Determinasi Dan Diferensiasi

Determinasi & diferensiasiete as & d e e s as

• 1880 Weismann : perkembangan mosaik1880 Weismann : perkembangan mosaik

• Inti zigot mengandung sejumlah faktor khusus(determinan)   Pembelahan asimetri( )

Perkembangan mosaik:Disebabkan karena adanya determinan spesifik dalam zigot 1 sel yang terbagi secara tidak simetris  nasib setiap sel anak ditentukan sebelumnya dalam telur 

• Akhir 1880 Roux – mendukung model mosaikdengan suatu eksperimendengan suatu eksperimen

d d l l d k l• Pada stadium 2 sel, 1 sel dirusak sel yang tidak rusak berkembang membentuk ½ larvaP k b t l did k d k i• Perkembangan telur didasarkan pada mekanismemosaik, sel memiliki karakter dan nasib yang ditentukan pada setiap cleavageditentukan pada setiap cleavage

1880 akhir   Driesch  melawan model mosaik 

• Embrio 2 sel dipisahkan adanya perkembangan regulative• Embrio 2 sel dipisahkan adanya perkembangan regulative   Sel embrio yang masih hidup dapat berkembang secara normal 

• Perkembangan Regulative– Dipengaruhi oleh adanya interaksi antar sel dalam embrio yangDipengaruhi oleh adanya interaksi antar sel dalam embrio yang 

sedang berkembang dan dapat menyebabnya terbentuknya jaringanberbeda (induksi) 

Kemampuan mikromer untuk menginduksi bakal sel ektoderm sehingga embrio berkembang sebagaimana mestinya

1924  Spemann  induksi Mangold interaksi antar selMangold  interaksi antar sel

• Organizer transplant experimenti b t j b d l– organizer bertanggung jawab dalam 

menentukan organisasi tubuh embrio secara lengkap

• 1935 Nobel Prize

Induksi• sel atau jaringan mengaturj g g

perkembangan yang lain 

Figure 10.17. Spemann's demonstration of nuclear equivalence in newt cleavage. (A) When the fertilized egg of the newt Triturus taeniatus was constricted by a ligature, the nucleus was restricted to one‐half of the embryo. The cleavage on that side of the embryo reached the 8‐cell stage, while the other side remained undivided. (B) At the 16‐cell stage, a single nucleus entered the as yet undivided half and the ligature was constricted to complete thethe as yet undivided half, and the ligature was constricted to complete the separation of the two halves. (C) After 140 days, each side had developed into a normal embryo. (After Spemann 1938.) 

InduksiInduksi

• Merupakan tipe dari pengaturan dalamMerupakan tipe dari pengaturan dalam perkembangan

• Merupakan proses dimana suatu jaringan• Merupakan proses dimana suatu jaringan mengatur perkembangan jaringan yang lain

1909  Johannsen mengaitkan tik d b i l igenetika dengan embriologi

• Genotype mengendalikan perkembanganGenotype  mengendalikan perkembangan

• Fenotip  faktor lingkungan berinteraksi dengan genotip untuk mempengaruhi fenotipdengan genotip untuk mempengaruhi fenotip

• 1940s‐sekarang  gen pengkode protein 

Lima proses dalam perkembanganLima proses dalam perkembangan

• Pembelahan sel ( cell cleavage )tidak ada pertambahan massa sel

• Diferensiasi sel– Sel mengalami perubahan secara struktural dan fungsinyaSel mengalami perubahan secara struktural dan fungsinya. 

