, The regions shown in a and b at higher magnification, showing the intercalating cells. f–i, Evolution of the ingression site (blue), showing embryos of Xenopus (stage 10) viewed from the animal pole (f), zebrafish (50% epiboly) viewed from the animal pole (g), chick in dorsal view (h) and mouse (embryonic day 6.75) viewed from the proximal end (i). Penurunan tiga lapis daun kecambah : ektoderm, mesoderm dan endoderm Pada akhir gastrulasi, embrio yang berkembang terdiri dari tiga lapis daun kecambah: ektoderm, mesoderm dan endoderm Penurunan 3 lapis daun kecambah Ke-3 daun kecambah akan Menurunkan 4 jaringan utama : jaringan saraf jaringan otot jaringan penghubung jaringan epitelial Ektoderm, buluh syaraf, sel syaraf, mata, telinga dan epidermis Notokorda Indera mata, telinga dan epidermis Buluh syaraf Induksi berjalan secara estafet, induksi primer menentukan induksi-induksi berikutnya epidermis INDUKSI UNIPOTEN Penurunan 3 lapis daun kecambah Endoderm utamanya jaringan epitelial. secara spesifik menurunkan: saluran digesti paru-paru liver vesika urinaria germ cells Mesoderm secara spesifik menurunkan, skeleton otot-otot skeletal tulang kepala dan rahang Sistem urogenitalis Sistem sirkulatori Rongga dan sekat dada mesoderm somit-somit segmentasi tubuh Penurunan 3 lapis daun kecambah Ektoderm utamanya jaringan saraf beberapa jaringan epitelial Secara spesifik membentuk: otak sumsum punggung sistem saraf tepi kulit rambut mata Pembentukan sumbu dan kerangka dasar tubuh (basic body plan) Notochorda merupakan axis/sumbu tubuh, dimana embrio dapat berkembang ke sisi kanan dan kiri notochorda dengan seimbang. Pada hewan, pergerakan sel / sekelompok sel sangat penting utk mentransformasi embrio kedalam bentuk 3 dimensi Basic body plan Sumbu tubuh: Kepala - ekor; kiri - kanan; depan - belakang (Body pattern formation) Lanjutan…….. Basic body plan Inisiasi dan proses organogenesis. Pd Gastrulasi terjadiperubahan bentuk & pergerakan sel-sel Mekanisme Pembentukan Organ 1. Induksi Bertahap dan interaksi sel 2. Pertumbuhan (proliferasi sel) atau degenerasi sel (apoptosis) 3 lapis daun kecambah (primary germinal layers) (ektoderm, endoderm, mesoderm, archenteron/ gastrosul) 3. Migrasi atau perpindahan kelompok sel 4. Diferensiasi menurunkan jaringan & organ-organ Gastrulasi inisiasi morfogenesis & organogenesis. Induksi bertahap dan interaksi sel Induksi sel terjadi melalui : 1. Difusi substansi: bekerja intraseluler Hormon, growth factor, morfogen 2. Interaksi permukaan sel Signal berupa : protein, peptida, asam amino, Nukleotida, steroid, asam lemak, gas, ion dst. Molekul dikeluarkan secara eksositosis atau difusi. Sel penerima mempunyai reseptor yang spesifik. Interaksi sel Tipe : 1. Endokrin 2. Paracrin 3. Neuronal/ synaptic 4. Contact dependent 5. Autocrin Struktur membran sel, mengandung : 1. mol adesi sel 2. mol adesi substrat 3. mol junctional sel 4. mol reseptor The Wnt-PCP pathway controls primitive streak morphogenesis a–j, Inhibiting the Wnt-PCP pathway blocks cell intercalation, but not mesendoderm formation. a, Experimental setup. Electroporation of stabilized catenin has no effect (b), whereas inhibition of the Wnt-PCP pathway by Dsh- EP prevents formation of a radial streak; gastrulation now occurs in a peripheral crescent (c). Morpholino (MO)-mediated knock-down of chick FMI1, VANGL2 and PRICKLE1 has the same effect, revealed by SLUG (d, e) and BRA (f). Transverse sections from Dsh- EP embryos show normal ingression of mesendoderm (g, h). Longitudinal sections from MO-embryos (i, j) show normal ingression of electroporated cells. k–o, Hypoblast rotation induces ectopic expression of Wnt-PCP genes. k, Experimental design. FMI1 (m, purple) is induced, but not BRA (l; same embryo as in m). PRICKLE1 (o) is induced, but not BRA (n; same embryo as o). p–s, Fgf8 induces both FMI1 and PRICKLE1. p, Experimental design. q, r, Within 6 h, Fgf8soaked beads induce PRICKLE1 (purple) (q, r) and FMI1 (s). Scale bars, 100 (g, h, j, s); 200 (i, r). - D D m m Nature 449, 1049-1052(25 October 2007) Pertumbuhan (proliferasi sel) atau degenerasi sel (apoptosis) Pertumbuhan : bertambahnya jumlah dan ukuran sel, Terjadi penambahan jumlah sel (bahan inti dan sitoplasma) Degenarasi sel (apoptosis), Apoptosis penting pada saat development, oogenesis, perkembangan otak, pembentukan jari kaki dan tangan. Apoptosis dicirikan oleh perubahan morfologi, seperti : 1. Cell shrinkage: sel menjadi kecil dan hilang kontak antara sel lain. 2. Chromatin condensation: Kromatin kondensasi dan akhirmya Inti terpecah. 