www.gorengx.blogspot.com
.....
www.berasx.blogspot.com
......
Selasa, 05 April 2022
selpunca 2
April 05, 2022
selpunca 2
FOTO PRINSIP PLURIPOTEN
Pluripoten dipertahankan dengan cara menghambat diferensiasi dan mendorong proliferasi sehingga meningkatkan pembaruan diri.
Peran Oct3/4 dalam pluripoten
Oct3/4 sebagai faktor transkripsi keluarga POU (homeodomain) yang dikodekan Pou5f1. Ekspresi Oct3/4 wildtype kurang dari 50% akan mendorong sel embrionik berdiferensiasi menjadi TE, sedang meningkatkan ekspresi hingga 150% atau lebih justru
memicu diferensiasi menjadi PrE like cells. Oleh sebab itu, untuk mempertahankan aktivitas pluripotensi maka kadar ekspresi Oct3/4 wild type antara 50%- 150%.
detailnya peran Oct3/4 dalam pluripoten adalah :
1. tahap awal blastocyst : Oct3/4 meningkatkan ekspresi Cdx2 Tahap blastocyst organogenesis menciptakan 2 bagian, yaitu
lapisan luar yang berkembang menjadi trofektoderm (TE) sementara lapisan dalam membentuk inner mass cell (IMC) yang berisi sel embrionik pluripoten. Oct3/4 diekspresikan secara berlebihan oleh sel primitif endoderm (PrE), yaitu hasil pembentukan IMC tahap akhir blastocyst tetapi tidak dalam TE. Supresi Oct3/4 akan meningkatan ekpresi Cdx2 (pemicu diferensiasi trofektoderm) sehingga sel embrionik berdiferensiasi sepanjang garis turunan trofektodermal.
2. tahap akhir blastocyst: Oct 3/4 mempertahankan pluripoten dan mencegah diferensiasi
detailnya Oct3/4 berperan sebagai penjaga gerbang sel
embrionik (gatekeeper) dalam:
--Mempertahankan potensi pluripoten
Oct 3/4 yang diekspresikan di tahap akhir blastocyst berfungsi mendorong sel tutipoten berdiferensiasi menjadi sel primitip endoderm-like. Over ekspresi Oct3/4 memicu supresi ekspresi Cdx2, sehingga mencegah diferensiasi.
-- Mencegah diferensiasi trofektoderm Oct3/4 berinteraksi langsung pada Cdx2, membentuk
komplit s repressor (penekan) yang mengganggu autoregulasi protein sehingga memunculkan reciprocal inhibition system (pengaturan fungsi timbal balik). Interaksi ini detailnya menginhibisi Cdx2 sehingga menghambat prosedur diferensiasi trofektoderm.
Peran Oct3/4 dalam prosedur epigenetik
detailnya protein faktor transkripsi Oct3/4 berperan
dalam meregulasi rekayasa histon (histone demethylase) gen Jmjd1a yaitu domain jumonji yang mengandung 1A dan Jmjd2c, yang pada gilirannya akan mengatur ekspresi gen Tcl1 dan Nanog,
sehingga menyumbang pada proliferasi sel dan stabilisasi pluripoten.
Peran Sox2 dalam pluripoten
Sox2 menempati posisi penting dalam mempertahankan pluripotensi jaringan embrionik. Sox2 bekerja sama dengan Oct3/4 dalam mengaktifkan gen obyek sasaran Oct3/4. Sel embrionik yang
mengandung situs pengikatan Oct3/4 dan Sox2 diidentifikasi dalam beberapa gen, diantaranya Fgf4, osteopontin, Utf1, Fbxo15, Nanog dan Lefty1.
detailnya peran Sox2 dalam pluripoten adalah :
-- tahap awal blastocyst: Sox2 mempertahankan pluripoten Sox2 diekspresikan dalam sel germinal, ICM embrio awal, dan jaringan saraf. knockout Sox2 diawal embrio, seperti halnyanOct3/4 maka potensi pluripoten menjadi hilang pada tahap ICM. Embrio Sox2-null segera mati sesudah implantasi dan knockdown Sox2.
--Sox2 dalam pertahankan pluripoten dan mencegah diferensiasi Sox2 sangat penting dalam mempertahankan pluripoten. Sox2 bersama Oct3/4 berikatan pada regio enhancer gen Fgf4 yang secara
khusus diekspresikan dalam sel embrionik pluripoten. Oct4 dan Sox2 berperan secara kooperatif untuk mengikat DNA pada situs komposit Oct-Sox. Sox2 berperan dalam pembaharui diri tidak hanya
pengikatan global enhancer komposit Oct/Sox, tetapi i lebih pada pengendalian terhadap ekspresi faktor transkripsi seperti Nr2f2 dan Nr5a2 yang mengatur ekspresi Oct4.
Peran Nanog dalam pluripoten
Nanog adalah faktor transkripsi homeobox NK-2 kelas yang diekspresikan oleh seluruh sel pluripotent ICM. Ekspresi Nanog sebagian diatur oleh Oct3/4 dan Sox2, keluarga keluarga Sox (kotak HMG terkait SRY). Nanog awalnya diidentifikasi sebagai regulator utama pluripoten sebab saat diekspresikan berlebihan dapat
memperbarui diri secara mandiri (tidak menggantungkan diri LIF).
detailnya peran Nanog dalam pluripotensi adalah :
--Nanog mempertahankan pluripoten dan mencegah diferensiasi Nanog sebagai penjaga gerbang untuk mencegah sel embrionik berdiferensiasi menjadi endoderm primitif. Nanog juga memblokir diferensiasi neuron akibat pembuangan protein bone morphogenetic (BMP) dan LIF dari kultur bebas serum. Nanog adalah calon baik pluripoten dengan menekan Gata-6. Sel embrionik dengan Nanog-null akan mudah berdiferensiasi menjadi sel endoderm like parietal positip Gata6.
-- Nanog dalam LIF
Ekspresi Nanog yang berlebihan dapat mempertahankan pluripoten meskipun tanpa Lif. Ekspresi Nanog sintetik dapat memblokir diferensiasi sel embrionik menjadi sel endoderm primitif (diinduksi penarikan LIF) atau pembentukan badan embrioid (EB),
yaitu struktur seperti bola yang terbentuk oleh sel embrionik dalam kultur (meniru tahap embriogenesis silinder-telur). Nanog juga dapat membalikkan mesoderm khusus dengan mengkode faktor transkripsi T-box mesoderm khusus . Faktor ini secara langsung
mengaktifkan ekspresi Nanog, menandakan bahwa umpan balik negatif terlibat dalam keseimbangan antara pembaruan diri dan diferensiasi mesodermal.
--Nanog dalam reprogramming
Nanog berperan dalam reprogramming dengan meningkatkan efesiensi prosedur reprogramming nukleus sel somatik mejadi sel embrionik pluripoten. Sel hibrid yang terbentuk dalam reprogramming adalah akibat fusi antara sel embrionik dan somatik sesudah pemberian Nanog, terutama dengan kombinasi Oct4, Sox2 dan lin28.
FOTO PLURIPOTENSI SEL PUNCA EMBRIONIK
Penghambatan aktivitas Stat3 dan ekspresi berlebih dari Oct3/4 merangsang sel embrionik berdiferensiasi menjadi sel primitip endoderm like. Ini didukung oleh bukti bahwa 'efek overdosis' Oct3/4 npada diferensiasi sel embrionik tidak memerlukan aktivitas npengikatan DNA Oct3/4. Gen obyek sasaran dari komplit s khusus ini biasanya akan mencegah sel embrionik berdiferensiasi menjadi endoderm primitif dengan menekan faktor pemicu, Gata6.
Reprogramming
beberapa teori ontogenesis menyebutkan bahwa nasib suatu sel yang menjalani program diferensiasi adalah searah dan bersifat ireversibel. ini mengindikasikan bahwa arah diferensiasi terjadi secara hierarki adalah searah, yaitu dimulai dari sel punca terus ke sel progenitor yang berakhir dengan sel matur dan tidak
dapat terjadi sebaliknya. Dogma ini berubah sejak didapat nya sel punca embrionik yang berasal dari sel matur oleh Tuan Yamanaka dengan cara menginduksi faktor transkripsi Oct4, Sox2, Klf4 dan cmyc, OSKM. detailnya aktivasi faktor transkripsi dapat mengubah ubah fenotip sel matur kembali menjadi embrionik dengan mengikatkan ekspresi gen pembaruan diri dan supresi gen promosi diferensiasi. Faktor trankripsi ini berperan besar dalam menjaga potensi stemness suatu sel punca. Reprogramming dijelaskan dibawah ini.
FOTO REPROGRAMMING IPS
Reprogramming yang dilakukan dengan menginduksi sel matur menjadi sel matur lain (memicu potensi berdiferensiasi) dinamakan dengan transdiferensiasi. Reprogramming yang dilakukan dengan mengganti sel matur menjadi sel punca embrionik dinamakan iPS.
penjelasan reprogramming Reprograming (program ulang) adalah usaha mengganti kembali fenotip dan genotip suatu sel terdiferensiasi (matur) menjadi
bentuk imatur yaitu sel embrionik pluripoten. Fenotip yang berubah adalah ukuran, bentuk, potensi membran, aktivitas metabolik hingga tanggapan terhadap sinyal. Perubahan fenotip sebagian besar akibat prosedur rekayasa post-tranlasi/rekayasa terkendali (prosedur
epigenetik) terhadap ekspresi gen. prosedur reprogramming memakan waktu sedang transdiferensiasi lebih cepat dan efesien.Reprogramming memakai faktor transkripsi Oct4, Sox2, Klf4 dan c-myc (OSKM) dalam mengganti sel fibroblas matur menjadi sel punca embrionik pluripotent, dinamakan induce pluripotent stem cell (iPS). Peneliti lain menganti c-Myc dan Klf4 dengan Nanog dan
Lin28. Beberapa protokol lalu dibuat memakai dua atau tiga faktor transkripsi atau dengan penambahan small soluble molecule. Semua metode itu memiliki efisiensi reprogramming yang berbeda yaitu antara 0,00001 - 1% .
penjelasan plastisitas sel
Platisitas sel adalah kemampuan suatu sel untuk merubah nasibnya. Pendekatan ini dengan cara mengintroduksi gen Oct4, Sox2, Klf4 dan c-myc (OSKM) ke dalam sel fibroblast matur melalui
infeksi sehingga sel matur itu direprogram kembali menjadi sel dengan status pluripoten. meski begitu sel ini juga dapat dilakukan prosedur diferensiasi kembali yaitu menjadi beberapa sel matur (sel lapisan germinal). kejadian plastisitas sel biasanya diikuti
dengan diferensiasi menjadi sel matur, sehingga adalah bagian dari prosedur transdiferensiasi.
metode reprogramming
metode reprogramming memungkinkan mengganti kembali fenotip dan genotip sel terdiferensiasi (matur) menjadi bentuk yang sebelumnya dan bahkan dapat diubah menjadi sel punca. Transdiferensiasi tidak membawa resiko tinggi dalam karsinogenesis
dibandingkan program reprogramming. ini dipicu sebab perubahan langsung sel ke sel tidak memerlukan waktu seperti dalam metode intoduksi faktor transkripsi, yang mana terjadi status pluripoten
intermediate dan seterusnya sehingga berpotensi tumorigeneik. Sel transdiferensiasi biasa nya dikultur invitro dalam waktu yang lebih pendek daripada sel iPS, oleh sebab itu peluang tumpukan untuk mutasi genetik kecil. seperti dengan reprogramming, dalam
transdiferensiasi yang mana induksi terjadi terutama dengan penginduksian transgen. Gen ini biasanya adalah faktor transkripsi yang menentukan nasib dari sel obyek sasaran . Secara sistematik
metode ini dibagi menjadi 4 yaitu:
Cell fusion,Transdiferensiasi,Introduksi faktor transkripsi reprogramming : iPS, Somatic cell nuclear tansfer (SCNT),
Introduksi faktor transkripsi (iPS)
Pendekatan reprogramming ini dilakukan dengan cara
memakai virus integrasi atau non virus integerasi. Pendekatan virus integrasi dilakukan dengan cara mengintroduksi 4 protein faktor transkripsi secara injeksi yaitu: Oct4, Sox2, Klf4 dan c-myc (hasil temuan Mr Yamanaka) sebagai faktor reprogramming ke
dalam sel fibroblast murin sehingga sel itu direprogram kembali menjadi sel punca pluripoten. Protein itu sekarang sudah dibuat bsudah dalam bentuk cocktail OSKM. Peneliti lain mengganti 2 molekul terakhir dengan Nanog dan Lin untuk menyempurnakan
fungsi. Kelemahan reprogramming iPS adalah memunculkan tumor teratoma saat sel iPS ini ditransplantasikan pada mencit dengan defisiensi imun. Oleh sebab itu harus dipastikan saat yang akan
ditransplantasikan adalah sel iPS, maka dipastikan bahwa sel matur itu sudah homogen dan tidak terkontaminasi dengan sisa turunan iPS dan tidak terjadi reaktivasi transgen yang dapat memicu
tumorigenik.
metode iPS diterangkan dibawah
FOTO IPS
iPS sebagai sel punca embrionik pluripoten hasil induksi sel somatik (fibroblas matur) oleh faktor transkripsi Oct3/4, Klf4, Sox2 dan cMyc melalui lentivirus. detailnya prosedur dimulai dengan pemberian
c-Myc, lalu Oct3/4 lalu Klf4 dan akhirnya Sox2. Sisi lain
kekurangan Klf4 akan membuat sel itu menjadi senescence dan apoptosis
Somatic cell nuclear tansfer (SCNT)
SCNT, dinamakan "kloning" yaitu suatu metode
pentransferan nukleus sel somatik ke dalam oosit yang tidak dibuahi dan enukleasi (nuklues oosit sudah dibuang), yang lalu lingkungan sitoplasma oosit melakukan reprogramming (program ulang) terhadap nukleus sel somatik baru yang ditransfer sehingga
terjadi aktivasi beberapa jalur pengembangan embrio.
SCNT diterangkan dibawah
FOTO SCNT
SCNT adalah pembuatan artifisial embrio dengan cara
mentransfer nukleus somatik pada sel telur yang sudah dilakukan enukleasi (pembuangan inti), sehingga terjadi integrasi dan pembentukan embrio baru. SCNT dikenal dengan metode kloning.
Cell fusion
Cell fusion adalah suatu keadaan yang mana sel somatik digabung dengan sel punca embrionik dan memaparkannya pada lingkungan reprogramming (program ulang). Metode ini memakai sel murine dan kita . Metode pilihan lain untuk menginduksi fusi sel termasuk elektrofusi dan fusi yang dipicu oleh virus Sendai. Kedua metode ini sudah menandakan harapan,
meskipun penelitian komparatif menemukan PEG sebagai penginduksi fusi superior sebab dapat dicapai memakai sel induk embrionik kita , tanpa kebutuhan khusus untuk oosit, itu membuat fusi sel
memprogram ulang pilihan lain yang praktis dan etis menarik untuk penerapan obat regeneratif. tetapi , sesudah fusi, sel hibrid yang diproduksi mengandung bahan asam nukleat dari sel somatik dan sel
induk embrionik yang dipakai . sebab faktor nuklir kemungkinan terlibat dalam prosedur pemrograman ulang oleh fusi sel, pengangkatan sel punca.
Fusi sel diterangkan dibawah
FOTO FUSI SEL
Fusi sel adalah hasil dari perpaduan antar dua sel yang berbeda, termasuk sel punca dengan sel obyek sasaran yang menciptakan sel baru sebagai chimera.
Transdiferensiasi
usaha lain dalam menciptakan tipe sel terdifrensiasi adalah memakai transdiferensiasi. Penyuntikan satu cDNA dapat merubah fibroblas menjadi mioblas. Sebagaimana reprogramming, sifat vektor untuk mengeskpresikan transgen juga dapat memicu kanker akibat mutasi insersi atau reaktivasi transgen in-vivo.
Sebagai pilihan lain untuk menurunkan resiko kanker maka penghantaran gen memakai non-virus integrasi, diantaranya vektor excisable dan vektor episomeal. Transdiferensiasi melibatkan prosedur epigenetik dan oleh sebab itu mungkin mengalami ketidak normalan epigenetik yang sama, sehingga menjadi presdisposisi
sel membentuk tumor. metode transdiferensiasi lebih dahulu dideskripsikan tetapi kini reprogramming lebih banyak dikembangkan.
penjelasan transdiferensiasi
Transdiferensiasi adalah kemampuan sel punca untuk
mengganti sel yang sudah terdiferensiasi sebelumnya menjadi bentuk sel yang lebih khusus . ini dimungkinkan sebab sel punca memiliki kemampuan berintegrasi dan mengganti fenotipe sel yang
sudah terdiferensiasi sebelumnya. Sebagai contoh sel pankreas dapat berubah menjadi sel liveratau sel-α (exokrin) pankreas menjadi sel-β dengan mengintroduksi 3 faktor transkripsi pada perkembangan embrionik pankreas. Transdiferensiasi juga dilakukan pada human fibroblast menjadi sel kardiak dan human fibroblas menjadi sel
korneal limbus. Transdiferensiasi diterangkan dibawah
FOTO TRANSDIFERENSIASI
sel punca memiliki kemampuan mengganti sel yang sudah terdiferensiasi menjadi sel bentuk lain yang dinamakan transdiferensiasi. Contohnya merubah sel eksokrin menjadi sel beta pankreas.
tahap tahap transdiferensiasi
Beberapa protokol transdiferensiasi meliputi proses
dediferensiasi, tetapi sel ini tidak dapat kembali menjadi pluripoten, oleh sebab itu potensi pembentukan tumor pada transdiferensiasi adalah rendah. prosedur transdiferensiasi dalam banyak peristiwa terjadi dalam satu proses , tetapi pada peristiwa lain juga dapat melalui status intermediate. Sebagai contoh adalah sebelum sel B lengkap transdiferensiasi menjadi sel makrofag maka sel ini mengekspresikan
kedua gen khusus yaitu sel B dan makrofag dalam konsentrasi rendah. Hal lain juga terjadi status dediferensiasi selama prosedur transdiferensiasi, tetapi ini tidak natural dan tidak stabil terutama
saat dikultur status dediferensiasi akan hilang. Berbeda dengan sel iPS yang dapat dikultur tanpa kehilangan potensi pluripotensi.