Terdapat minimal 250 tipe sel pada suatu zigot• Pertumbuhan

– Multiplikasi sel ukurannya bertambah deposit matriksMultiplikasi sel, ukurannya bertambah, deposit matriksekstrasel, pergerakan morfogenetik

• Pembentukan pola:– Sumbu A/P dan D/V : sistem terkoordinasi – alokasi selSumbu A/P dan D/V : sistem terkoordinasi alokasi sel

• Perubahan bentuk– Membentuk 3 D, migrasi sel

Pembelahan selPembelahan sel 

• Pembelahan Cleavage:Pembelahan Cleavage:– Tidak ada pertambahan massa sel pada setiap pembelahan selama stadium cleavagepembelahan selama stadium cleavage

– Siklus sel terdiri dari fase replikasi DNA, mitosis dan pembelahan seldan pembelahan sel

– Tidak ada stadium antara untuk pertumbuhan sel

Pembentukan polaPembentukan pola

• Body plan : menentukan sumbu utama embrio

• MorfogenesisMorfogenesis– Migrasi sel

• Diferensiasi selDiferensiasi sel• Pertumbuhan :

– Penambahan ukuran selPenambahan ukuran sel– Multiplikasi sel– Deposisi materi ekstraselDeposisi materi ekstrasel

Embrio/fetus manusia berubah bentuknya saatberubah bentuknya saat 

tumbuh

• Dari saat body plan terbentuk pada mingguk 8 i l hike 8 sampai lahir, panjang embrio/fetus bertambah 10 kali lipat,bertambah 10 kali lipat, sedangkan proporsikepala dengan tubuhmenurun

Skala = 10 cm

Tingkah laku selTingkah laku sel

• Ekspresi sel berpengaruh pada tingkah lakuEkspresi sel berpengaruh pada tingkah lakukarakter dan perkembangan sel1. Perubahan keadaan sel (pola aktivitas sel); (p );

identitas sel2. Cell signaling3. Perubahan sel4. Pergerakan sel5. Proliferasi sel6. Kematian sel (apoptosis)

• Nasib/fate:Nasib/fate:– Penentuan suatu sel akan menjadi sel tertentu

• Determinasi• Determinasi– Perubahan yang stabil dalam kondisi internal sel

• Spesifikasi:– Sel berkembang sesuai dengan nasib/fate yang seharusnya

DeterminasiDeterminasi

• Perkembangan sel menunjukkan karakter totipotensig j p1. Telur mamalia simetris dalam kandungan dan

bentuknya:1. Sampai stadium 8 sel, sel memiiliki kesamaan2. Sel bersifat totipotent, dapat mengekspresiskan semua

gen dalam genomnyag g y3. Jika sel dipisahkan, sel dapat dikembangkan menjadi

individu normal – cloning

2 Jik dil k k t k i t b lik it2. Jika dilakukan sesuatu eksprimen terbalik, yaitumeng‐kombinasikan sel‐sel yang berasal dari stadium 8 sel maka terbentuk 1 individu

3. Sesudah stadium 8 sel, sel mamalia menjadi3. Sesudah stadium 8 sel, sel mamalia menjadiberbeda1. Disebabkan karena interaksi sel2. Perkembangan nasib sel menjadi ireversibel

4. Determinasi vs diferensiasi1. Diferensiasi merupakan spesialisasi sel yang akan

dihasilkan pada akhir jalur perkembangan2. Sel akan terdeterminasi tetapi belum

terdiferensiasi

• Perkembangan merupakan suatu proses yang• Perkembangan merupakan suatu proses yang progresif dan nasib sel mengalami determinasipada waktu berbedapada waktu berbeda

• Determinasi bagian bakal mata dan waktu pada perkembangan amfibi

• Regulatif:Regulatif:– Potensi sel jauh lebih besar daripada nasib normal dalam menentukan perkembangan sel tersebutdalam menentukan perkembangan sel tersebut

• Mosaik:Sel dapat berkembang hanya jika sesuai dengan– Sel dapat berkembang hanya jika sesuai dengan nasib awalnya dari stadium sangat awal

Bagian yang berbeda dari embrio berkembang– Bagian yang berbeda dari embrio berkembang cukup independent dari yang lainnya.