3. Membran sel akan membentuk vesikel (terjadi penggembungan yang menonjol di permukaan sel) 4. Fragmentasi sel ("apoptotic bodies" terbentuk) dan phagocytosis oleh macrophages. Pergerakan dan migrasi sel, Pergerakan (movement) atau perpindahan (migration) sel ialah pergerakan atau perpindahan sebuah sel atau sekelompok sel untuk membentuk pola atau bentuk yang baru yang berbeda dengan pola atau bentuk asal. Migrasi/perpindahan kelompok sel Migrasi sel: menuju tempat yg spesifik PETA TAKDIR right place right time POSISI SEL PETA TAKDIR Masing sel memiliki takdir sendiri di tempat akhir Migrasi………….. TOTIPOTENSI CELL POSITION Migrasi / gerakan Di lokasi akhir akan terjadi induksi dan diferensiasi Jaringan dan organ-organ tertentu UNIPOTENSI Macam-macam pergerakan dan migrasi sel, misal: Invaginasi, evaginasi, delaminasi, dll. Perubahan bentuk melalui cara : 1. Invaginasi, pelipatan epitelium ke arah dalam. Contoh: pembentukan celah hidung (nasal pit) merupakan invaginasi dari ektoderm permukaan 2. Evaginasi, Pelipatan epitelium ke arah luar. Contoh: pembentukan gelembung mata (mangkok mata) merupakan evaginasi dari diencephalon. 3. Delaminasi, Pemisahan selsel epitelium dari membran basal membentuk sel-sel mesenkhim. Contoh: pembentukan hipoblas dan berikutnya mesoderm dari sel-sel epiblas (garis primitif). 4. Ingressi, sel memisahkan diri dan migrasi dari epitelium. 5. Intercalation: two cell layers interlace with each other 6. Epiboly: a form of cell spreading in which cells flatten out; this allows them to cover a much larger surface area (1st detailed in frog development). 7. Involution: cells move over a lip of tissue and into the interior Cell movements and behaviours during primitive streak formation Nature 449, 1049-1052 (25 October 2007) a, b, Global cell movements in the epiblast, before (a) and during (b) primitive streak formation (modified from refs. 2, 3). c, Culture system for multi-photon time-lapse imaging. d, e, Imaged embryo before (d) and after (e) filming (the imaged region is boxed). f–i, Subset of the tracked nuclei. j–m, Changes in the relative positions of cells over time. In the streak-forming region, cells intercalate extensively (yellow polygons), whereas cells in adjacent regions are displaced passively (purple triangles). n–q, Morphology and behaviour of cells in the intercalation domain. r, Changes in the area of the intercalation domain over time. s, Distribution of the orientation of cell protrusions in the intercalation region (yellow) and lateral to it (purple). t, Magnitude of protrusions in the same regions. Diferensiasi Setelah menempati posisi baru, sel akan berdiferensiasi menjadi sel, jaringan atau organ utk menjalankan fungsi tertentu berdasarkan lokasi didalam tubuh. Diferensiasi terjadi karena interaksi sel dan signalling. Proses ini terjadi terus menerus dan berkelanjutan. Diferensiasi terjadi karena pengaruh gen dan modifikasi lingkungan. Ekspresi gen menunjukkan fungsi dan morfologi masing2 sel. Inisiasi Diferensiasi, diatur oleh 1. Molekul (mRNA) dr maternal dalam sitoplasma sel embrio akan memicu proses transkripsi dr genom embrio Sitoplasma sel telur mengandung mRNA, protein & bahan-bahan lainnya yg berasal dr maternal berpengaruh thdp awal perkembangan embrio 2. Signal yg dikode oleh genom dari sel embrio lainnya akan menginduksi target sel Diferensiasi terjadi pd tingkat molekuler krn adanya ekspresi gen utk menghasilkan protein tertentu; misalnya: sel otot aktin & miosin Contoh model diferensiasi IDW Posisi sel mempengaruhi peta takdir & derivatnya Induksi: mempengaruhi terjadinya diferensiasi e.g., posisi notokorda induksi ektoderm disebelahnya membentuk lempeng saraf FENOTIPE, FENOKOPI, PLEIOTROPISM GEN: Fragmen DNA yg mengkode suatu polipeptida LOKUS : Lokasi gen pada kromosom Kepentingan Lokus: Terapi gen & Rekayasa gen Perbedaan antara linked & Unlinked Gene: Linked gen: terletak pada kromosom yg sama; Unllinked gen: terletak