Dediferensiasi
Dediferensiasi adalah suatu prosedur yang mana sebagian atau seluruh sel yang sudah terdiferensiasi mengalami kehilangan properti dan sifat diferensiasi sehingga sel matur itu kembali ke status sebelumnya yang kurang/ belum terdiferensiasi dan bahkan dapat kembali menjadi sel punca kembali. Dediferensiasi dijelaskan dibawah ini.
FOTO DEDIFIRENSIASI
Dedifirensiasi adalah sel yang kehilangan kemampuan
diferensiasi akibat rangsangan sinyal Ras dan pRB
Secara prinsip komunikasi seluler dimulai dengan terikatnya ligan (subtansi pembawa sinyal) pada reseptor yang sesuai (protein penerima sinyal). kemampuan setiap sel untuk menerima sinyal dan
tanggapanya secara benar adalah prinsip dasar dalam aktivitas seluler baik aktifitas perkembangbiakan , pembelahan, apoptosis, reparasi maupun regulasi sistem imun. maka interaksi ligan-reseptor
adalah bentuk awal dari suatu komunikasi seluler. Ligan adalah molekul sinyal yang bekerja optimal pada konsentrasi rendah <10- 8M. Setiap molekul liganmemiliki cara yang berbeda dalam berikatan
dengan reseptor. Molekul ligan yang bersifat hidrofilik (tertarik dengan air) terhadap membran lipid bilayer maka akan berikatan dengan reseptor pada permukaan membran, sedang molekul ligan yang bersifat hidrofobik (tidak tertarik dengan air) maka akan
berdifusi secara langsung melewati membran lipid bilayer. Sinyal tingkat sitoplasmik adalah sinyal transduksi sebagai lanjutan sinyal membran yang secara kaskade terus bergerak menuju nukleus.Interaksi ligan-reseptor tidak langsung memunculkan tanggapan intraseluler, tetapi i melalui prosedur fosforilasi reseptor yang dapat mengaktivasi kaskade jalur transduksi.Sinyal transduksi pada akhirnya membentuk jalinan sirkuit komplit yang terintegrasi dan terinterkoneksi satu dengan lain menuju prosedur homoestasis.
Ligan sinyal
detailnya komunikasi baru akan terjadi saat ligan
small molecule berikatan dengan reseptor yang sesuai (reseptor permukaan membran atau intraseluler) dan lalu memicu fosforilasi reseptor (aktivasi ). ini menunjukan bahwa ligan molekul berperan sebagai molekul first messenger.
penjelasan ligan
Ligan merupkan small molecule baik berwujud peptida atau non peptida yang detailnya dapat mengikat molekul reseptor sehingga berperan sebagai sinyal komunikasi antar sel. Ligan disekresi oleh beberapa sel termasuk sel punca dengan sifat dan fungsi yang beragam menggantungkan diri pada sel pensekresinya. meskibegitu pada keadaan tertentu molekul ligan juga dapat berfungsi berlawanan dengan sebelumnya, yaitu saat niche sel itu berubah secara drastis. ini menjelaskan mengapa satu jenis sel dapat mensekresi molekul ligan dengan fungsi yang berbeda, yaitu satu sisi berfungsi sebagai rangsangan tetapi sisi lain sebagai inhibisi. ini dinamakan teori polarisasi sel yang sangat dipengaruhi oleh niche. Sisi lain jumlah konsentrasi molekul ligan juga ikut
mempengaruhi hasil akhir (tanggapan sel obyek sasaran ).
golongkan molekul ligan berdasar difusi
Sebagian besar molekul ligan berfungsi sebagai molekul sinyal komunikasi dengan cara mengikat molekul ligan itu melalui reseptor permukaan atau secara langsung berdifusi melewati membran lipid bilayer. Difusi adalah pergerakan suatu molekul
dari wilayah konsentrasi tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah secara pasif. ini mengindikasikan bahwa molekul ligan yang berbeda dengan elemen membran lipid bilayer akan berdifusi secara langsung, sedang yang sesuai dengan membran lipid bilayer akan terikat
pada reseptor. berdasar hal itu maka molekul ligan
digolongkan menjadi 2 macam:
Ligan non-difusi (hidrofilik)
Molekul ligan yang berikatan dengan reseptor permukaan membran yaitu:
--1.Ligan peptida ,Gonadotropin,FSH, LH,
--2. Neurotransmitter:Ligan asetikolin Ligan serotonin,
Ligam difusi (hidrofobik)
Molekul yang berdifusi melewati membran menuju sitoplasma untuk mengikat reseptor nukleus
--1.Molekul sinyal gas :Nitrit oksida,CO2dan O2,
--2. Hormon steroid: Hormon testoteron,Pheromone,
Hormon estradiol, Hormon progesteron ,
--3.Vitamin D dan asam retinoid
--4. Tiroksin
Membran lipid bilayer
Struktur dasar membran sel adalah lipid bilayer yang tersusun atas protein transmembran dengan sifat amphipatic yaitu memiliki regio hidrophobik (non-polar dan tidak tertarik air) dan hidrophilik (polar dan tertarik air). Regio hidrophobik berada didalam membran lipid bilayer yang lalu berinteraksi regio
hidropilik melalui ekor hidrophobik molekul lipid. Regio hidrophobik terasingkan dari air dan berada dalam membran, sebaliknya regio hidrophilik terekpos air pada dua sisi membran (luar dan dalam membran).
ada protein membran sitosol yang terintegrasi dalam
lipid bilayer hingga terekpos keluar permukaan membran baik melalui amphipathic α helix atau melalui rantai lipid yang terikat secara kovalen (berwujud rantai asam lemak).Penempelan kovalen
protein lipid pada lapisan bilayer luar ini akan membantu melokalisasi protein water-soluble molecule (ektraseluler) pada membran sel dan kemudian mengarahkannya menuju protein intraseluler sitosol (contoh: proteinphosphatidylinositol). Protein lipid yang menempel ini dikenal sebagai struktur reseptor. Komunikasi terjadi saat molekul ligan
menempel pada reseptor permukaan membran ekstraseluler, lalu dihantarkan menuju sitolasma melaui molekul phosphatidylinositol yang berada dalam lapisan membran intraseluler. Membran bilayer dijelaskan dibawah
FOTO MEMBRAN BILAYER
Struktur membran sel berwujud lipid bilayer, terdiri atas regio hidrophobik yang berada didalam membran lipid bilayer dan hidrophilik yang berada pada dua sisi membran (luar dan dalam membran). Regio hidrophobik berinteraksi dengan regio hidropilik
melalui ekor hidrophobikmolekul lipid.
Molekul ligan terikat reseptor membran (nondifusi)
Ligan-non difusi adalah rombongan molekul ligan yang dalam menginduksi sinyal komunikasi intraseluler tidak berdifusi pada membran lipid bilayer, tetapi dengan cara mengikat reseptor permukaan membran sel. Ikatan ligan-reseptor itu akan menciptakan fosforilasi protein intraseluler yang secara kaskade mengaktivasi protein substrat efektor sitoplasmik hingga membentuk sinyal transduksi menuju nukleus untuk memunculkan tanggapan sel.
Molekul ligan non-difusi diterangkan dibawah
FOTO MOLEKUL LIGAN HIDROFILIK
Molekul ligan hidrofilik mengikat reseptor permukaan membran yang bersifat hidrofilik. golongan molekul ligan-non difusi (hidrofilik) adalah:
-Neurotransmitter: Ligan asetikolin, Ligan serotonin,
- Peptida:FSH, LH,Gonadotropin,
Molekul ligan-difusi
Ligan-difusi adalah rombongan molekul ligan yang dalam menginduksi sinyal komunikasi intraseluler terjadi secara langsung dengan berdifusi melalui membran lipid bilayer, hingga lalu mengikat reseptor intraseluler. ini dipicu sebab molekul ligan itu bersifat hidrofobik (tidak tertarik air dan non-polar). Sisi lain permukaan luar membran bilayer bersifat hidrofilik sehingga tidak memungkinkan bagi molekul ligan hidrophobik untuk mengikat reseptor permukaan membran yang bersifat hidropilik. Keadaan ini
memicu molekul ligan itu berdifusi secara langsung
melewati membran lipid bilayer, lalu mengikat reseptor intraseluler untuk mengaktivasinya. detailnya molekul ligan hidrofobik dibagi menjadi:
1. Hormon steroid: Hormon estradiol, Hormon progesteron ,Hormon testoteron, Pheromone,
Vitamin D dan asam retinoid,Tiroksin,Molekul sinyal gas,
-1.Gas CO2dan O2
-2. Gas nitrit oksida
Molekul ligan difusi (hidrofobik) dijelaskan dibawah
ini.
FOTO MOLEKUL LIGAN DIFUSI
Molekul ligan hidrofobik tidak memungkinkan berikatan dengan beberapa reseptor permukaan membran yang bersifat hidrofilik sehingga molekul hidrofobik ini melakukan difusi langsung melewat membran lipid bilayer menuju reseptor intraseluler di sitoplasma.
Ligan peptida
Ligan peptide adalah small molekul golongan protein yang dapat berikatan dengan reseptor permukaan sel dalam menginduksi sinyal komunikasi. Reseptor yang diikat oleh ligan ini diantaranya adalah reseptor tirosin kinase. Peptida adalah protein ligan yang berperan sebagai molekul komunikator saat berikatan dengan
reseptor. Sinyal komunikasi baru berfungsi saat ligan peptide berikatan pada reseptor yang sesuai dengannya. Reseptor yang biasa dipakai adalah reseptor terkait protein G.
Neurotransmitter
Molekul hidrofilik ini secara fisik tidak melintasi lapisan
fosfolipid bilayer untuk memulai perubahan intraseluler (seperti hormon steroid), tetapi memakai ion Ca2+ atau cAMP, sebagai second messenger sedang neurotransmiter sendiri first messenger.
cara ini memungkinkan sinyal ekstraseluler diperbanyak secara intraseluler sehingga menciptakan sinyal transduksi. Ligan memiliki cara berbeda dalam mempengaruhi sel obyek sasaran dan ini terkait dengan reseptor sel tertentu.
Reseptor
Reseptor berperan untuk memeriksa dan menanggapi beberapa stimulus baik berwujud ligan kimia maupun fisik. Reseptor akan mempersepsikan molekul ligan yang sudah diikatnya sebagai sinyal informasi, yang lalu ditansduksi menuju protein intaseluler hingga berakhir dengan tanggapan seluler.sifat reseptor
biasa nya berwujud protein membran plasma, yang terekspresi secara selektif pada permukaan sel tertentu dan bersifat khusus , diperkirakan ada dua puluh macam reseptor khusus yang dapat mengikat beberapa macam ligan.Spesifisitas reseptor penting
diketahui terutama saat ingin diketahui molekul ligan yang akan diikatnya, sebab reseptor ini hanya dapat berinteraksi dengan ligan tertentu saja, yang kompatibel dengan struktur reseptor itu sendiri. penjelasan reseptor
Reseptor adalah rombongan molekul protein kelas tertentu yang diekspresikan secara selektif pada permukaan membran sel dan atau intraseluler dengan fungsi mengikat molekul ligan yang sesuai. detailnya pengikatan liganter jadi pada wilayah tertentu suatu
reseptor yang dinamakan situs pengikatan ligan-reseptor. Reseptor pengikat ligan diterangkan dibawah
FOTO RESEPTOR PENGIKAT LIGAN
nyatanya reseptor tersusun atas rombongan molekul protein yang diekspresikan pada permukaan membran sel dan atau intraseluler. Ligan hidrofobik (terlarut dalam lipid) akan langsung berdifusi kedalam membran intraseluler untuk mengikat reseptor intrasel,
sebaliknya ligan yang hidrofilik akan mengikatreseptor yang berada pada permukaan membran.
sifat reseptor
detailnya reseptor memiliki sifat tertentu, yaitu:
-1 Bersifat khusus ―prinsip lock and key
Setiap reseptor bersifat khusus sehingga hanya dapat
berinteraksi dengan ligan yang kompatibel dengan reseptor itu sendiri. prinsip ligan-reseptor dinamakan prinsip ―lock and key
Spesifisitas reseptor penting diketahui terutama saat ingin mengetahui molekul ligan yang akan diikatnya. Setiap reseptor memiliki kemampuan mengikat ligan tertentu yang sesuai, yaitu:
- 1. Molekul ligan ektraseluler hidrofilik (polar dan tertarik air) akan diikat oleh reseptor permukaan membran plasma (lipid bilayer)
-2.Molekul ligan ektraseluler hidrofobik (non-polar dan tidak tertarik air) akan berdifusi langsung melewati membran lipid bilayer untuk mengikat reseptor intraseluler dalam sitoplasma.
-3. Molekul ligan tertentu yang diproduksi akibat perubahan ionik atau rangsangan fisik pada permukaan membran dapat mengikat reseptor membran.
Aktivasi reseptor
nyatanya reseptor suatu sel dalam keadaan inaktif
terkonformasi sebagai bentuk formasi kimia yang statis.
Perubahan konformasi reseptor
Perubahan konformasi reseptor adalah suatu keadaan
yang mana struktur kimia suatu reseptor sel berubah akibat rangsangan molekul ligan pada situs pengikatan reseptor. Perubahan konformasi reseptor ini memicu fosforilasi reseptor menuju domain intraseluler sehingga reseptor menjadi aktif. Perubahan konformasi reseptor berwujud :
1.Perubahan langsung dalam reseptor
Perubahan langsung dalam reseptor adalah suatu keadaan yang mana pengikatan ligan-reseptor memicu reseptor terkonformasi secara langsung sehingga terbentuk sinyal transduksi yang secara kaskade akan mengaktivasi beberapa protein sitoplasma. Contoh: reseptor seven-helix.
2. Perubahan tidak langsung dalam reseptor
-Sebelum dimerisasi reseptor
Suatu keadaan yang mana reseptor mengalami konformasi sesudah ikatan ligan-reseptor sebelum reseptor itu mengalami dimerisasi.ini mengindikasikan bahwa aktivasi reseptor itu tidak melalui prosedur dimerisasi kedua reseptor terlebih dahulu. Contoh: reseptor sitokin.
-Sesudah dimerisasi reseptor
Suatu keadaan yang mana reseptor mengalami konformasi sesudah ikatan ligan-reseptor sesudah reseptor itu mengalami dimerisasi. .ini mengindikasikan bahwa aktivasi reseptor terjadi sesudah kedua reseptor itu mengalami dimerisasi. Contohnya : reseptor tiroksin
kinase (RTK).
FOTO AKTIVASI RESEPTOR
Pengikatan ligan-reseptor memicu reseptor terkonformasi yang ditandai dengan fosforilasi reseptor transmembran menuju intraseluler sehingga terbentuk sinyal transduksi.
golongkan reseptor
berdasar struktur dan ikatan fungsional ligan-reseptor,
maka superkeluarga reseptor dibedakan menjadi 3 golongan utama, yaitu :
Reseptor terkait transmitter-ion channel,
Reseptor terkait enzim,Reseptor terkait protein G,
Reseptor terkait enzim
Reseptor terkait enzim adalah protein membran dengan dua domain utama yaitu domain katalitik single-trans membran segment (1-TMS) dan domain ektraseluler. Domain katalitik berada di intraseluler dengan fungsi sebagai katalisis enzim tirosin kinase atau guanylyl cyclise, sedang domain ekstraseluler berada diluar membran lipid bilayer dan memiliki situs pengenalan ligan 1-TMS.Molekul 1-TMS adalah protein dengan sebuah segmen trans membran dengan domain globular substansial. detailnya reseptor terkait enzim terdiri atas 6 super keluarga , yaitu :
Reseptor serine/threonine kinases,Reseptor guanylyl cyclases,Reseptor histidine-kinase-associated receptors,Reseptor tirosin kinase,Reseptor terkait tirosin kinase,Reseptor like-tyrosine phosphatases,
Reseptor terkait protein-G
Reseptor terkait protein G adalah protein membran
integral yang memiliki 7 segmen (helical) transmembran dengan situs pengenalan ektraseluler untuk mengikat ligan dan situs pengenalan
intaseluler untuk protein pengikat GTP (GTP-binding protein).
Reseptor terkait transmitter- ion channel
Reseptor terkait transmitter-ion channel dikenal juga sebagai transmitter-gated ion channel atau reseptor ionotropik.Reseptor terkait transmitter-ion channel yaitu reseptor seven-helix yang tersusun atas asosiasi subunit protein, yang mana tiap asosiasi mengandung beberapa segmen transmembran. Struktur reseptor ini
adalah saluran ion gerbang bagi ligan (ligand-gated ion channels) yang akan terbuka saat terjadi pengikatan ligan khusus . Sebagai contoh ligan saluran ion ini adalah neurotransmitters.
Protein-G dan reseptor
Protein G dalam keadaan normal berada pada status inaktif, terikat pada guanosin difosfat (GDP) dan menjadi aktif saat berikatan dengan guanosin trifosfat (GTP).
penjelasan protein G
Protein G adalah keluarga guanine nucleotide-binding protein yang berperan sebagai saklar molekul intraseluler dengan fungsi metransmisikan sinyal ekstraseluler ke dalam intraseluler. Protein G
mengandung 3 subunit heterotrimer yang tertanam dalam membran intraseluler, yaitu:
-Subunit β (35 kD),- Subunit γ (7 to 9 kD),
-Sub unit-α (45 to 47 kD) Subunit-α dapat mengikat GDP atau GTP dan memiliki aktivitas intrinsik GTPase lambat.