Peranan organizer dalam perkembangan1 Organizer menghasilkan molekul sinyal yang mengarahkan informasi1. Organizer menghasilkan molekul sinyal yang mengarahkan informasi 

posisi1. Memiliki efek yang kuat yang mempengaruhi perkembangan sel di 

sekitarnyasekitarnya

2. Berperan sebagai sinyal yang memberi informasi ke sekeliling sel organizer

3. Jika posisinya dekat, konsentrasi molekul sinyal : tinggi

4. Sinyal molekul disebut morfogen4. Sinyal molekul disebut morfogen

5. Beberapa morfogen merupakan molekul yang vital untuk penentu posisi perkembangan

2. Morfogen yang sama dapat memiliki g y g pefek yang berbeda pada konsentrasi berbeda1. Bergantung pada jarak dari organizerg g p j g

2. Pada Xenopus, morfogen aktivin 1. pada konsentrasi rendah menyebabkan

sel berdiferensiasi menjadi epidermis

2 Konsentrasi sedikit lebih tinggi2. Konsentrasi sedikit lebih tinggi, menginduksi sel menjadi otot

3. Konsentrasi tinggi menyebabkan selmenjadi notokorda

Informasi posisi mengaturb k lpembentukan pola

• Nasib sel ditentukan oleh posisi sel terhadapNasib sel ditentukan oleh posisi sel terhadap konsentrasi suatu morfogen  

• Konsentrasi Morfogen bervariasi dan dapat• Konsentrasi Morfogen bervariasi dan dapat menentukan  nasib sel

S b (k t i f ti i) t t– Sumber (konsentrasi morfogen tinggi)  target (konsentrasi morfogen menurun)

K t i th h ld t k ib• Konsentrasi threshold  menentukan nasib sel

• Senyawa kimia terlibat dalam penentuan pola perkembangan disebut morfogen

Informasi posisi dapat 

Penghambatan lateral dapat menyebabkan terbentuknya suatu pola tertentu

digunakan untuk menghasilkan pola yang sangat bervariasi

p

PEMBELAHAN DAN BLASTULASI

• Tujuan (fungsi) : faktor penentu jenisTujuan (fungsi) : faktor penentu, jenis

i ( i ) h bidJenis (tipe) arah bidang

• Contoh hewan: pembelahan khusus (moluska, bintang laut Synapta sp., mentimun ( , g y p p ,laut, serangga)

• Kekhasan mitosis• Sintesis mRNA tidak ada atau << (kecuali mamalia)• Pembelahan ↓ ∼ rasio : sitoplasma – nukleusBl t l• Blastula :– Coeloblastula ( + diskoblastula)– Stereoblastula (pada pembelahan spiral): moluska (kecuali (p p p ) (cephalopoda) , anelida, turbelaria

• Perkembangan mosaik (pembelahan determinate) & regulatif (pembelahan indeterminate)g (p )

• Tipe pembelahan  ∼ tipe telur ∼ penyebaran yolk• Pembentukan blastula  blastocoel

Mamalia• Berlangsungnya 

– lambat:– 12‐24 jam per pembelahan12 24 jam per pembelahan– 10 menit hewan lain– intrauterusiregular rotasional– iregular, rotasional

– pemampatan (compaction) > 8 sel• awal pemisahan ICM & trofoblas   awal diferensiasi• Peran protein permukaan : E‐cadherin (glikoprotein morulin)

• Random  polar  polarisasi• Membran ∼ ikatan antar sel; perubahan sitoskelet ; 

d llpada cell junction

C ti dih b t l h t i i• Compaction : dihambat : oleh tunicamycin(menghambat glikolisasi protein)

(– : prematur : oleh protein kinase C (menggeser E‐cadherin)

i i it k l t ik illi d i– : reorganisasi sitoskelet : mikrovilli dari :• Aktin mikrofilamen  di permukaan sel yang berdekatanberdekatan

• Mikrovilli berkontraksi  pendek  sel jadi pipih (bakal trofoblas)