pada kromosom yang berbeda. Hubungan antara GEN, ALLEL, & TRAITS (karakter) GEN mempresentasikan traits ALLELES = GENOTYPE PHENOTYPE T,t Tinggi tanaman T=tinggi / t=pendek Interaksi ALEL akan menentukan karakter Pada @ GEN, Individu diploid memiliki maks 2 Alel Jk kedua alel sama organisme disebut HOMOZYGOUS Jk kedua alel beda HEROZYGOUS. FENOKOPI keadaan fenotipe yg dipengaruhi oleh faktor eksternal PLEIOTROPISM gen tunggal yg memiliki multi efek MALFORMASI KONGENITAL DAN FAKTORFAKTOR PENYEBAB MALFORMASI KONGENITAL • PENGERTIAN MALFORMASI KONGENITAL • PERIODE KRITIS DARI PERKEMBANGAN •TERATOLOGI • FAKTOR PENYEBAB MALFORMASI Malformasi Kongenital Katogori luas "Congenital disorders" abnormalitas struktur bagian tubuh yang terlihat pada saat lahir, karena adanya error selama perkembangan. Ada 3 tipe utama congenital disorders: 1. Congenital physical anomalies 2. Inborn erros of metabolism 3. Other genetic disorders Congenital disorders Dapat diakibatkan oleh: Abnormalitas genetik Kondisi lingkungan intrauterine Errors pd morphogenesis, atau Unknown factors. Congenital physical anomaly abnormalitas struktur dari suatu bagian tubuh. Anomali menjadi atau tidak menjadi masalah Umumnya orang memiliki 1 atau lebih anomali fisik Contoh : Anomali minor kurvatura pd jari kelima (clinodactyly) Pemendekan tulang metacarpal / metatarsal ke-4 Malformasi kongenital jk anomali fisik bersifat hebat cacat struktur masalah malformation syndrome. Kombinasi malformasi mempengarhi > 1 bagian tubuh Birth defect (Cacat lahir) istilah umum utk congenital malformation, i.e. anomali fisik yg dikenali sehak lahir & secara nyata merupakan masalah Inborn Error of Metabolism Congenital metabolic disease. Umumnya disebabkan mutasi pada gen (single) yang berakibat protein yang di kode salah, sehingga enzim untuk metabolisme tidak terbentuk. Umumnya diturunkan. Contoh: Alkaptonuria, pada kasus ini enzim HGD (homogentisate 1,2-dioxygenase) tidak terbentuk. Enzim ini untuk degradasi tyrosine. Tyrosine : batu ginjal, batu prostat dsb. Other genetic disorders (http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/medicine/assist.shtml) Genetic diseases, dibagi dalam : 1. single-gene, mutasi dari single gene. Ex : cystic fibrosis, sickle cell anemia, Marfan syndrome, Huntington’s disease 2. multifactorial, kombinasi dari faktor lingkungan dan mutasi multiple gene. Ex : Alzheimer’s disease, arthritis, diabetes, cancer, and obesity. 3. Chromosomal, hilangnya atau duplikasi sebagian besar kromosom (ratusan gen) atau kromosom intak (utuh). Ex : Down syndrome. 4. Mitokondria, jarang terjadi. Disebabkan oleh mutasi DNA mitokondria. Ex : Myopathy, cerebellar ataxia. Pengertian Teratologi Teratology (from the Greek τέρᾰς (genitive τέρᾰτος), monster, atau marvel and λόγος, Abad ke17 sesuatu yg tampak aneh/ abnormal Abad ke19 berkaitan dgn biological deformities Medical study teratogenesis, congenital malformations atau individu dgn kelainan bentuk makroskopis. Teratogens: agen yang dapat menyebabkan kerusakan permanen dari struktur embrio. Dysmorphology the study of abnormal form . Titik kritis perkembangan Malformasi kongenital, disebabkan oleh: 1. Endogenous 2. Exogenous 3. Multifactorial Inheritance 3. Spina Bifida a. spina bifida occulta b. spina bifida cystica Defek CNS Berdasarkan Waktu Terjadinya A. Neurulation Defects 1. Primary a. anencephaly b. meningoencephalocele c. Mylomeningocele 2. Secondary a. diastematomyelia b. tethered cord B. Migration Defects 1. Lissencephaly (agyria) 2. Pachygyria 3. Polymicrogyria 4. Cortical heterotropia 5. Schizencephaly Teratogen : 1. Agen infeksius (virus) 2. Obat. 3. tanaman PARASITIC TWIN Wawasan bioteknologi: Terapi gen, terapi stem sel Terapi Gen, dalah suatu teknik terapi yang digunakan untuk memperbaiki gen-gen mutan (abnormal/cacat) yang bertanggung jawab terhadap terjadinya suatu penyakit. Misal : gene cystic fibrosis (CTFR), Terapi stem cell (sel pluripoten/unipoten yang bisa ditransplantasikan ke pasien) Stem cell : 1. Bisa berdiferensiasi menjadi sel lain. 2. Bisa memperbaharui dan meregenerasi (self-renew/selg-regenerate) Sumber stem cell : Embryonic stem cell, fetus, tali darah pusat, adult stem cell (sumsum tulang, jaringan syaraf, jaringan adiposit, pankreas).