Aktivasi protein-G
Aktivitas protein-G berdasar atas kemampuan nya dalam mengikat dan mengganti GDP dengan GTP sehingga protein-G menjadi aktif atau menghidrolisis GTP menjadi GDP sehingga protein-G menjadi inaktif. Protein-G dalam keadaan normal adalah inaktif, yang mana komplit s subunit αβγ protein-G terikat pada situs nukleutide GDP. Aktivasi protein-G terjadi melalui tahap tahap sebagai berikut:
1. Pengikatan molekul ligan (hormon) pada reseptor terkait protein-G Pengikatan hormon acetilcolin pada reseptor terkait protein-G memicu perubahan konformasi reseptor terkait protein-G yang lalu secara kaskade mengaktivasi rangkaian protein efektor
berikutnya.
2. Pengikatan GDP menjadi GTP Reseptor yang terkonformasi akan menginduksi (katalisis)
pergantian GDP yang ada pada subunit-α (elemen enzimatik) protein-G dengan GTP sehingga subunit-α protein-G menjadi aktif.
3. Aktivasi adenylyl cyclase
Subunit-α protein-G aktif akan berdisosiasi dari subunit-β dan γ protein-G, yang lalu mengikat adenyly cyclase (enzim). Hal ini menyebabkan enzim adenyly cyclase menjadi aktif sehingga berperan sebagai intracelluler messanger.
Modulasi pembukaan saluran ion
Adenyly cyclase yang teraktivasi dapat memodulasi
pembukaan saluran ion sehingga ion ekstraseluler dapat melewati saluran ion itu menuju intraseluler. Keberadaan ion intraseluler akan memicu rangkaian aktivasi jalur sinyal transduksi sitoplasmik
sehingga menciptakan tanggapan sel.
FOTO AKTIVASI PROTEIN-G
Protein-G dalam keadaan normal inaktif, yang mana komplit s subunit αβγ protein-G terikat pada GDP. aktivasi protein-G terjadi melalui pengikatan ligan hormon pada reseptor yang memicu perubahan
konformasi reseptorhingga dapat mengganti GDP pada subunit-α dengan GTP dan menjadi aktif. Subunit-α protein-G aktif akan berdisosiasi dari subunit-βγ yang lalu mengikat dan mengaktivasi adenyly cyclase. Adenyly cyclase teraktivasi akan memodulasi pembukaan saluran ion sehingga ion ekstraseluler dapat melewatinya. ini akan memicu jalur sinyal transduksi sitoplasmik untuk menciptakan tanggapan sel.
Inaktivasi protein G
Molekul GDP yang berikatan pada subunit-α protein-G akan memicu protein-G menjadi inaktif, sebaliknya saat GDP digantikan dengan molekul GTP protein-G menjadi aktif. Ikatan GTP subunit-α protein-G yang sudah terikat pada adenylyl cyclise akan terhidrolisis oleh aktifitas GTPase intrinsik. detailnya GTPase
aktif akan mendorong subunit-α GTP terdisosiasi dari adenylyl cyclise yang berakibat subunit β dan γ protein-G kembali melakukan reasosiasi dengan subunit-α sehingga membentuk komplit s G αβγ hererotrimeric yang inaktif.
FOTO INAKTIVASI PROTEIN-G
Aktifitas GTPase akan menghidrolisisikatan subunit-α-GTP-adenylyl cyclase, sehingga mendorong subunit-α GTP terdisosiasi dari adenylyl cyclase yang berakibat subunit-α berasosiasi kembali dengan subunit-
βγ sehingga membentuk komplit s G αβγ hererotrimeric yang memicu protein-G inaktif.
Reseptor terkait transmitter- ion channel
Reseptor terkait transmitter-ion channel yaitu reseptor sevenhelix yang tersusun atas asosiasi subunit protein, yang mana tiap asosiasi mengandung beberapa segmen transmembran. Struktur reseptor ini
berwujud saluran ion yang adalah pintu gerbang bagi ligan (ligandgated ion channels). Saluran iniakan terbuka saat terjadi pengikatan ligan tertentu pada reseptor terkait transmitter-ion channel. Salah satu
contoh ligan saluran ion adalah molekul neurotransmitters.
Mekanisme pembukaan gerbang saluran ion
Saluran ion dalam reseptor terkait transmitter-ion channel pada keadaan normal adalah inaktif yaitu dalam posisi tertutup. Saluran ion ini baru akan terbuka saat reseptor (protein transmembran) itu berikatan secara aktif dengan ligan neurotrasmiter (enabling sinyal ). Gerbang saluran ion yang terbuka
memicu ion memasuki saluran dan terus bergerak menuju sitoplasma. Perubahan kosentrasi ion memunculkan tanggapan seluler.
FOTO RESEPTOR TERKAIT TRANSMITTER- ION CHANNEL
Aktivasi reseptor terkaittransmitter-ion channeldimulai dengan terikatnya acetilkolin (transmitter) pada situs pengikatan liganreseptor terkait transmitter-ion channel, yang memicu terbukanya saluran ion sehingga memungkinkan ion memasuki saluran ion menuju sitoplasma untuk memunculkan tanggapan seluler.
SECOND MESSENGER(CAMP)
Aktivasi second messenger dapat memicu perubahan
fisiologis seperti proliferasi, diferensiasi, migrasi, survival dan apoptosis dengan cara memicu kaskade transduksi sinyal intraseluler. Sistem pensinyalan second messenger ini secara kaskade kinase multi
siklik bergabung menuju hilir untuk memperkuat sinyal first messenger.
penjelasan second messenger
Second messenger adalah molekul pensinyal intraseluler yang dilepaskan sel sebagai tanggapan terhadap paparan molekul pensinyal sebelumnya (first messenger) yang berada di ekstraseluler. prosedur
second messenger dimulai dengan terikatnya molekul ligan (hormon) dengan reseptor permukaan membran.
Secara sitematik second messenger terbagi menjadi 5
golongan , yaitu:
diacylglycerol,kalsium, cAMP,cGMP, inositol trisphosphate,
penjelasan cyclic AMP
cAMP (adenosine 3',5'-cyclic monophosphate) adalah subtansi kimia hasil buatan enzim adenylyl cyclase (enzim yang terikat membran) yang memerlukan ATP (ATP-dependent enzyme) sebagai prosedur aktivasi . Enzim adenylyl cyclaseini diaktivasi oleh protein-G
(GTP-binding proteins) sehingga dapat mengikat ATP. Pelepasan cAMP akan memicu prosedur fosforilasi beberapa protein jalur transduksi sitoplasma untuk memunculkan tanggapan seluler. Sisi lain
cAMP sendiri dapat dihidrolisis/ digradasi oleh enzim soluble fosfodiestrase menjadi bentuk inaktif. aktivasi sinyal transduksi intraseluler tidak terjadi secara langsung sesudah interaksi reseptor-
hormon membran, tetapi melibatkan peran protein-G melalui pelepasan cAMP yang dibuatan oleh adenylyl cyclase. ini mengindikasikan bahwa cAMP adalah second messenger bagi protein intraseluler lainnya.
FOTO cAMP
Hormon sebagai first messenger sinyal ing dan cAMP sebagai second messenger sinyal ing. desain second messenger memungkinkan efek intraseluler (prosedur aktif) tanpa dirinya memasuki sel, tetapi cukup
memakai cAMP sebagai second messenger. Adenylyl cyclase bukan diaktivasi oleh komplit s reseptor-hormonal secara langsung, melainkan komplit s hormonal-reseptor ini merangsang protein
GTP-binding (protein G). Protein G aktif lalu mengaktivasi adenylyl cyclase.
TABEL SECOND MESSENGER INTRASEL
Sinyal transduksi
tahap tahap awal pembentukan sinyal transduksi ditandai dengan terikatnya molekul ligan pada reseptor membran. sifat ligan yang akan berikatan pada reseptor penting untuk dikenali, sebab dapat menentukan jalur sinyal transduksi. Struktur dan properti kimia suatu ligan akan mengikat reseptor yang sesuai. Informasi metabolik dibawa sebagai sinyal liganyang akan diikat oleh reseptor membran
atau berdifusi menuju nuklues untuk memodulasi transkripsi.
penjelasan sinyal tranduksi
Sinyal transduksi adalah sinyal komunikasi kaskade
intraseluler yang terjadi sesudah berikatanya ligan-reseptor. Sinyal ligan-reseptor intraseluler dapat mengaktivasi kronologis reaksi biokimia secara kaskade bertujuan merubah protein sinyal inaktif
menjadi aktif. Rangkaian prosedur molekuler ini lalu membentuk pola tertentu yang dinamakan sinyal transduction pathway. Secara prinsip aktivasi sinyal transduksi memakai 2 reaksi kimia yaitu fosforilasi enzimatik dan pemakaian second messenger GTP.
tahap tahap sinyal transduksi
Sirkuit sinyal seluler melibatkan banyak jalur yang terjadi secara bertahap. detailnya pengikatan ligan-reseptor membran tidak langsung memunculkan tanggapan seluler, tetapi berjalan bertahap
dimulai dengan fosforilasi reseptor, aktivasi jalur sinyal
transduksi sitoplasmik secara kaskade menuju nukleus yang lalu memicu tanggapan seluler baik pergerakan siklus sel (proliferasi), diferensiasi, apoptosis dan sebagainya. Secara sistematis tahap tahap
sinyal transduksi dibagi menjadi 4 bagian utama:
-- Transfer sinyal ke dalam sel
Aktivasi protein intraseluler sesudah ikatan ligan-reseptor adalah tahap tahap awal dalam inisiasi sinyal transduksi. Inisiasi pembentukan sinyal transduksi menggantungkan diri pada sifat ligan. Ligan steroid
(molekul difusi) melalui 2 cara yaitu dengan cara mengikat reseptor sitoplasmik (sesudah difusi membran) atau secara langsung mempengaruhi prosedur transkripsi. Ligan non-steroid/ protein peptida (non-difusi) dengan cara mengikat molekul ligan itu pada reseptor permukaan membran.
--. Amplikasi sinyal sitoplasmik
Amplikasi sinyal adalah tahap tahap prosedur penguatan sinyal tingkat sitoplasmik. prosedur ini memakai second messenger, baik berwujud cyclic AMP maupun Inositol Triphosphate. sifat
second messenger adalah molekul kecil, water soluble, non-protein, tersebar diseluruh sel melalui difusi.
-- Modulasi protein efektor
Modulasi protein efektor adalah prosedur aktivasi protein sinyal sitoplasmik memakai protein aktif secara kaskade berantai.
-- tanggapan seluler ,tanggapan seluler adalah aktifitas seluler, baik fisiologik maupun patologik sesudah rangsangan komplit s protein sinyal transduksi ke dalam nukleus yang memicu prosedur transkripsi. detailnya dimulai dengan aktivasi faktor transkripsi yang merangsang wilayah promoter suatu gen (sesuai dengan sinyal ligan). maka
wilayah promotor gen lebih tanggapan sif terhadap rangsangan ligan sinyal yang mengikat reseptor sebelumnya. prosedur kaskade sinyal transduksi yang melibatkan beberapa molekul ligan diterangkan dibawah
FOTO TIGA JALUR SINYAL TRANSDUKSI SELULER
Inisiasi pembentukan sinyal transduksi melalui tiga jalur yaitu
-- ligan steroid prosedur difusi menuju intraseluler untuk mengikat reseptor nukleus untuk mempengaruhi prosedur transkripsi.
-- Ligan molekul non steroid (golongan peptida) melalui pengikatan pada reseptor membran lalu mengaktivasi sinyal transduksi menuju nukleus untuk prosedur transkripsi
-- ligan molekul lain melalui reseptor membran lalu mengaktivasi sinyal transduksi atau secara langsung mempengaruhi prosedur transkripsi.
tanggapan sel terhadap sinyal
tanggapan intraseluler sesudah interaksi molekul sinyal liganreseptor intraseluler adalah berbeda menggantungkan diri pada jenis molekul ligan dan sifat reseptor. detailnya ini terlihat saat sebuah molekul ligan non-permeabel terhadap membran sel reseptor berikatan, maka akan terjadi aktivasi protein reseptor setempat, dengan cara perubahan formasi struktur protein itu . Perubahan ini memiliki implikasi seluler yang berbeda menggantungkan diri pada sifat
molekul ligan dan jenis reseptor. tanggapan intraseluler terhadap sinyal tingkat membran dibagi 2
macam:
--tanggapan langsung
tanggapan langsung adalah suatu tanggapan molekul ligan intraseluler yang bersifat langsung dan cepat. ini terkait aktivasi langsung pada protein fungsional (enzim) dalam sel obyek sasaran . ini terlihat pada molekul ligan terkait gas nitrat oksida (NO), yaitu gas
tidak berwarna yang dapat bersifat sebagai radikal bebas. Gas NO berperan sebagai molekul sinyal gas, sehingga juga dinamakan endothelium-derived relaxing factor (EDRF). Molekul EDRF (hasil biosintetis dari L-arginin, oksigen dan NADPH oleh enzim nitoc
oxide synthase (NOS) secara endogenous. detailnya molekul EDRF sangat reaktif (lifetime hanya beberapa detik) sehingga dapat melewati membran nukleus secara bebas sebagai molekul sinyal yang dapat memunculkan tanggapan relaksasi otot polos, sehingga memunculkan tanggapan vasodilatasi pembuluh darah secara cepat.
-- tanggapan tidak langsung
tanggapan tidak langsung adalah tanggapan intraseluler jenis lambat sesudah pengikatan molekulligan-reseptor. ini bertujuan untuk mengendalikan ekspresi gen secara ketat. detailnya prosedur dimulai sesudah pengikatan molekulligan-reseptor hingga terbentuk komplit s ligan-reseptor teraktivasi. prosedur kemudian melibatkan aktivasi banyak protein substrat bertujuan saling mengaktivasi
protein efektor lain (enzim) secara berantai membentuk jalur sirkuit sinyal tranduksi sitoplasmik hingga lalu memasuki nukleus. tanggapan nukleus terhadap sinyal trandsuksi adalah aktivasi prosedur transkripsi sesuai dengan perintah sinyal ligan sebelumnya. ini
akan memunculkan tanggapan seluler. maka interaksi ligansinyal ini dapat meregulasi aktivitas gen tertentu, sehingga terjadi perubahan aktivitas fisiologi suatu sel.
tanggapan seluler terhadap sinyal dijelaskan dalam
dibawah ini
FOTO TANGGAPAN TRANSKRIPSI
Setiap organisme baik uniseluler maupun multi seluler harus dapat berinteraksi dalam aktivitas kehidupan dasar bertujuan mencapai keadaan homeostasis. Interaksi ini adalah bentuk komunikasi molekuler antar sel, yang diperankan oleh protein sinyal aktif hasil ekspresi gen suatu sel. Komunikasi seluler terjadi melalui pelepasan pesan tertentu, menggantungkan diri pada sifat sel dan nichenya. Protein sinyal yang disekresikan dapat berbeda, bahkan dalam satu jenis sel yang sama sekalipun. ini yang menjelaskan
mengapa suatu sel dengan fungsieksitasi, tetapi di waktu lain berfungsi sebagai inhibisi. Pencapaian homeostasis terus dilakukan dengan carasetiap
sinyal yang memicuaktifitas seluler akan diikuti dengan kemunculan sinyal inhibisi. prosedur itu membentuk sirkuit sinyal komplit s yang terintegrasi dan inter-koneksidimulai melalui pengikatan reseptor ligan yang berlanjut dengan sinyal transduksidan berakhir
dengan ekspresi gen tertentu. ini menuju keadaan keseimbangan ditingkat mikro-seluleryang menentukan stabilitas genomik suatu sel.
Ekspresi protein yang salah akibat mutasi genetik atau akibat prosedur epigenetik memicu disharmonisasi sirkuit sinyal, yang memunculkan gangguan komunikasi seluler pada beberapa penyakit. Oleh sebab nya pemahaman bentuk dan tipe komunikasi seluler dan desain komunikasi sebagai satu kesatuan elemen sirkuit dirasa penting untuk dibahas.
prinsip komunikasi seluler
peran ligan dan reseptor adalah penting dalam memulai prosedur komunikasi. Komunikasi seluler diinisiasi oleh pelepasan molekul tertentu yang berperan sebagai sebagai ligan.
Komunikasi seluler
Komunikasi seluler adalah suatu cara sel dalam
mempengaruhi sel obyek sasaran melalui pelepasan molekul ligan tertentu yang dapat mengikat reseptor. Ligan sebagai molekul sinyal, sedang reseptor sebagai molekul protein penerima sinyal. detailnya molekul ligan hanya mengikat reseptor sel obyek sasaran yang sesuai dengan sifat nya. ini mengindikasikan bahwa kesesuaian sifat antara ligan-reseptor menjadi sentral dalam komunikasi sel.
sifat ligan-reseptor dalam komunikasi sel
sifat molekul ligan akan mempengaruhi cara ligan
dalam mengikat suatu reseptor. Struktur reseptor sendiri adalah unik, yang mana lapisan luar berwujud membran hidrofilik yang berarti tidak akan menanggapi terhadap molekul ligan dengan struktur larut dalam lipid, sedang membran lapisan dalam berwujud hidrophobik yang bersifat sebaliknya.