M G1 S M G1 S G2 MM G1 S M G1 S G2 MG2

SIKLUS SEL DEWASA1 SIKLUS SIKLUS BERIKUTNYAFERTILISASI

G2 G2 G2S M S SM M

SIKLUS SEL EMBRIOSIKLUS 1 SIKLUS 2 SIKLUS BERIKUTNYA

PERBEDAAN PEMBELAHAN SEL DEWASA DENGAN SEL EMBRIO

Pola Pembelahan Posisi Yolk SimetriPembelahan

Contoh Hewan

HOLOBLASTIK Amphioxus, 

• Ekual Isolesital(Oligolesital)

Radial Echinodermata

Spiral Moluska, Annelida

Bilateral Ascidia

•Tidak ekual

(Oligolesital)

Rotasional Mamalia

Telolesital Radial bilateralAmfibia

Telolesital Radial  bilateral

MEROBLASTIKTelolesital ekstrim(Megalesital)

DiskoidalIkan, reptil, aves, monotremata

MEROBLASTIK (parsial)

(Megalesital)

Sentrolesital Superfisial Arthropoda (serangga)

• Ciri‐ciri pembelahanp– uniseluler ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> multiseluler

mitosistidak ada tumbuh yang nyata– tidak ada tumbuh yang nyata

– bentuk dan volume tetap (kecuali blastula: + blastosoel)

– Perubahan komposisi kimiawi (sitoplasma) terbatas– belum ada perubahan topografi dari sitoplasma yang nyatay

– rasio nukleus/sitoplasma : kecil menjadi besar ~ sel somatik dewasa

• Bulu babi :Bulu babi :– Awal pembelahan: 

vol. nukleus/vol sitoplasma = 1/550– Akhir pembelahan (blastula):

vol. nukleus/vol sitoplasma = 1/6

• PEMBELAHAN:posisi & banyaknya yolk– posisi & banyaknya yolk

– siklus protein dalam sitoplasma &– faktor‐faktor lain dalam sitoplasma (distribusi faktor‐faktor tertentu)

– NukleusSITOKINESIS DAN KARYOKINESISSITOKINESIS DAN KARYOKINESIS

• Pengontrolan pembelahan:g p• A. Inti materi genetik• Enukleasi pada oosit  transplantasi nukleus dari 

( )sel‐sel lain (sel blastula, sel epitel usus dll) dirangsang  membelah  embrio normal (Briggs& King 1954‐1956; gurdo 1968)(Briggs& King 1954 1956; gurdo 1968)

• Gambar Gilbert atau Carlson : eksperimen Spemann (1928) pada Triturus

• B. Sitoplasmaprotein‐protein tertentu pada plasma korteks

KOMPAKSI PADA MORULA (BLASTULA)KOMPAKSI PADA MORULA (BLASTULA)

• Menyebar terlokalisasi di tempat tertentuMenyebar  terlokalisasi di tempat tertentu „tight junction“ di trofoblas

• Di dalam : gap junction• Di dalam : gap junction

• Trofoblast : protease (kolagenase stromelisinTrofoblast : protease (kolagenase, stromelisin, aktivator plasminogen)

• Mencerna matriks ke uterus

• Implantasi lanjut  sempurna

Pembentukan blastula/blastosul (umum)  mitosis, sintesis tak ada gap

Blastula :

16‐64 morula

Amfibia : 64‐128 sel

Blastomer

1. Sekresi protein ke blastosul

Cairan kental (~ syrup)

Na+ ke luar

Absorpsi H2O (osmosis)& tekanan ke dinding

Blastula mengembang

Tekanan ke luar (// sumbu memanjang  ke luar)

2.  Adhesi diferensial & adhesi ke selaput hialin ! untuk ekspansi (critical)

↓berekspansi  blastosul >>

Pembentukan blastula Pada mamalia:Pembentukan blastula Pada mamalia: 

A.  ICM & trofoblas

Gen maternal on Gen paternal on

b.  lokalisasi blastomer– Luar : trofoblas

Dalam : ICM– Dalam : ICM– Tukar  terbalik

H hi k l d i ZPHatching : ‐ keluar dari ZPMembran sel trofoblas : pompa (Na+K+‐ATP‐ase)  Na+influks   air masuk (osmosis)  blastosul >>