Secara sistematik sifat molekul ligan dibagi menjadi 2
macam, yaitu:
- Ligan dengan sifat larut dalam air Ligan dengan sifat larut dalam lemak
-Ligan dengan sifat larut dalam lemak,
Ligan dengan sifat larut dalam lemak (hidrofobik) akan
langsung berdifusi ke dalam sitoplasma untuk
mengikat reseptor intra seluler sehingga membentuk komplit ligan-reseptor. komplit ini dapat translokasi kedalam nukleus untuk mengikat elemen DNA
gen obyek sasaran sehingga memunculkan tanggapan seluler, berwujud ekspresi protein tertentu.
detailnya molekul ligan hidrofobik dibagi menjadi:
1. Hormon steroid: Hormon estradiol,Hormon progesteron,Hormon testoteron,Pheromone
2. Vitamin D dan asam retinoid
3. Tiroksin
4. Molekul sinyal gas: Gas CO2dan O2, Gas nitrit oksida
Ligan dengan sifat larut dalam air,Ligan dengan sifat larut dalam air akan berikatan pada reseptor permukaan membran sel. ini dipicu sebab permukaan luar membran sel juga hidrofilik (tertarik dengan air),
sehingga memungkinkan molekul ligan itu mengikat reseptor permukaan membran sel,detailnya molekul ligan hidrofilik dibagi menjadi:
1. Hormon peptide: FSH,LH ,Gonadotropin.
2. Asam amino,
3. Neurotransmitter: Ligan asetikolin,Ligan serotonin,desain komunikasi sel
Secara garis besar komunikasi antar sel terjadi melalui 3 desain, yaitu:
-- desain kamunikasi jarak jauh
Komunikasi jarak jauh adalah komunikasi antar sel yang berjauhan melalui pelepasan sinyal listrik/ kimia (hormon/ neurohormon) melalui sel saraf dan atau aliran darah. detailnya desain komunikasi ini berwujud endokrin.
-- desain komunikasi langsung Komunikasi langsung adalah desain komunikasi antar sel yang sangat berdekatan melalui pelepasan ion/ small molecule pada saluran khusus antar sel (gap juction) yang dibangun oleh protein connexin. detailnya gap juction memungkinkan sinyal ion (listrik) atau small malecule (kimia) yang dilepas sel untuk memasuki sitoplasma
sel obyek sasaran sehingga memunculkan tanggapan seluler. detailnya desain komuniksi ini berwujud sinap.
-- desain komunikasi jarak dekat Komunikasi jarak dekat adalah desain komunikasi antar sel yang berdekatan melalui pelepasan molekul ligan ekstraseluler yang akan berikatan dengan reseptor sel obyek sasaran . detailnya komunikasi
ini dibagi menjadi 2, yaitu: Parakrin,, Autokrin
Parakrin
Parakrin adalah salah satu bentuk komunikasi interseluler jarak dekat, yang mana sel mensekresikan beberapa molekul komunikator sebagai ligan yang akan mengikat reseptor sel obyek sasaran yang sesuai. komplit ikatan ligan-reseptor ini akan mengaktivasi
jalur tranduksi sitoplasmik secara kaskade hingga memasuki nukleus dengan obyek sasaran transkripsi gen tertentu. ini memicu ekspresi protein tertentu yang mempengaruhi status metabolik sel obyek sasaran
itu . sifat parakrin mengindikasikan bahwa sel dipersepsikan dapat mengeluarkan efek biologik dengan melepas beberapa faktor yang dapat merangsang jaringan sekitarnya. detailnya molekul
parakrin dapat merangsang :
prosedur angiogenesis,sel punca endogenous aktif,mensupresi apoptosis sel sekitar, redesainling matrik ekstraseluler ,
Sinyal parakrin dijelaskan dibawah ini
FOTO SINYAL PARAKRIN
(a). Molekul ligan yang disekresi sel menuju ke-reseptor sel obyek sasaran (sifat molekul reseptor sesuai).
(b) Ikatan antara molekul sinyal sesuai reseptor sel obyek sasaran , memicu sel obyek sasaran menjadi aktif.
(c) Tidak terjadi komunikasi antar sel non-obyek sasaran , dipicu sebab tidak ada reseptor atau reseptor tidak sesuai dengan molekul sinyal.
Autokrin
Autokrin adalah bentuk komunikasi intraseluler yang unik, sebab sebagian subtansi molekul ligan yang sudah disekresikan ke ekstraseluler tetapi dipakai kembali oleh sel itu dengan mengikatnya pada reseptor sendiri. ini memicu ligan yang diproduksi disamping mempengaruhi sel obyek sasaran juga akan
mempengaruhi aktivitas dirinya. Komunikasi autokrin adalah bentuk kendali terhadap homoestasis mikro-seluler, yang berfungsi untuk memastikan komunikasi sel dalam keadaan normal. Sel mensekresi sinyal eksitasi secara berlebihan, maka saat yang sama sel
itu juga akan mengsekresikan sinyal inhibisi yang dapat diikat oleh reseptornya sendiri, sehingga terjadi keseimbangan homeostasis. Malignansi adalah salah bentuk disregulasi dari sistem autokrin. Sinyal autokrin dijelaskan dibawah ini
FOTO SINYAL AUTOKRIN
Molekul ligan yang disekresi sel berikatan dengan reseptor sel sendiri, sehingga sel itu menjadi obyek sasaran .
Endokrin
Endokrin adalah bentuk komunikasi intraseluler jarak jauh, yang mana sel mensekresikan molekul ligan yang dapat memasuki sistem sirkulasi menuju sel obyek sasaran berjarak jauh hingga lalu berikatan dan memunculkan tanggapan seluler. desain komunikasi ini banyak dipakai oleh hormonal, sebagai contoh insulin yang diproduksi sel β pancreas, akan bergerak jauh memasuki sirkulasi darah untuk berikatan dengan seluruh sel badan dengan obyek sasaran metabolisme
glukosa. Sinyal endokrin dijelaskan dalam gambar dibawah ini
FOTO SINYAL ENDOKRIN
Molekul ligan yang disekresi sel, bergerak memasuki sistem sirkulasi badan dan berikatan dengan reseptor sel obyek sasaran yang letaknya jauh.
desain sinap (gap juction)
Beberapa komunikasi antar sel memerlukan kontak antar sel, diantaranya adalah membentuk gap junction yang dapat menghubungkan sitoplasma suatu sel dengan sel sebelahnya. Gap junction adalah struktur sel yang terspesialisasi yang mana membran membentuk saluran junction yang berhubungan dengan membran
sitoplasma sel sekitar.
penjelasan gap junction
desain gap junction adalah suatu desain komunikasi sel secara langsung melalui koneksi saluran khusus antar sel, dinamakan gap junction. Saluran gap juction memungkinkan terjadi pertukaran molekul sinyal intraseluler seperti Ca2+ dan cyclic AMP, sehingga
dapat mengaktivasi sel obyek sasaran . meski begitu makromolekul seperti protein atau asam nukleat tidak dapat melalui saluran itu . detailnya gap junction adalah suatu saluran yang terbentuk antara dua sel, yang mana antara sitoplasma sel satu dan sel sekitarnya saling terhubungkan, yang dinamakan communicating junction, yang dijelaskan di bawah ini.
FOTO GAP JUNCTION
Gap junction saluran yang terbentuk antar dua sel melalui sitoplasma sehingga terkoneksi antar dua sel itu dan memungkinkan pertukaran molekul sinyal intralseluler yang berakibat pada hantaran sinyal komunikasi.
sifat gap junction
sifat gap junction adalah pembentukan saluran yang
saling terhubung antar sitoplasma seluler membentuk bangunan silinder dengan sebuah pori disentral dan menonjol melewati membran sel berdekatan lalu berintraksi membentuk gap junction. ini dipicu interaksi 6 protein connexin (connexon) yang
membentuk pori connexon. Interaksi ini untuk memastikan bahwa komunikasi terjadi secara efisien tanpa harus kehilangan molekul atau terlepasnya molekul atau ion pada cairan ektraseluler.
peran gap junction
Komunkasi gap junction terjadi pada banyak jaringan badan dan berperan sentral pada beberapa organ terutama dalam:
--Sel otak
Transfer sinyal dalam otak memerlukan ketepatan dan
keberaturan sinyal transmitter melalui gap junction. Hilangnya gap junction pada sel otak memperlihatkan penurunan densitas (kepadatan) sel otak.
--Sel retina dan sel kulit
Kedua sel ini mengunakan gap junction kemungkinan terkait dengan proliferasi dan diferensiasi.
-- Sel otot jantung
Kontraksi otot jantung memerlukan koordinasi yang tepat antar sel agar supaya terjadi secara teratur. ini dilakukan melalui kendali pengeluarkan ion (molekul ligan) melalui gap junction. Gap junction antara sel otot jantung yang berdekatan ini memungkinkan
penyebaran dan propagasi potensial aksi dari regio pacemaker jantung untuk menyebar, sehingga kontraksi jantung selalu dalam terkordinasi.
prinsip parakrin sel punca
Secara konsptual parakrin adalah bentuk komunikasi antar sel dan atau matriks sekitarnya yang mana molekul sinyal tertentu yang dilepas sel terutama sel radang dan MSC dapat mempengaruhi sel obyek sasaran atau matriks sekitarnya, baik berwujud aktivasi maupun inhibisi. maka parakrinisasi bertujuan untuk memicu aktivasi, inhibisi, diferensiasi dan atau proliferasi.
Fakta dasar teori parakrin MSC
prinsip dan teori parakrin MSC secara cermat diperiksa dari beberapa hasil riset itu dibawah ini, yang mana terjadi beberapa hasil riset yang tidak sesuai dengan prinsip diferensiasi sel punca:
1. Injeksi MSC langsung pada infark miokard
-- MSC supresi inflamasi dan regenerasi riset lain mengindikasikan bahwa terjadi efek antiinflamasi
dan pengurangan ukuran infark miokard sesudah injeksi MSC
-- Kecepatan sembuh lebih cepat dibandingkan teori regenerasi riset pada desain hewan coba dengan infark jantung, yang mengabarkan bahwa terjadi efek klinis berwujud perbaikan fungsi jantung dan pencegahan terjadinya ventricular redesaining dalam waktu kurang dari 72 jam post injeksi. Sementara prosedur difereniasi memerlukan waktu lebih lama.
--MSC tidak berdiferensiasi pada wilayah cidera
MSC tidak dapat berdiferensiasi menjadi kardiomiosit
dalam keadaan fisiologis in vivo, sekalipun MSC diinjeksikan secara langsung di wilayah infark jantung.
2. Injeksi MSC secara IV
Sebagian besar MSC terjebak dalam paru dan hati sebagai emboli dan hanya sebagian kecil saja yang berhasil memasuki wilayah cidera saat dilakukan injeksi MSC secara IV.
3. Injeksi GF MSC in vitro
Pemberian conditonal medium dapat meningkatkan
pemulihan kultur cardiomiosit yang iskemik in vitro.
4. Injeksi MSC secara IM
MSC dapat meningkatkan pemendekan fraksional, kepatan miosit dan kapiler, sisi lain apoptosis dan fibrosis ditekan
5. Topikal lem fibrin dengan MSC pada spinal cord injury
MSC meningkatkan regenerasi spinal cord, tetapi tidak
ditemukan penunjuk hMSC yang berdiferensiasi menjadi neuron tikus. Kesemua fakta diatas mengindikasikan bahwa ada mekanisme lain dalam meregenerasi jaringan cidera selain melalui diferensiasi, yaitu melalui parakrinisasi. ini diperkuat dengan beberapa riset yang mengindikasikan bahwa terjadi peningkatan ekspresi sel progenitor atau sel punca endogenous sesudah pemberian MSC.
Molekul parakrin MSC
Parakrinisasi MSC adalah suatu keadaan yang mana MSC mensekresi beberapa molekul tertentu terkait dengan prosedur regenerasi. nyatanya molekul parakrin MSC dibagi menjadi:
1. Molekul anti-inflamatori
MSC sesudah terpapar molekul inflamasi TNFα, IL-1 dan IFNγ maka akan melepas beberapa molekul anti-inflamasi, yaitu: TSG-6,IL-10,TGF, IL-1ra,
2. Molekul pro-regenerasi:
Sebagai bentuk tanggapan inflamasi yang terkendali maka MSC menanggapi dengan melepas beberapa molekul pro-regenerasi, yaitu:
--Molekul angiogenesis:VEGF, FGF-2 , Ang-1
--Molekul proliferasi dan diferensiasi :PDGF, IGF-1,
--Molekul kemoatraktan:HGF, VEGF,
Molekul parakrin dijelaskan dibawah ini
FOTO MOLEKUL PARAKRIN MSC
penerapan molekul parakrin MSC
Molekul yang disekresi MSC dapat bervariasi menggantungkan diri pada jenis dan lamanya rangsangan . detailnya penerapan molekul parakrin
MSC berwujud :
1. Pemicu aktifitas sel in-vitro
--Aktivitas stemness
Molekul yang dilepas MSC pada keadaan tertentu (hipoksik) dapat memicu aktivitas stemness sehingga turunan yang diproduksi tetapi memiliki sifat seperti induk.
-- Aktivitas diferensiasi Molekul yang dilepas MSC pada keadaan tertentu (rangsangan mediator inflamasi) dapat memicu diferensiasi menjadi beberapa sel khusus .
2. Pembuatan conditional medium
Molekul yang dilepas MSC pada keadaan tertentu (hipoksik) berada dalam medium,yang dinamakan conditional medium (CM). detailnya CM berisi beberapa molekul aktif yang dapat berperan besar dalam prosedur regenerasi dan atau imunoregulasi
(imunosupresi) yang berguna pada riset in-vitro maupun klinik.
3. Pemicu aktifitas sel In-vivo:
-- Aktivasi sel punca endogenous Molekul yang dilepas MSC dapat mengaktivasi sel punca endogenous untuk mensekresi beberapa molekul aktif dan atau
diferensiasi menjadi sel matur sesuai dengan niche dalam usaha meregenerasi jaringan cidera. ini penting dalam merestorasi beberapa kerusakan jaringan akibat penyakit degeneratif atau penyakit klinik lainnya.
--Aktivitas imunoregulasi
Molekul yang dilepas MSC dapat mensupresi beberapa
aktivitas sel radang sekitanya menuju tahap homeostatis sehingga berperan sebagai imunoregulasi prosedur inflamasi. ini penting sebab inflamasi yang terkendali akan mendorong tahap proliferasi
lebih dini sehingga terjadi akselerasi prosedur penyembuhan.
--Aktivitas neovaskulerisasi
VEGF dan FGF-2 berperan dalam mengatur sel endotel dalam proliferasi, migrasi, hingga pembentukan tabung pembuluh darah. ,Percobaan pada kelinci dengan kaki belakang yang mengalami iskemia memberi hasil yang bagus. Hal lain Ang-1 juga berperan sebagai pemicu penyebaran sel endotel sebagai proses awal
neovaskularisasi. Faktor yang merangsang perkembangbiakan dan motilitas sel endotel adalah HGF yang mana pada tikus dengan myocard infark
memberi hasil yang baik. Peran HGF adalah mengaktivasi rasERK1/2 dan p38 MAPK sekaligus jalur PI3K/Akt. Jalur PI3K/Akt dan MAPK diaktifkan pula oleh sekresi TGF-α dan VEGF yang dirangsang oleh TGF-β. MSC juga mengeluarkan kemoatraktan yaitu
MCP-1 yang berfungsi juga untuk meningkatkan permeabilitas vaskuler sekaligus meningkatkan pengeluaran VEGF. Kemoatraktan lain yang dipicu oleh kemampuan parakrin MSC adalah SDF-1α yang
berperan sebagai kemoatraktan sel progenitor dan penting untuk migrasi, adhesi, homing, dan rekrutmen dari stem cell endogen. kemampuan homing dan migrasi dari MSC diaktifkan oleh reseptor
G protein (CXCR4)
Setiap sel punca memiliki kesamaan dalam meregulasi jalur proliferasi, siklus sel, reparasi DNA dan prosedur apoptosis/ penuaan. Terlepas dari asal sel punca dan potensi diferensiasi, setiap sel punca akan menentukan arah pergerakan proliferasi sesudah terpapar rangsangan ekstrinsik. Arah pergerakan ini dapat berwujud pembelahan secara pembaruan diri atau diferensiasi. Sisi lain sel punca juga dapat memasuki masa masa quiescence atau senescence pada keadaan tertentu. Aktivitas proliferasi sel punca diregulasi mulai dari tingkat reseptor, tingkat sitoplasmik dan tingkat nucleus, dengan melibatkan jalur RTK/MAPK untuk jalur diferensiasi dan jalur jalur G-protein couple
receptor GPCR/PI3K, BMP-R/SMAD dan LIF-R/STAT3 dalam pembaruan diri. detailnya jalur pembaruan diri membentuk sirkuit regulator dengan melibatkan faktor transkripsi pluripoten sebagai aktivitas sentral yang berintegrasi dengan soluble molecule BMP dan LIF dan jalur diferensiasi/ pembaruan diri. Sel punca dapat mempertahankan keberadaannya dalam
jumlah tertentu dalam suatu jaringan sebagai usaha homeostatis. Hal ini ditunjukan dengan diproduksi nya minimal satu sel punca sama persis dengan induk setiap kali pembelahan termasuk dalam pembelahan
(asimetris). Turunan sama persis diterangkan dengan adanya kesamaan fenotip dan pola ekspresi gen antar keduanya. beberapa jalur sinyal proliferasi molekulerini pada akhirnya membentuk beberapa jalinan
sirkuit sinyal yang rumit dan komplit s, saling terintegrasi dan terinterkoneksi satu dengan lainnya, menuju prosedur ―homoestasis‖. berdasar begitu pentingnya peran sel punca dalam menjaga homeostatis maka perlu dilakukan pemahaman mendasar terkait mekanisme proliferasi dalam membentuk sirkuit regulator, mulai definisi, jalur diferensiasi, jalur pembaruan diri, kendali seluler dalam sinyal proliferasi, mekanisme feedback negatif dan jalur sinyal proliferasi embrionik.
Sirkuit molekuler proliferasi sel punca
Sel punca embrionik membelah secara simetris setiap 12 jam dengan usaha memperbarui diri. Pembelahan ini melibatkan interaksi beberapa jalur proliferasi dengan molekul ligan protein (soluble molecule) sebagai stimulator awal yang lalu mengikat
dan mengaktivasi reseptor sehingga terbentuk komplit s
liganreseptor yang berlanjut dengan pembentukan sirkuit regulator dengan melibatkan faktor transkripsi pluripoten dan faktor co-transkripsi.
penjelasan sirkuit regulator proliferasi sel punca
Sirkuit proliferasi sel punca adalah sirkuit yang meregulasi proliferasi sel punca yang melibatkan interaksi beberapa molekul/ jalur mulai faktor transkripsi pluripoten, faktor co-transkripsi, soluble
molecule dan jalur proliferasi. Sirkuit regulator ini mendorong sel punca memasuki siklus sel baik secara langsung maupun tidak langsung yang berakibat pada peningkatan aktivitas pembarharuan diri.
penjelasan faktor transkripsi pluripoten
Faktor transkripsi pluripotenadalah protein Oct4/Sox2/Nanog/ yang berperan mengendalikan laju transkripsi genetik DNA ke mRNA dengan cara mengikat sekuens DNA terkait gen dengan potensi .stemness kearah jalur pembaruan diri.
penjelasan faktor co/transkripsi
Faktor co/transkripsi adalah beberapa protein khusus yang ikut terlibat membantu mengendalikan laju transkrispsi genetik terkait gen pemeliharaan jalur pembaruan diri. Protein itu adalah
Utf1, Sall4, Eras, Tcl1, b-Myc, c-Myc.
penjelasan Soluble molecule
Soluble molecule adalah molekul protein yang dilepas
oleh beberapa sel/ elemen matriks sekitar secara parakrin atau autokrin bertujuan mempertahankan proliferasi. Soluble molecule BMP dan LIF adalah menginduksi jalur pembaruan diri, sedang FGF kearah diferensiasi.
penjelasan jalur proliferasi sirkuit proliferasi
Jalur sirkuit proliferasi adalah jalur proliferasi yang
melibatkan jalur fibroblast growth factor-reseptor tiroksin kinase (FGF-RTK)/MAPK dalam diferensiasi dan jalurG-protein couple receptor(GPCR)/(Phosphatydilinositol-3phosphatasekinase) PI3K,
BMP-R/SMAD dan LIF-R/STAT3 dalam prosedur pembaruan diri.
Mekanisme sirkuit regulator proliferasi
Regulasi sirkuit regulator proliferasi sel punca dimulai dengan pelepasan protein faktor transkripsi pluripoten Oct3/4, Sox2 dan Nanog (sirkuit regulator pluripoten) yang berakibat pada ekspresi protein faktor transkripsi (co-transkripsi) Utf1 dan Sall4 untuk proliferasi, di samping Eras dan Tcl1 yang memicu jalur sinyal
PI3K/Akt dan protein b-Myc dan c-Myc untuk regulasi siklus sel. Mekanisme itu dijelaskan di bawah ini.
FOTO FAKTOR CO/TRANSKRIPSI PLURIPOTENSI
Pelepasan faktor transkripsi pluripoten Oct3/4, Sox2 dan Nanog (sirkuit regulator pluripoten) yang berakibat pada ekspresi protein faktor transkripsi (co-transkripsi) Utf1 dan Sall4 untuk proliferasi, di samping Eras dan Tcl1 yang memicu jalur sinyal PI3K/Akt dan
protein b-Myc dan c-Myc untuk regulasi siklus sel.
Jalur proliferasi sel punca
Sebagian besar sel punca embrionik berada dalam tahap S siklus sel, sehingga transisi G1-S siklus sel menyumbang besar dalam mempertahankan pluripotensi. ini melibatkan interaksi beberapa
jalur proliferasi baik kearah pembaruan diri maupun diferensiasi yang lalu membentuk sirkuit regulator.
penjelasan jalur proliferasi sel punca
Jalur proliferasi adalah kronologis sinyal kaskade yang dimulai dari rangsangan ligan-reseptor lalu membentuk serial sinyal transduksi menuju nukleus dengan obyek sasaran berwujud akvititas
pembelahan sel baik pembaruan diri maupun diferensiasi. Aktivitas proliferasi sel diregulasi secara ketat dan interkoneksi satu dengan lainnya. detailnya jalur proliferasi arah diferensiasi melalui jalur
RTK/MAPK untuk diferensiasi, sedang untuk pembaruan diri memakai jalur GPCR/PI3K, BMP-R/SMAD dan LIF-R/STAT3.
FOTO PROLIFERASI SEL PUNCA
Aktivitas proliferasi sel diregulasi mulai dari tingkat reseptor, tingkat sitoplasmik dan tingkat nukleus. Jalur proliferasi sel punca melibatkan jalur RTK/MAPK untuk jalur diferensiasi, sedang untuk jalur pembaruan diri memakai jalur G-protein couple receptor GPCR/PI3K, BMP-R/SMAD dan LIF-R/STAT3.
Jalur sinyal transduksi PI3K/Akt
Sinyal transduksi adalah sinyal intraseluler yang terjadi secara kaskade berantai didalam sel. ini adalah akibat dari rangsangan komplit s sinyal ligan-reseptor intraseluler, yang dapat mengaktifkan kronologis reaksi biokimia secara berantai didalam sel,
bertujuan merubah suatu protein sinyal inaktif menjadi bentuk protein sinyal aktif, secara kaskade. Rangkaian prosedur molekuler ini membentuk pola tertentu yang dinamakan sinyal transduction pathway, salah satunya adalah jalur sinyal transduksi PI3K/Akt.
penjelasan PI3K
Phosphatydilinositol-3-phosphatasekinase (PI3K) adalah keluarga enzim kinaseyang berperan sebagai transduksi sinyal intraseluler melalui prosedur fosforilasi PIP2 menjadi PIP3, berakibat pada pembentukan phosphoinositide dependent kinase-1 (PDK-1 ) yang dapat menginduksi Akt. Sinyal transduksi adalah kronologis transmisi sinyal kimia berwujud fosforilasi molekuler yang dapat
memunculkan tanggapan seluler. Prose fosforilasi molekuler ini dikatalisis oleh protein kinase. detailnya protein kinase adalah enzim yang merekayasa molekul protein dengan menambahkan gugus fosfat terutama ATP sehingga menjadi molekul protein
terfosforilasi (aktif). Jalur PI3K (protein kinase) dijelaskan dibawah ini.
FOTO PI3K DAN FOSFORILASI
(A) menandakan prosedur fosforilasi oleh protein kinase. Protein kinase mengkatalisis molekul protein menjadi protein terfosforilasis dengan menambahkan gugus fosfat ATP.
(B) menandakan fosforilasi oleh PI3K (protein kinase). PI3K mengkatalis phosphatydilinositol-(3,4) biphosphatase (PIP2) menjadi Phosphatydilinositol-(3,4,5) triphosphatase (PIP3).
Struktur dan tipe PI3K
PI3K adalah protein kinaseterkait dengan membran
plasma, yang terdiri atas 3 sub unit, yaitu 2 subunit regulator (P85 dan P55) dan satu unit katalitik (P110).berdasar struktur dan fungsi, PI3K terbagi menjadi 3 golongan yaitu PI3K kelas 1, 2 dan 3. PI3K
kelas 1 adalah jalur downstreamdari aktivasi bebas t RTK dengan fungsi memfosforilasi PIP2 menjadi PIP3.
Mekanisme kerja PI3K dalam proliferasi
Aktivitas proliferasi kearah pembaruan diri ditentukan oleh beberapa jalur terutama PI3K. Aktivasi PI3K terjadi melalui dua jalur utama, yaitu jalur GPCR dan jalur bebas t RTK yaitu IGF-IR dan c-MET reseptor, tetapi jalur GPCR lebih dominan. Sisi lain jalur
RTK juga mendorong prosedur diferensiasi terutama melalui jalur MAPK. detailnya aktivasi jalur PI3K (sesudah rangsangan GPCR dan atau bebas t RTK) memicu pembuangan wilayah katalitik
PI3K sehingga wilayah regulator P85 dan P55 menjadi aktif. Aktivasi wilayah regulator ini memicu katalisisasi (fosforilasi) PIP2 menjadi PIP3. PIP3 terfosforilasi akan mengikat PH domain yang berakibat
pada pembentukan PDK-1. PDK-1 sebagai turunan protein kinase akan mengikat domain pleckstrin hemology dari banyak protein intraseluler dan mengaktivasinya, terutama protein Akt. Akt
terfosforilasi mengaktivasi sinyal intraseluler yang mendorong aktivitas proliferasi menuju pembaruan diri.
FOTO bebas T RTK DAN MODULATOR
IGF-IR dan c-METR adalah turunan dari bebas t RTK yang mana dapat menginduksi PI3K menuju pembentukan PDK-1, lalu mengaktivasi Akt sehingga terjadi prosedur pembaruan diri.Sisi lain bebas t RTK dapat juga berperan sebagai penghambat
pembaruan diri melalui jalur MAPK. Modulator Eras menyumbang dalam aktivasi PI3K dan Tcl1menginduksi jalur Akt. PTEN mendegradasi prosedur fosforilasi PIP2 menjadi PIP3 sehingga
menghambat PI3K.
Modulator jalur sinyal transduksiPI3K
ada 2 modulator jalur PI3K/Akt yangdetailnya
diekspresikan dalam sel embrionik yaitu:
1. Eras
Eras secara konstitutif mengkode bentuk aktif Ras-keluarga small GTPase, yaitu suatu protein yang dapat mengaktivasi PI3K/Aktuntuk memicuaktivitas proliferasi.
2. Tcl1
Tc11 berkerja dengan mendukung kerja Akt aktif melalui pembentukan komplit s heterodimerik stabil (Tc11-Akt) sehingga memicu aktivitas proliferasi. Sel embrionik dengan knockdown Tcl1 akan menginduksi diferensiasi dan mensupresi pembaruan diri.
PTEN sebagai mekanisme kendali jalur PI3K/Akt
Antagonis jalur utama PI3K adalah fosfatase dan tensin
homolog (PTEN). PTEN adalah protein supressor tumor gen yang mengkode regulator negatif terhadap PI3K, maka PTEN menghambat jalur PI3K/ Akt. detailnya PTEN fosfotase menetralkan PI3K, dengan cara mendegradasi produknya yaitu PIP3. Oleh sebab nya saat terjadi mutasi PTEN, maka akan terjadi
amplikasi sinyal PI3K, yang membuat sel proliferasi terus menerus dan promosi tumorogenesis.
Reseptor c-MET
Reseptor c-MET sebagai salah salah satu RTK bebas juga ikut berperan akivitas proliferasi kearah pembaruan diri lewat jalur PI3K. ini terlihat dalam perkembangan embrionik dan organogenesis, disamping penyembuhan luka, sedang ligan untuk
reseptor MET adalah HGF. Sel punca kanker juga mengekspresikan MET secara menonjol sehingga memungkinkan sel kanker menyebar metastasis secara masif.
penjelasan reseptor c-MET
Reseptor c-MET adalah protein kinase yang juga ikut dalam akivitas proliferasi kearah pembaruan diri dengan mengaktivasi jalur PI3K. Reseptor c-MET dikode gen MET (termasuk dalam golongan RTK) yang juga dinamakan hepatosit growth factor
receptor (HGFR). MET diekspresikan oleh sel epitel, sedang HGF pada sel mesenkimal. detailnya MET diekspresikan berlebihan oleh sel punca dan progenitor secara autokrin sehingga terjadi proliferasi masif pada embriogenesis, dan memungkinkan sel ini
meregenerasi jaringan rusak.
Mekanisme kerja c-MET dalam proliferasi
Reseptor c-MET bekerja dengan mengativasi jalur PI3K.
Sekali HGF mengikat reseptor c-MET maka terjadi dimerisasi dan katalisasi reseptor MET kinase, yang dapat memicu transfosforilasi tirosin Tyr 1234 dan Tyr 12345 (aktif). Kedua tirosin aktif ini adalah situs docking multisubtrat intraseluler MET bagi beberapa
sinyal tranduser. detailnya situs docking c-MET berinteraksi dengan banyak sinyal transduser intraseluler yaitu:
-Secara tidak langsung
Secara tidak langsung situs docking intraseluler MET
berinteraksi dengan GAB1 sebagai koordinator tanggapan sel. GABA1 mengkoordinasikan situs docking intraseluler MET dengan beberapa
molekul aviditas tinggitetapi afinitas rendah. GAB1 yang berintraksi dengan MET memicu GAB1 terfosforilasi (aktif) sehingga merekruit sinyal tranduksi fosfolipase C γ (PLC-γ), p85 PI3K dan SHP2 yang berakibat pada proliferasi kearah pembaruan diri.
-Secara langsung
Situs docking intraseluler MET secara langsung direkruit dan berinteraksi dengan beberapa sinyal tranduser GRB2, SHC, SRC dan subunit regulator p85 (bagian PI3K). Aktivasi sinyal GRB2 memicu Ras aktif yang secara kaskade berlanjut dengan aktivasi
jalur MAPK sehingga mendorong proliferasi kearah diferensiasi.
Sinyal transduksi sesudah interaksi c-MET
Interaksi situs docking MET intraseluler (MET kinase
terfosforilasi) dengan beberapa sinyal transduksi secara langsung maupun tak langsung memicu aktivasi beberapa jalur sinyal transduksi, yaitu:
1. Jalur RAS
Interaksi situs docking MET intra seluler dengan sinyal jalur RAS secara kaskade akan mengaktivasi MAPK hingga menciptakan sinyal proliferasi dan prosedur morfogenesis. ini terlihat saat ligan penrangsangan reseptor bebas RTK adalah HGF. HGF
berbeda dengan mitogen lain, yang mana HGF dapat mengaktivasi RAS secara berkelanjutan dan memperpanjang aktivitas MAPK
2. Jalur PI3K
Interaksi situs docking MET intra seluler dengan subunit regulator p85 PI3K memicu :
--Aktivasi sinyal jalur GRB2 (secara tidak langsung) lalu downstream menuju jalur RAS yang secara kaskade berlanjut aktivasi MAPK hingga menciptakan proliferasi kearah diferensiasi
--Rekuitmen protein sinyal (secara langsung) menuju situs docking multifungsi. Protein sinyal yang direkruit itu berwujud ; PLC-γ, SHP2 dan GRB2. Aktivasi jalur PI3K juga memicu AKT aktif yang menciptakan sonyal tranduksi untuk survival. Sisi lain aktivasi PI3K
terkait redesaining adhesi ke matriks ekstraseluler sehingga menciptakan motilitas sel dan rekrutimen transduser lokal (reorganisasi sitoskeletal) seperti RAC1 dan PAK seperti pada
3. Jalur beta-catenin
Interaksi situs docking MET intraseluler dengan jalur betacatenin (elemen penting jalur sinyal Wnt) menciptakan regulasi transkripsi beberapa gen terutama pembaruan diri. Wnt adalah molekul sinyal yang dapat translokasi kedalam nukleus sesudah betacatenin teraktivasi (sesudah interaksi MET). TCF/LEF adalah co/aktivator transkripsi dari suatu faktor transkripsi Interaksi MET dan beta-catenin dijelaskan
dibawah ini.
FOTO INTERAKSI MET DENGAN JALUR BETA-CATENIN
Molekal ligan Wnt mengikat reseptor Fz sehingga mengaktivasi betacatenin yang lalu translokasi menuju nukleus dan berikatan pada LEF/TCF untuk prosedur transkripsi (aktifitas pembaruan diri).
4. Jalur STAT,
Interaksi situs docking MET intraseluler dengan domain SH2 mengaktivasi faktor transkripsi STAT-3 sehingga memicu aktivasi jalur STAT dan bersamaaan aktivasi MAPK berkelanjutan menciptakan morfogenesis seperti di bawah ini.
FOTO INTERAKSI MET DENGAN JALUR RAS DAN STAT
MET/HGF mengikat reseptor c-MET memicu transfosforilasi tirosin Tyr 1234 dan Tyr 12345 (aktif), sebagai situs docking multisubtrat intraseluler MET untuk sinyal tranduser secara langsung : GRB2 dan
subunit regulator p85 (bagian PI3K). Aktivasi sinyal GRB2 memicu Ras aktif yang lalu mengaktivasi jalur MAPK secara sementara. Sisi lain secara tidak langsung situs docking intraseluler MET berinteraksi dengan GAB1. GAB1 terfosforilasi (aktif) mengambil sinyal tranduksi fosfolipase C γ (PLC-γ), p85 PI3K
dan SHP2 yang berakibat pada aktivasi MAPK secara terus-menerus yang berakhir dengan proliferasi.
5. Jalur Notch
Interaksi beberapa sinyal dengan situs docking MET
intraseluler menciptakan MET kinase terfosforilasi (aktif), yang dapat mengaktivasi wilayah promotor untuk transkripsi protein Delta. Protein delta yang diproduksi berfungsi sebagai molekul ligan. Ligan
ini akan berikatan dengan reseptor notch sehingga mengaktivasi jalur pembaruan diri.
FOTO INTERAKSI MET DENGAN JALUR SINYAL NOTCH
Ligan delta hasil ekspresi jalur MET akan mengikat reseptor notch yang lalu translokasi ke nukleus pada wilayah promotor HES1 untuk prosedur transkripsi protein pembaruan diri.
Insulin-like growth factor-1 (IGF-1)
IGF-1 diproduksi terutama oleh sel hati (hormon endokrin) dan jaringan obyek sasaran secara parakrine/ autokrin. Produksi IGF-1 dirangsangan GF dan dapat terhambat oleh kurang gizi, ketidakpekaan
hormon perkembangbiakan , kurangnya reseptor hormon perkembangbiakan , atau kegagalan jalur pensinyalan pasca reseptor GH termasuk SHP2 dan
STAT5B. IGF-1 diproduksi sepanjang hidup dan tingkat produksi IGF-1 tertinggi terjadi selama percepatan perkembangbiakan pubertas. Analog sintetik IGF-1 yaitu mecasermin dipakai untuk pengobatan
kegagalan perkembangbiakan .
penjelasan IGF-1
IGF-1 adalah molekul protein yang dikode gen IGF-1
dengan fungsi sistemik dalam hal proliferasi sel terutama merangsang perkembangbiakan jaringan/ organ dan anabolik. IGF-1 juga dikenal sebagai somatomedin C. IGF-1 adalah growth factor dengan
struktur molekul mirip insulin yang mengikat reseptor IGF-1 (IGF-1R) dan reseptor insulin. Reseptor IGF-1 adalah reseptor fisiologis sebab reseptor ini dapat mengikat IGF-1 dengan afinitas lebih tinggi dari pada reseptor insulin yaitu 10 kali potensi insulin.
Mekanisme kerja IGF-1
IGF-1 mengikat dua reseptor permukaan sel RTK, yaitu
reseptor IGF-1 (IGF1R) dan reseptor insulin. IGF-1 lebih dominan mengikat reseptorIGF-1 (IGF-1R)yang terekspresi pada permukaan beberapa tipe sel jaringan. komplit s IGF-1/ IGF-1R lalu menginisiasi sinyal transduksi intraseluler terutama protein AKT.
IGF-1 adalah salah satu aktivator kuat jalur sinyalPI3K/AKT yang adalah stimulator perkembangbiakan dan proliferasi seldan inhibisi apoptosis. IGF-1 secara sistemik merangsang perkembangbiakan jaringan/
organ dengan promosi proliferasi sel, terutama otot rangka, tulang rawan, tulang, hati, ginjal, saraf, kulit, hematopoietik, dan sel paruparu. Sisi lain IGF-1 juga mengatur buatan DNA seluler (seperti efek insulin).
detailnya IGF-1 bekerja sebagai mediator utama dari
efek growth hormon (hormon perkembangbiakan ) yang dibuat oleh kelenjar hipofisis anterior. Growth hormon ini dilepas ke aliran darah untuk merangsang perkembangbiakan dan prolifersasi sel, terutama sel hati agar supaya dapat menciptakan IGF-1.
FOTO MEKANISME KERJA IGF-1
IGF-1 mengikat reseptor IGF-1R (reseptor RTK) yang lalu mengaktivasi jalur Ras dan jalur PI3K yang berakibat pada aktivitas gen proliferasi.
Jalur Akt
Akt (v-Akt murine thymoma), dinamakan PKB (protein
kinase-B) adalah sebuah serine/ threonine (suatu enzim kinase) yang memfosforilasi group OH dari serine/ threonine. Akt terlibat dalam meregulasi beberapa tanggapan biologis. Akt terlibat kuat dalam jalur
survival seluler, dengan cara menghambat prosedur apoptosi. Diregulasi jalur PI3K/Akt sering dikaitkan dengan mewujudkan hasil beberapa penyakitseperti kanker dan diabetes tipe II. Aktivasi Akt dapat
mempertahankan aktivitas pembaruan diri sel embrionik sekalipun tanpa adanya Lif.
penjelasan jalur Akt
Akt adalah protein serin/ threonin kinase yang diambil situs docking fosfoinositida (PDK-1) sehingga menjadi jalur PI3K/Akt aktif, yaitu jalur tranduksi sinyal tiroksin kinase yang teraktivasi (terfosforilasi) oleh PDK-1, hasil prosedur fosforilasi PIP2 menjadi PIP3. Akt terfosforilasi (aktif) akan menginduksi (fosforilasi) sinyal intraseluler untuk survival dan perkembangbiakan sel. maka jalur PI3K/ Akt adalah jalur transduksi sinyal yang melibatkan jalur PI3K dan Akt.
Mekanisme kerja Akt
rangsangan growth factor memicu aktivasi reseptor
idependen RTK atau GPCR), memicu fosforilasi lipid membran plasma PIP2 menjadi PIP3 (second messenger). PIP3 teraktivasi (terfosforilasi) memicu pembentukan PDK-1 yang dapat menginduksi Akt. Akt aktif akan regulasi aktivitas sinyal dibawahnya
(mediasi tanggapan hilir) sebanyak 100 substrat berbeda yang mengarah efek:
1. Akt menghambat glycogen syntase kinase 3 (GSK-3)
GSK-3 adalah protein yang menghambat siklin D1. Cyclin D adalah pemercepat perpindahan siklus sel dari tahap G1 ke S. Akt menghambatan GSK-3 sehingga siklin D1 menjadi aktif. Siklin D
aktif memicu peningkatan translasi protein proliferasi.
2. Akt menginduksi jalur nuklear factor kB (NF-κB)
NF-κB adalah faktor transkripsi yang pada keadaan
normal terikat dengan inhibitor κB sehingga inaktif. Akt
mengkativasi NF-κB melalui aktivasi IκB kinase (IKK) sehingga inhibitor κB terlepas dan NF-κB masuk dalam nukleus mentranstripsi protein proliferasi dan inhibisi apoptosis. detailnya aktivasi faktor transkripsi NFκB oleh Akt aktif (terfosforilasi) maka akan memicu regulasi perixome proliferator-activated receptor delta
agonis (PPARβ/δ) dan TNF-α yang dapat mensupresi ekspresi PTEN.
3. Akt mengaktivasi mammalian obyek sasaran of rapamycin (mTOR) Akt juga mengaktivasi sinyal downstream utama protein translasi untuk perkembangbiakan sel Protein. mTOR dibedakan menjadi 2 yaitu TORc1 dan TORc2. Inhibisi mTOR dengan obat rapamycin pada beberapa sel tertentu, memicu hilangnya feedback negatif,
berakibat meningkatnya aktivasi PI3K.
FOTO MEKANISME AKT TERHADAP NF-KB, MTOR DAN GSK-3
Aktivasi reseptor bebas RTK atau GPCR, memicu
fosforilasi PIP2 menjadi PIP3, memicu pembentukan PDK-1 yang lalu menginduksi Akt. Akt teraktivasi menghambat GSK-3 yang dapat meningkatkan siklin D1 sehingga terjadi proliferasi sel. Akt teraktivasi dapat menginduksi NF-κB yang memicu pelepasan TRAF1 dan TRAF2 sehingga berakibat pada
penghambatan apoptosis. Sisi lain NF-κB juga menghambat PTEN yang berakibat pada peningkatan aktivasi PI3K. Akt teraktivasi juga dapat mengaktivasi mTOR yang berakibat pada translasi protein
perkembangbiakan , disamping secara feedback negatif dapat menghambat PI3K.
NF-κB
Struktur NF-κB adalah heterodimer (antara protein Rel dan p50) dalam keadaan inaktif pada sitosol.NF-κB termasuk protein yang tidak memerlukan protein lain dalam aktivitas transkripsi primer, sehingga termasuk golongan "rapid-acting molecule".
halaman 4
penjelasan NF-κB dalam Akt
NF-κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of
activated B cells) adalah sebuah protein komplit s yang berperan sebagai faktor transkripsi (pengkendali transkripsi DNA). NF-kB dalam keadaan normal inaktif pada wilayah sitosol, yaitu terikat erat oleh protein inhibitor (IκB) sehingga membentuk komplit sNF-κB.
komplit s protein inhibitor ini menutupi wilayah nuclear localization sinyal s (NLS) sehingga prosedur transkripsi beberapa protein tidak terjadi.
Aktivasi NF-κB
rangsangan molekul ligan ektraseluler berwujud IL-1, TNF-α dan LPS dan radiasi ionisasidapat memfosforilasi reseptor yang dapat menginduksi enzim IκB kinase (IKK). Sisi lain molekul Aktaktif dan
Ros juga dapat mengaktivasi IKK. IKK yang teraktivasi memicu fosforilasi protein IκB-α, yang berakibat pada terdisosiasinya IκBα dari NF-κB, sehingga NF-kB bebasdan aktif. NF-κB aktif lalu
translokasi menuju nukleus dan mengikat sekuens khusus DNA pada situs tanggapan se elements (RE). Sisi lain NF-κB juga dapat menginhibisi PTEN yang dapat berakibat pada peningkatan jalur
PI3K sehingga terjadi proliferasi. NF-κB yang berikatan pada situs RE memicu trankripsi dan tranlasi protein tertentu dengan tanggapan sebagai berkut:
1. NFκB menbuatan protein inflamasi
NFκB berperan dalam buatan protein inflamasi dan imun sel makrofag terutama mendorong makrofag aktif mengekspresikan sitokin proinflamasi (TNF-α, IL-12, COX2 daninducible nitric oxide synthase (iNOS)).
2. NF-κB menghambat apoptosis
NF-κB menginhibisi prosedur apotosis dengan cara meningkatan transkripsi protein anti-apoptosis TRAF1 dan TRAF2.
3. Proliferasi seluler dan survival.
NF-κB menghambat PTEN yang dapat berakibat pada
peningkatan jalur PI3K sehingga terjadi proliferasi. NF-κB juga mentrasnkripsi dan mentranslasi protein VEGF yang berperan besar dalam angiogenesisi dan proliferasi fibroblas. Aktivasi NF-κB diterangkan dibawah
FOTO AKTIVASI NF-ΚB
IL-1, TNF-α, LPS dan radiasi ionisasi memfosforilasi reseptor sehingga menginduksi enzim IKK. Sisi lain IKK juga dipengaruhi oleh Aktaktif dan Ros. IKK teraktivasi memfosforilasi protein IκB-α sehingga IκBα terdisosiasidari NF-κB, lalu bebasdan aktif. NF-
κB aktif translokasi ke nukleus mengikat situs RE yang berakibat pada buatan sitokin proinflamasi TNF-α, IL-12, COX2 dan iNOS, buatan TRAF1 dan TRAF2 yang berakibat penghambatan apoptosis dan peningkatan aktifitas proliferasi seluler dan survival melalui
ekspresi VEGF, di sampingNF-κB sendiri menghambat PTEN (antagonis jalur PI3K).
Aktivasi mTOR
Aktivasi mTOR menyebabkan feedback negatif, melalui inhibisi sinyal ing PI3K.Pada beberapa riset , inhibisi mTOR dengan obat rapamycin pada beberapa sel tertentu, memicu hilangnya feedback negatif, berakibat meningkatnya aktivasi PI3K, sehingga terjadi proliferasi sel terus menerus. maka gangguan pada mekanisme feedback negatif dan aktivitas sinyal ling
proliferasi menyumbang besar dalam perkembangan terjadinya prosedur onkognesis, dimulai dari sinyal external GF-GFR merubah molekul protein kinase menjadi sinyal ing transduksi aktif, hingga menginduksi
rangkaian kimia tertentu dalam prosedur replikasi DNA, dan diakhiri dengan pembelahan sel. aktivasi mTOR dijelaskan bawah ini.
penjelasan mTOR
Jalur mTOR adalah regulasi sentral dari metabolisme dan fisiologis dan regulasi beberapa organ terutama liver, otot dan beberapa jaringan lemak dan otak. Regulasi mTOR terkait dengan penyakit obesitasi, depresi hingga kanker. Rapamycin menghambat
mTOR dengan cara berasosiasi dengan reseptor FKBP-12 intraseluler sehingga komplit pengikatan FKBP-rapamycin (FRB) dapat mengikat secara langsung wilayah FRB dari domain mTOR. ini
berakibat pada hambatan aktivitas mTOR. mTOR adalah keluarga protein kinase keluarga dari PI3K-related kinase yang dikode oleh gen
mTOR. mTOR berperan sebagai elemen inti dari 2 protein komplit s yang berbeda, komplit mTOR 1 dan mTOR 2 yang meregulasi prosedur seluler yang berbeda. mTOR 1 berperan sebagai protein kinase serine/trionine yang meregulasi proliferasi, survival,
perkembangbiakan , motilits, autophagy dan transkripsi sel. mTOR 2 berperan sebagai protein kinase tirosin dalam aktivasi reseptor insulin dan reseptor IGF-1 terutama dalam sitoskeleton aktin.
FOTO AKTIVASI MTOR
Aktivasi mTOR terjadi akibat pengikatan soluble molecule TGF-1 pada reseptor TGFR melalui jalur Ras. mTor teraktivasi memicu jalur Akt, mengakivasi metabolisme, organisasi sitoskeletal dan aktivitas
survival sel.
Jalur BMP/SMAD
BMP terlibat dalam banyak prosedur seluler baik pada jaringan dewasa maupun pada perkembangan embrio seperti pada prosedur proliferasi, diferensiasi, apoptosisi dan beberapa fungsi seluler lainnya.
Pengetian jalur BMP/SMAD
BMP adalah keluarga super keluarga TGF-β.BMP akan mengikat BMPR2 berefek pada proliferasi sel termasuk osteogenesis, embriogenesis dan proliferasi sel. meski begitu untuk mentransmisikan sinyal BMP (super keluarga TGF-β) menuju nukleus memerlukan protein intraseluler SMAD.SMAD terbagi menjadi
SMAD1, SMAD2, SMAD5, SMAD7 dan SMAD9.
Secara sistematis super keluarga TGF-β yang terdiri atas golongan protein ligan:
Aktivin (aktivin a, b dan ab) keluarga TGF-β 1,2,3 , BMP,
Growth and differentiation (GDF),
Mekanisme jalur BMP/SMAD
Mekanisme jalur BMP/ SMAD dimulai dengan terikatnya ligan BMP (super keluarga TGF-β) pada reseptor dimer BMPR (tipe 2) lalu mengambil reseptor dimer lain (tipe 1) sehingga terjadi komplit s heterotetramik BMP-bMPR-1/2 (komplit s ligan reseptor), yang dinamakan reseptor serine-therionine kinase. detailnya reseptor tipe-1 terdiri atas serial serine-glycin, sedang reseptor tipe-2 dapat memfosforilasi residu serine dari reseptor tipe 1 yang menyebabkan aktivasi. Aktivasi reseptor tipe 1 yang
terfosforilasi akan mengaktivasi SARA (SMAD anchor for reseptor activation). SARA lalu mengambil reseptor SMAD (RSMAD). RSMAD yang terfosforilasi memiliki afinitas tinggi terhadap coSMAD (SMAD lainnya) sehingga terjadi pembentukan komplit s coSMAD binding. komplit s RSMAD/co-SMAD akan memasuki
nukleus dan berikatan dengan wilayah promotor transkripsi sehingga memunculkan transkripsi dan translasi protein. Mekanisme jalur BMP/SMAD dijelaskan dibawah
FOTO MEKANISME JALUR BMP/SMAD
Aktivasi reseptor tipe 1 yang terfosforilasi akan mengaktivasi SARA (SMAD anchor for reseptor activation). SARA lalu mengambil reseptor SMAD (RSMAD) sehingga terfosforilasi. ini menyebabkan terjadinya pembentukan komplit s co-SMAD binding
yang mana memunculkan transkripsi dan translasi protein di nukleus.
Jalur LIF/STAT3
penjelasan jalur LIF/STAT3
LIF adalah interlekin kelas 6 yang mempengaruhi
perkembangbiakan sel dengan cara menghambat jalur diferensiasi. Pembuangan LIF dalam kultur sel punca dapat memicu pembelahan ke arah diferensiasi.
penjelasan STAT3
STAT3 adalah faktor transkripsi yang dikode gen STAT3
sebagai tanggapan terhadap stimulus dari sitokine IL6 atau ephidermal growth factor (EGF). Aktivasi STAT3 diperlukan untuk pembaruan diri sel punca embrionik, oleh sebab itu LIF diperlukan untuk mempertahankan status non-diferensiasi dari sel punca. Sisi lain STAT3 juga esensial untuk diferensiasi sel T helper 17 (TH17) yang berimplikasi pada penyakit autoimun.
Mekanisme jalur LIF/STAT3
LIF mengikat LIFR yang lalu mengaktivasi jalur sinyal
transduksi janus kinase (JAK). JAK yang teraktivasi akan melakukan fosforilasi mengambil sinyal transducer and activator of transcription (STAT3). STAT3 translokasi menuju nukleus yang berperan sebagai faktor transkripsi pluripoten.
FOTO MEKANISME JALUR LIF/STAT3
LIF termasuk soluble molecule yang dapat mengikat reseptor LIFR, sehingga mengaktivasi STAT3 dan lalu translokasi menuju nukleus untuk mentranskripsi gen terkait pembaruan diri yang diperkuat dengan hambatan pada jalur MAPK.
Jalur sinyal proliferasi embrionik
Mekanisme pembaruan diri sel punca terkait erat dengan kerja protein faktor transkripsi yang membentuk sirkuit regulator. Protein sirkuit ini menentukan arah pembelahan sel punca, apakah
menuju prosedur pembaruan diri atau berdiferensiasi. Secara prinsip sirkuit regulator stemness ini berwujud peningkatkan gen memperbarui diri dan penekanan gen diferensiasi. detailnya jalur utama pengaturan sinyal sel punca berwujud :
Jalur sinyal Notch,Jalur sinya Wnt,Jalur Hedgehog (Hh)
Jalur notch
Notch adalah jalur sinyal penting dalam memicu prosedur pembaruan diri sel punca. detailnya jalur sinyal notch berperan besar dalam komunikasi cell-cell terutama dalam regulasi perkembangan embriogenesis. aktivasi jalur sinyal notch adalah hasil equilibiritas kuantitatif prosedur induksi dan inhibisi prosedur
pembaruan diri. Sebagai contoh aktivasi sinyal notch dapat mempromosi prosedur pembaruan diri sel punca neural, tetapi sisi lain justru mendorong diferensiasi sel glial. Jalur notch sistem sinyal
yang terkonservasi pada banyak organisme. Terdiriatas 4 reseptor notch yaitu notch 1, 2, 3 dan 4. Reseptor notch adalah protein trans membran single-pass. Notch dan banyak ligannya adalah protein trans membran sehingga sel yang mengekspresikan ligan Notch harus berdekatan dengan sel.
Jalur Wnt
Jalur sinyal Wnt memakai komunikasi parakrin atau
autokrin. Jalur sinyal Wnt pertama kali diidentifikasi peran nya dalam karsinogenesis dan perkembangan embrionik. prosedur embrionik memerlukan pembentukan jaringan yang tepat dan ini juga terkait dengan sinyal Wnt. aktivasi sinyal Wnt melalui jalur
canonical, yaitu b-catenin dapat mendorong prosedur pembaruan diri HSC, MSC, NSC, sel punca epidermal dan sel punca intestinal. meski begitu sinyal Wnt tidak terlalu penting dalam promosi pembaruan diri HSC, ini ditunjukan dengan delesi b-catenin HSC tidak berpengaruh pada kemampuan HSC dalam pembaruan
diri.
penjelasan jalur Wnt
Jalur sinyal Wnt adalah rombongan jalur sinyal transduksi yang dimulai dengan protein yang meneruskan sinyal intra seluler menuju nuklues. Wnt Wingless/ Integrated. Aktivasi jalur Wnt dinulai
dengan pengikatan ligan protein-Wnt ke reseptor keluarga Frizzled. Sinyal Wnt dimulai saat protein Wnt berikatan dengan reseptor keluarga Frizzled (Fz) pada domain N-terminal ekstra-seluler yang mengandung banyak
sistein. (Fz). Reseptor Fz adalah reseptor membran plasma yang membentuk reseptor keluarga terkait protein-G, dikenal G-protein coupled receptors(GPCRs). Co-reseptor, yaitu protein lipoprotein receptor-related protein (LRP-5/6), yaitu golongan reseptor tirosin
kinase (RTK), dan ROR2. Wnt dan reseptor dijelaskan dibawah
FOTO WNT DAN RESEPTOR
aktivasi jalur Wnt dimulai dengan pengikatan ligan protein-Wnt pada reseptor keluarga Frizzled (Fz) di wilayah domain N-terminal ekstra-seluler
yang mengandung banyak sistein yaitu reseptor membran plasma yang membentuk GPCR. Pengikatan ini memerlukan LRP5/6 sebagai co-reseptor.
golongkan jalur Wnt
Jalur aktivasi Wnt secara biasa melibatkan β-catenin,
sehingga tanpa melibatkan Wnt β-catenintidak akan tertumpuk dalam sitoplasma dan memunculkan sinyal di nukleus. meskibegitu ada jalur sinyal Wnt yang tidak menggantungkan diri pada β-catenin.
detailnya ada tiga jalur sinyal Wnt yang sudah
disifat isasi yaitu:
--Jalur Wnt canonical
Aktivasi jalur Wnt canonical memicu regulasi
transkripsi gen dan secara negative diregulasi oleh gen
spermatogenesis associated serine rich (SPATS-1)
-- Jalur non-canonical planar cell polarity
Jalur ini meregulasi sitoskeleton yang berperan dalam
morfologi bentuk sel.
--Jalur non-canonical Wnt / Calsium
Jalur ini mengatur kalsium dalam sel.Perbedaan ketiga jalur Wnt itu adalah keterlibatanya protein β catenin, yang mana jalur canonical mengunakan β-catenin
secara dependen, sedang jalur non-canonical secara bebas . Secara praktis jalur Wnt dibedakan menjadi 2 yaitu: Jalur non-canonical,Jalur canonical
Mekanisme jalur canonical-Wnt
Sekali reseptor teraktivasi, sinyal dikirim ke fosfoprotein
Disheveled (Dsh), yang berada di sitoplasma. Sinyal ini
ditransmisikan melalui interaksi langsung antara Fz dan Dsh. Domain yang berbeda ini penting sebab sesudah Dsh, sinyal Wnt dapat bercabang menjadi beberapa jalur dan setiap jalur berinteraksi dengan
kombinasi yang berbeda dari ketiga domain itu . Jalur canonical Wnt, dinamakan jalur Wnt/ β-catenin adalah jalur Wnt yang dapat memicu β-catenin tertumpuk dalam sitoplasma yang lalu translokasi menuju nukleus berperan sebagai ca-aktivator transkipsional faktor transkripsi yang termasuk keluarga TCF/ LEF.
ada komplit s protein destruksi yang akan mendegradasi protein β-catenin yang memasuki sitoplasma, sehingga komplit s protein ini
harus diinaktivasi terlebih dahulu. komplit s protein destruksi ini mendegradasi β-catenin dengan menarget sasaran nya pada prosedur ubiquinisasi yang selanjuntya akan mengirimkan pada protesome
untuk dilakukan digesti. komplit s protein destruksi adalah:Glycogen synthase kinase-3 (GSK3),Casein kinase 1α (CK1α), Axin, Adenomatosis polyposis coli,Protein phosphatease 2A (PP2A),
Sekali WNt mengikat reseptor Fz dan LPR5/6 maka komplit s protein menjadi inaktif (terganggu) dipicu sebab Wnt memicu translokasi dari Wnt regulator negatif, Axin dan terjadi destruksi komplit s pada membran plasma. Fosforilasi protein lain dalam destruksi komplit s kemudian mengikat Axin pada reseptor LRP5/6 wilayah sitoplasmik. Axin di defosforilasi. Dsh lalu mnejadi aktif melalui fosforilasi dan domain DIX dan PDZ menghambat aktivitas GSK3. ini memungkinkan β-catenin tertumpuk dan terlokalisasi pada nukleus yang kemudian
menginduksi tanggapan seluler melalui transduksi gen sepanjang TCF/LEF (T-cell factor/ limfoid enhancing factor). β-catenin lalu mengambil co-activator tranksripsi lain seperti BCL9, Pyopus dan Parafibromin/ hyrax. aktivasi jalur Wnt diterangkan dibawah
FOTO AKTIVASI JALUR WNT
aktivasi jalur Wnt/β-catenin dimulai dengan pengikatan WNt pada reseptor Fz dan LPR5/6 yang berakibat terganggunya (inaktif) komplit s protein destruksi β-catenin (Axin, APC, PP2A,GSK3 dan
CK1α). ini memicu β-catenin tertumpuk dalam
sitoplasma yang lalu translokasi menuju nukleus sebagai coaktivator transkipsional faktor transkripsi TCF/ LEF yang dapat menginduksi tanggapan seluler.
Jalur sonic hedgehog (Hh)
Jalur hedgehog (Hh) berperan besar dalam prosedur
embriogenesis, yang mana bagian berbeda dari embrio memiliki konsentrasi protein sinyal Hh yang berbeda. Jalur Hh juga berperan pada mempertahankan sel punca dewasa dan prosedur regenerasi jaringan dewasa. Gangguan sinyal Hh dikaitkan dengan kemunculan beberapa kanker terutama karsinoma sel basal.Tikus dengan knockout Hh memicu organ otak, kerangka, otot, saluran pencernaan dan
paru, gagal berkembang dengan benar.
penjelasan jalur Hh
Jalur hedgehog sinyal ing adalah salah satu jalur utama yang mengendalikan tahap tahap perkembangan embrionik berwujud sinyal transmisi
yang diperlukan sel embrionik untuk berdiferensiasi dengan tepat. Jalur Hh juga terlibat dalam prosedur homeostasis dan regenerasi jaringan, disamping embriogenesis. ini menunjukan bahwa jalur
Hh terlibat selama rentang waktu kehidupan organisme mulai perkembangan embrionik hingga pasca natal. Hh berasal dari nama molekul sinyal antar sel (ligan polipeptida) yang ditemukan dalam larva lalat buah genus Drosophila yang tidak memiliki gen Hh
ternyata mirip hedgehog, yaitu larva yang pendek dan berduri. Hh adalah salah satu produk gen untuk polaritas segmen Drosophila, sehingga terlibat dalam penetapan dasar embriogenesis dan metamorfosis lalat. Mamalia memiliki tiga homolog Hedgehog,
yaitu Desert (DHH), India (IHH), dan Sonic (SHH), tetapi SHH yang paling baik dipelajari.
Mekanisme kerja Hh
Penjelasan mekanisme molekuler sinyal Hh akan
meningkatkan pemahaman mendasar tentang sinyal Hh dan perkembangan evolusioner. Jalur sinyal Hh dimulai dengan pengikatan ligan Hh pada reseptor Patched 1 (Ptch1), yaitu protein 12-pass transmembran yang secara topografi mirip transporter. prosedur ini difasilitasi oleh beberapa protein assesoris, termasuk Boc (Bioregional Cdon -binding protein), Cdon (cell-adhesion moleculerelated), dan Gas1 (growth arrest specific-1). Sekaipun demikian
fungsi protein assesoris ini tumpang tindih.
detailnya pengikatan Hh ke Ptch1 akan mengurangi
kemampuan merepresi Ptch1 pada Smoothened (Smo), yaitu protein 7-pass trans membran lalu memicu serial kaskade sinyal downstream dari Smo. Protein lipidated Hh sudah meningkatkan aktivitas pensinyalan dan tidak jelas bagaimana rekayasa lipid menganugerahkan properti yang begitu penting. Aktivasi sonic hedgehog dapat mempromosikan prosedur pembaruan diri HSC,
MSC, NSC dan sel punca epidermal, melalui mekanisme BMP-4 dependen. Rutesinyal TGF-b/ BMP melalui SMAD adalah penghambatan paling potent dari prosedur pembaruan diri HSC, tetapi peran nya dalam sel punca dewasa lainnya masih harus terus
dipelajari. Sirkuit regulator faktor transkripsi distabilkan dalam regulasi positif dan negatif, untuk mempertahankan pola ekspresi gen yang akan menentukan fenotip. Perubahan kecil pada beberapa elemen sirkuit memicu transisi dinamis dari sirkuit faktor transkripsi satu kelainnya. desain sirkuit Boolean random adalah cara pedesainan sirkuit yang terdiri dari beberapa faktor yang memiliki banyak input
dalam sistem komplit s.
Jalur proliferasi RTK: FGF/MAPK
penjelasan jalur sinyal RTK
Jalur RTK adalah jalur utama proliferasi ke arah diferensiasi melalui aktivasi reseptor trans-membran-ligan yang berlanjut ke jalur sinyal transduksi MAPK/PI3K hingga menuju nukleus untuk memunculkan tanggapan seluler.
Jalur sinyal RTK
detailnya mekanisme jalur RTK dibedakan menjadi 3
bagian utama, yaitu :Tingkat membran,Tingkat sitoplasma, Tingkat nukleus,
Mekanisme jalur sinyal RTK tingkat membran
Reseptor RTK dalam keadaan normal adalah inaktif berwujud monomer polipetida. aktivasi reseptor akan memicu jalur sinyal RTK tingkat membran yang dimulai dengan :
1. Terikatnya ligan GF pada reseptor RTK Growth factor (GF) adalah molekul protein ligan (enabling sinyal ) yang berfungsi sebagai faktor perkembangbiakan sel.
Berikatannya ligan GF pada reseptor RTK memicu kedua subunit reseptor RTK bergabung dan mengalami dimerisasi (perubahan konformasi).Terikatnya ligan GF pada reseptor RTK diterangkan dibawah
FOTO TERIKATNYA GF PADA RESEPTOR RTK
2. Dimerisasi RTK Dimerisasi reseptor adalah prosedur aktivasi reseptor RTK sesudah terikat ligan, yaitu berwujud autofosforisasi atau transfosforilasi
pada kedua reseptor domain khusus tirosin kinase residue (activation loop).Autofosforilasi memicu pembentukan tirosin terfosforilasi atau fosfotirosin (tirosin aktif) yang berfungsi sebagai media untuk
rekrutmen protein lain (aktivasi protein). Dimerisasi RTK diterangkan dibawah
FOTO DIMERISASI RTK
Mekanisme jalur sinyal RTK tingkat sitoplasmik
1. Fosfotirosin protein SH2 domain (Src homology-2).
nyatanya tirosin kinase memiliki wilayah pengikatan khusus SH2, sisi lain SH2 adalah golongan protein yang dapat mengenali tirosin terfosforilasi. ini memicu terikatnya fosfotirosin pada SH2 yang lalu terjadi autofosforilasi tirosin (tirosin teraktivasi ). Pengikatan fosfotirosin pada SH2 dijelaskan di bawah ini.
PENGIKATAN SH-2 PADA FOSFOTIROSIN
2. Fosfotirosin protein SH3 domain (untaian SOS mengandung banyak proline). Fosforilasi protein SH3 (gen GFR: photoreceptor no seven in eye) memicu protein itu terfosforilasi (aktif). Secara teoritis protein Grb2 (growth reseptor binding-2) terikat erat pada
guanyl nucleotide release protein (GNRP) golongan protein SOS.
3. Pembentukan komplit sprotein SOS-Grb2 aktif
Fosfotirosin protein SH3 memicu tirosin yang
terfosforilasi itu berikatan SOS (son of sevenless) sehingga secara otomatis juga akan berikatan dengan protein Grb2 yang lalu membentuk komplit s protein SOS-Grb2 teraktivasi . Pembentukan komplit s protein SOS-Grb2 aktif dijelaskan bawah ini.
FOTO IKATAN SOS-GBR2-SH3
4. aktivasi protein Ras
komplit protein SOS-Grb-2 yang teraktivasi memicu
posisi GDP diganti dengan GTP pada protein G (Ras). ini menyebabkan Ras terfosforilasi dan menjadi aktif. Sisi lain Ras teraktivasi juga dapat mengaktivasi small GTPase (GAPs) yang dapat memecah GTP, sehingga protein Ras kembali menjadi bentuk inaktif (mekanisme feedback negatif; GAPs sebagai kendali intralseluler/ rem terhadap sinyal transduksi yang berlebihan).
aktivasi protein Ras diterangkan dibawah
FOTO AKTIVASI PROTEIN RAS
5. Aktivasi Raf-1 Protein Ras teraktivasi secara kaskade akan mengaktivasi protein kinase seluler lainnya, yaitu protein Raf-1.
6. Protein Raf-1 dan komplit s MAPK ,Protein Raf-1 teraktivasi secara kaskade akan mengaktivasi
protein kinase seluler berikutnya, yaitu protein MEK sehingga membentuk komplit s MAPKyang dapat memasuki nukleus untuk mengaktivasi faktor transkripsi. aktivasi MAPK diterangkan dibawah
FOTO AKTIVASI MAPK
Mekanisme jalur sinyal RTK tingkat nukleus
--aktivasi faktor transkripsi jun-fos
komplit s MAPK teraktivasi akan memasuki nukleus yang lalu mengaktivasi protein faktor transkripsi yaitu jun dan fos. aktivasi protein ini adalah akhir dari prosedur kaskade sinyal tranduksi. Fosforilasi jun dan fos akan mengikat sekuen DNA yang mempengaruhi ekspresi gen terkait pemercepat laju siklus selterutama
aktifitas proliferasi, diantaranya protein siklin.
aktivasi faktor transkripsi jun-fos dijelaskan dibawah ini.
FOTO AKTIVASI FAKTOR TRANSKRIPSI JUN-FOS
--Fosforilasi pRB
Protein siklin yang pertama ditranskripsi adalah siklin D yang bekerja pada tahap G1 akhir siklus sel sehingga dapat memfosfosorilasi pRB yang berakibat pada laju pergerakan siklus sel. Fosforilasi pRB diterangkan dibawah
FOTO FOSFORILASI PRB
Sirkuit jalur proliferasi: RTK-transduksi-nukleus
Jalur proliferasi dimulai pada tingkat reseptor, berlanjut
sitoplasmik dan berakhir di nukleus, seperti diterangkan dibawah ini.
FOTO SINYAL TRANSDUKSI DAN SIKLUS SEL
Sinyal transduksi dimulai dengan berikatannya ligan (enabling sinyal ) contoh: growth factor (GF) pada situs pengikatan reseptorligan dari reseptor tyrosine kinase (RTK). ini menyebabkan dimerisasi reseptor (reseptor aktif) yang kemudian terjadi reaksi fosforilasi terhadap beberapa protein subtrat, menciptakan sinyal
tranduksi Ras-Raf-MEK-MAPK secara bertingkat dalam sitoplasma (intra cellular sinyal ing pathways). Beberapa mutasi genetik pada molekul GF-GFR, berpotensi menjadi onkogen aktif, seperti terlihat
dalam gambar berwarna garis kuning, Pada gambar terlihat garis kuning, (mutasi pada GAPs).
Jalur protein integrin: non ikatan liganreseptor
Jalur protein integrin adalah jalur inisiasi sinyal melalui
protein integrin, yaitu suatu protein yang dapat mengikat subtrat (ligan) dalam matriks ekstraseluler dalam memunculkan sinyal transduksi. Interaksi antara substratum dengan protein integrin
adalah unik, oleh sebab kemunculan sinyal transduksi intraseluler terjadi, tanpa melalui pengikatan ligan pada reseptor ekstrasel dan intrasel. Keadaan ini dimungkinkan sebab struktur protein integrin
adalah penghubung antara seluler dengan matrik ekstraseluler sekitarnya. Secara sistematis komunikasi sinyal adalah hasil interaksi awal sebuah ikatan suatu molekul ligan dengan sebuah reseptor sel yang sesuai. Ikatan ligan-reseptor ini memiliki tujuan akhir berwujud
obyek sasaran sel.Setiap molekul ligan memiliki cara yang berbeda dalam mempengaruhi sel obyek sasaran dan oleh sebab nya kemampuan molekul
ligan dalam berikatan pada beberapa reseptor baik reseptor ektrasel maupun intrasel menjadi hal penting untuk diketahui. Siklus sel secara biasa melibatkan tiga tahap tahap : intertahap , mitotik (M) dan sitokinesis. tahap tahap intertahap memerlukan waktu
paling lama dan nutrisi, sebab pada tahap ini terjadi perkembangbiakan sel disamping replikasi. detailnya tahap tahap intertahap dibagi menjadi
tahap G1, S dan G2. tahap G1 terbagi atas G1 awal, G1 tengah dan G1 akhir yang mana tahap G1 awal adalah inisiator awal bagi sinyal transduksi MAPK-ERK dalam memulai siklus sel terutama dengan mensisntesis siklin D (pemercepat utama perpindahan tahap Gke S).
tahap G1 akhir adalah hal penting sebab pada tahap ini terjadi pengecekan sinyal (wilayah checkpoint) untuk menuju ke tahap buatan . Secara sepesifik melalui pelepasan protein pRB yang terikat pada
E2F-DP sehingga siklus sel berpindah pada tahap S. tahap S ditandai dengan replikasi DNA sesudah melalui prosedur checkpoint terhadap
kerusakan DNA yang lalu berlanjut ke tahap G2.
tahap mitosis adalah tahap tahap yang mana terjadi pemisahan kromosom sehingga memungkinkan untuk berlanjut pada tahap akhir siklus sel yaitu tahap sitokenesis. tahap sitokenesis ini ditandai dengan
terpisahnya sitoplasma secara sukses sehingga menjadi dua turunan sel baru. Secara morfologis beberapa tahap tahap intertahap sulit dibedakan,
tetapi secara molekuler dapat dibedakan sebab setiap tahap nya memiliki kronologis prosedur molekuler khusus yang berbeda satu dan lainnya. Secara biasa molekuler yang dipakai nya dalam tahap ini
adalah golongan protein siklin-Cdk, faktor transkripsi dan protein inhibisi kinase.
Konsekuensi pergerakan siklus sel adalah pembentukan sel baru yang diperlukan dalam prosedur regenerasi tetapi ini juga memerlukan mekanisme kendali untuk memastikan bahwa pembelahan sel itu terjadi secara tepat, dinamakan checkpoint siklus sel, disamping protein supresor gen lainnya (p53-
p21). usaha molekuler itu dilakukan untuk menjaga
keseimbangan seluler, termasuk saat terjadi kerusakan tingkat DNA.
Siklus sel
Siklus sel mengarah padapembelahan sel dan penggandaan DNA dalam menciptakan sel turunan. ada suatu keadaan yang mana sel tidak melakukan pembelahan sementara (berhenti membelah). Sel
itu memasuki tahap G0 yang dinamakan quiescence (inaktif) atau keadaan diam yang reversibel.
penjelasan siklus sel
Siklus sel adalah kronologis tahap tahap yang akan dilalui sel secara aktif dalam melakukan prosedur pembelahan dan replikasi DNA untuk menciptakan dua turunan sel, sehingga juga dikenal sebagai siklus pembelahan.
tahap tahap siklus sel
Siklus sel terdiri atas 4 tahap tahap yang berbeda yaitu tahap G1, S (buatan ), G2 dan M. detailnya tahap G1, S dan G2 dikenal sebagai tahap tahap intertahap , sedang tahap M (mitosis/ meiosis) tersusun atas tahap tahap kariokinesis dan sitokinesis. Kariokinesis
adalah bagian dari tahap tahap pembelahan sel yang mana terjadi pemisahan kromosom, sedang pada sitokinesis terjadi pembelahan sitoplasma secara sukses sehingga menjadi dua turunan sel.
Secara sistematik tahap tahap ini dimulai dengan:
tahap G1 (gap1),tahap S (buatan ),G2 (gap 2),M (mitosis),
FOTO SIKLUS SEL
Siklus sel terdiri atas 4 tahap yaitu tahap G1, S (buatan ), G2 dan M (mitosis). tahap M terdiri atas kariokinesis dan sitokinesis. Pemisahan kromosom pada tahap kariokinesis sedang pembelahan sel menjadi
dua turunan sel pada sitokinesis.
Molekuler siklus sel
Secara molekur ada beberapa faktor yang ikut berperan dalam meregulasi siklus sel, diantaranya adalah:
-Cyclin dependen kinase (Cdk) - Cyclin
- Faktor trankripsi dan protease khusus lainnya
-Protein inhibitor kinase khusus
FOTO MOLEKULER SIKLUS SEL
Secara molekuler siklus sel melibatkan interaksi siklin D-Cdk4 pada tahap G1 akhir, siklin E-Cdk2 pada tahap G1-S, siklin A-Cdk2 dan Siklin B-Cdk1 pada tahap M.
Cyclin dependent kinase (Cdk)
Protein Cdk berperan besar dalam regulasi siklus sel.
penjelasan Cdk
Cdk adalah keluarga protein serine/ thereonine kinase dengan berat molekul 34-40 kDa (small protein) yang dalam beraktifitas menggantungkan diri pada protein siklin (subunit regulator non-katalitik). Cdk menjadi aktif saat berikatan dengan siklin. Cdk aktif akan
merekayasa protein lain (obyek sasaran ) melalui penambahan gugusan fosfat pada rantai samping, sehingga protein obyek sasaran terfosforilasi dan
menjadi aktif. Peran cyclin begitu penting dalam aktivasi Cdk sehingga tanpa siklin aktivitas CDKs tidak akan terjadi (tidak ada aktivasi protein obyek sasaran ).
golongkan Cdk berdasar Cyclin
Sel kita memiliki lebih dari 10 protein kinase Cdk yang
bekerja pada tahap tahap siklus sel, tetapi secara biasa ada 4 Cdk yang berperan besar dalam siklus sel, yaitu:
-Cdk1
Cdk1adalah protein kinase yang berperan pentingpada tahap M siklus sel dengan cara mengikat siklin B. Cdk1 juga dinamakan cdc2 (cell devision cycle 2) atau p34.
-Cdk2
Cdk2 adalah protein kinase yang berperan besar pada
transisi tahap G1/S siklus sel dengan cara mengikat siklin E
-Cdk3
Cdk3 adalah protein kinase yang berperan besar pada tahap G0 siklus sel dengan cara mengikat siklin C
-Cdk4
Cdk4 adalah protein kinase yang berperan besar dalam tahap G1 siklus sel dengan cara mengikat siklin D. Cdk4 juga dikenal sebagai Cdk4/6 dengan fungsi untuk memastikan/ mendorong sinyal proliferasi yang diterima tahap G1 dapat diteruskan ke tahap S.
Siklin
penjelasan siklin
Siklin adalah keluarga protein yang berperan besar dalam mengendalikan progresi sel pada setiap tahap tahap siklus sel dengan cara mengikat Cdk tertentu sehingga membentuk komplit s Cdk-siklin.
Kadar siklin dalam tiap tahap tahap siklus sel selalu dalam keadaan fluktuasi secara siklik, yaitu meningkat diawal ekspresi tetapi menurun diakhir, akibat prosedur degradasi melalui jalur proteosom yang dimediasi ubiquitin
golongkan Cyclin
Cyclin dibedakan menjadi 5 kelas berdasar atas kerjanya pada tiap tahap tahap siklus sel, yaitu:
-Siklin C yang bekerja pada tahap Go siklus sel
-Siklin D yang bekerja pada tahap G1siklus sel
-Siklin E yang bekerja pada tahap G1/S siklus sel
- Siklin A yang bekerja pada tahap G2 siklus sel
-Siklin B yang bekerjapadatahap M siklussel
tahap G1
pergerakan dan laju siklus sel dimulai sesudah pengikatan liganreseptor RTK, maupun integrin yang kemudian menginisiasi kronologis kaskade sinyal tranduksi proliferasi. Aktivasi jalur komplit s MAPK-ERK atau jalur PI3K/ Akt (jalur diferensiasi),
BMP/ SMAD dan LIF/ STAT3 (jalur pembaruan diri) akan memasuki nukleus untuk memulai siklus sel.
FOTO BUATAN SIKLIN D (TAHAP G1)
buatan siklin D dimulai sesudah pengikatan ligan-reseptor RTK atau ligan-reseptor steroid atau ligan-reseptor protein-G atau BMP-SMAD dan atau LIF-STAT3 yang kemudian menginisiasi kronologis
kaskade sinyal tranduksi menuju nukleus berwujud aktifitas transkripsi gen c-myc yang menciptakan siklin D.
penjelasan tahap G1
tahap G1 (tahap gap 1) adalah tahap pertama dalam siklus sel yang ditandai dengan perkembangan sel (ukuran sel) dan buatan mRNA/ protein histon (untuk tahap S berikutnya). Sekali ukuran sel sesuai dan
buatan protein selesai maka sel akan memasuki tahap kemudian yaitu tahap S. detailnya tahap G1 dibagi menjadi 3 tahap tahap , yaitu:
- tahap G1 awal,- tahap G1 tengah,- tahap G1 akhir
tahap G1 awal: buatan siklin-D (nonstabil)
prosedur siklus sel dimulai dengan mentranskripsi siklin D ditahap G1 awal sesudah sinyal mitogenik (jalur MAPK-ERK) memasuki nukleus yang lalu menbuatan faktor transkripsi siklin-D.
Protein siklin-D adalah protein pemercepat perpindahan dari tahap G1 ke S siklus sel, sehingga dapat memicu laju siklus sel. meski begitu siklin D yang dibuat nukleus masih dalam keadaan sangat
tidak stabil dan waktu paruhnya singkat (sekitar 10 menit). ini memicu siklin-D tidak akan pernah tertumpuk dalam jumlah cukup pada tahap G1 awal sehingga tidak memungkinkan untuk berikatan dengan Cdk4/6.
tahap G1 tengah: ikatan CDk4/6-siklin D-p21/p27
Siklin yang non-stabil pada tahap G1 awal perlu distabilkan pada tahap G1 tengah. usaha penstabilan siklin-D dilakukan dengan mengekspresikan siklin D ke sitoplasma agar supaya dapat berikatan dengan
p21 atau p27 (protein co-faktor positip siklin-D terhadap Cdk4/6). Pengikatan siklin dengan p21 atau p27 memicu siklin-D stabil sehingga mudah berikatan dengan CDK4/6. ini memicu pembentukan komplit s protein aktif yaitu Cdk4/6-siklin D-p21 atau
Cdk4/6-siklin D-p27. komplit protein aktif ini berfungsi sebagai:
usaha pendorong agar supaya Cdk4/6-siklin D mudah memasuki nukleus sehingga dapat memicu fosforilasi (aktivasi) protein pRb.
usaha peningkatkan perakitan Cdk4/6-siklin D-p21 atau Cdk4/6-siklin D-p27 kemudian .
tahap G1akhir: fosforilasi pRb
tahap G1 akhir adalah tahap terpenting dalam tahap G1, sebab pada tahap ini ada wilayah restriction-point (moleculer gate) yang mana setiap sinyal mitogenik yang masuk nukleus akan dilakukan
checkpoint. detailnya wilayah checkpoint ini menentukan apakah sinyal mitogenik sudah sesuai dan layak diteruskan ke tahap kemudian (tahap S) atau harus dihambat, sebab sinyal itu berpotensi
merusak atau memunculkan mutasi.
FOTO TAHAP G1
Siklin D yang dibuatan pada tahap G1 awal tidak stabil oleh sebab itu diekspresikan ke sitoplasma agar supaya berikatan dengan p21 atau p27 sehingga menjadi stabil.Siklin D-p21-p27 lalu berikatan dengan
CDK4/6 membentuk komplit Cdk4/6-siklinD-p21/p27 yang dapat memfosforilasi ikatan pRB-E2F/DP sehingga E2F/DP terlepas menyebabkan transkripsi protein terkait replikasi DNA (gen menjadi on).
pRB siklus sel
Protein pRB (retinoblastoma protein) dalam keadaan normal terikat secara kuat (aktif) pada E2-promoter binding proteindimerization partner (E2F-DP) sehingga membentuk komplit s trimer ,pRb-E2F-DPyang dapat mencegah laju progresi siklus sel. E2F-DP adalah protein faktor transkripsi keluarga E2F yang diperlukan dalam prosedur replikasi DNA pada tahap S. Oleh sebab itu diperlukan usaha pelepasan pRB dari komplit s protein pRb-E2F-Dp1 itu , dengan
cara fosforilasi pRB sehingga pRB menjadi inaktif dan terlepas.
penjelasan pRB
pRB adalah protein supressor tumor yang berperan membatasi sel dalam mereplikasi DNA dengan cara mengikat wilayah E2F-DP (faktor transkripsi keluarga E2F untuk situs gen promotor proliferasi dan
perkembangan siklus sel). Pengikatan pRB pada E2F-DP memicu status E2F-DP inaktif. Posisi E2F-DP inaktif tidak memungkinkan perpindahan tahap G1 ke S sehingga tidak terjadi progresi siklus sel maka pRB berperan sebagai molekul kendali terhadap gate G1 yang menghambat laju progres siklus sel sehingga dapat mencegah perkembangbiakan sel berlebihan.
FOTO PRB
pRB dalam keadaan normal mengikat wilayah E2F-DP (faktor transkripsi untuk situs gen promotor proliferasi dan perkembangan siklus sel). Pengikatan pRB pada E2F-DP memicu E2F-DP inaktif sehingga transkripsi gen obyek sasaran tidak terjadi (gene off).
Pengikatan pRB pada E2F-DP
Pengikatan pRB pada E2F-DP memicu situs gen
promotor proliferasi dan siklus sel terikat dan inaktif sehingga terjadi penurunan regulasi beberapa protein faktor trankripsi diperlukan dalam replikasi DNA seperti MCMs, RPA34, DBF4, RFCp37 dan
RFCp140. Penurunan regulasi faktor transkripsi memicu
penurunan faktor transkripsi E2F yang secara simultan menghambat replikasi DNA, sehingga mencegah perpindahan siklus sel dari tahap G1 ke S. prosedur ini reversible, saat terjadi fosforilasi pRB menjadi
inaktif dan terlepas sehingga transkripsi berjalan kembali.
Mekansime aktivasi pRB aktivasi (gen on)
Fosforilasi pRB sesudah induksi sinyal komplit s Cdk4/6-siklin D-p21/27 tahap G1 memicu sel siap membelah. Secara sistematik prosedur aktivasi pRB antaralain :
1. Fosforilasi protein pRb.
Fosforilasi protein pRB terjadi saat komplit s protein
Cdk4/6-siklin D-p21/27 aktif memasuki nukleus di tahap G1 akhir. pRB terfosforilasi akan menarik enzim histon deacetylase (HDAC) ke kromatin hingga terlepas dan terjadi disosiasi komplit s pRb-E2FDP1, yang berakhir dengan terlepasnya E2F/DP1 dari ikatan pRb.
E2F/DP1 bebas berfungsi sebagai faktor trankripsi.
FOTO FOSFORILASI PRB/E2F-DP
Fosforilasi protein pRB terjadi saat komplit s protein aktif Cdk4/6-siklin D atau Cdk2-siklin E (sesudah rangsangan sinyal mitogenik) memasuki nukleus. pRB yang terfosforilasi akan menarik enzim histon deacetylase (HDAC) sehingga terjadi disosiasi komplit s pRbE2F-DP1,berakibat terlepasnya E2F/DP1. E2F/DP1 bebas berperan sebagai transaktivasi faktor trankripsi yang memicu gene on.
2. Transkripsi protein regulator: gene on state
pRB yang terlepas akibat fosforilasi memicu E2F/DP1
bebas dan aktif berperan sebagai faktor transkripsi poten untuk promosi ekspresi gen terutama proliferasi (gen dalam on state), sehingga dapat melakukan up-regulation protein-protein yang diperlukan pada tahap S (buatan DNA). ini memicu siklus sel bergerak, termasuk sel yang dalam posisi Go akan memasuki
siklus sel kembali. Ekspresi protesi yang diproduksi adalah :
-- DNA polymerase 1
-- Accessory factor dan Enzim yg menbuatan precursors nucleotida
--Protein yang mempromote progresifitas siklus sel kemudian (siklin E, siklin A dan Cdk1)
Transisi tahap G1 ke dalam tahap S siklus sel.
Sebelum terjadi fosforilasi protein pRB, maka siklus sel
secara fungsional berada dalam tahap G0, sehingga tidak ada aktivitas pergerakan dari siklus sel sama sekali. ini dinamakan gene under off state. Fosforilasi yang terjadi protein pRB, memicu transisi tahap Go kedalam tahap G1, melewati G1 kendali sebagai
restriction point atau moleculer gate.
tahap S
penjelasan tahap S
tahap S (tahap buatan ) adalah suatu tahap tahap dalam siklus selantara tahap G1 dan G2 yang mana DNA direplikasi. buatan DNA dalam tahap S ini memerlukan siklin E, yang dibuat di tahap G1
tengah (sesudah komplit s CDk4/6-siklin D terbentuk)
Protein siklin E memerlukan co-faktor positip Cdk2. Interaksi Cdk2-siklin E menginisiasi terjadinya replikasi DNA.
FOTO PERAN CDK2-SIKLIN E PADA TAHAP S
komplit s Cdk4/6-siklin D yang memfosforilasi ikatan pRB-E2F/DP di tahap G1 akhir memicu E2F/DP bebas yang lalu mentrasnkripsi siklin E. Protein siklin E berikatan dengan Cdk2 yang lalu memfosforilasi ikatan pRB-E2F/DP sehingga memicu E2F bebas. E2F bebas lalu mentranskripsi siklin A yang akan berikatan dengan Cdk2 sehingga mentranskripsi
beberapa protein yang diperlukan dalam buatan DNA.
pemeriksaan DNA damage: checkpoint
Selama buatan DNA sel akan melakukan cek keseluruhan bentuk ketidak normalan genom, terutama terhadap kerusakan DNA. Replikasi genome adalah hal penting dalam keberhasilan pembelahan sel dan oleh sebab itu prosedur ini diatur secara ketat.
Sekali terdiagnosa kerusakan DNA maka akan teraktivasi jalur checkpointcanonical yang berakibat pada penundaan progresi siklus sel lebih lanjut, tetapi saat DNA tergandakan maka sel akan segera
memasuki tahap -G2 dan mulai buatan protein untuk mitosis. detailnya ada 3 jalur checkpoint yaitu:
1. Checkpoint replikasi
Jalur ini untuk memeriksa replication fork yang terhenti, dengan mengintegrasikan sinyal asal ATR interacting protein (ATRIP) dan RAD17. Sekali jalur ini aktif maka akan ditingkatkan biosintetis nucleotide untuk meningkatkan ketersediaan NTP dalam membantu replication fork yang terhenti.
2. Checkpoint tahap S-M
Jalur ini untuk memblok mitosis hingga seluruh genom selesai digandakan dengan sukses. ini melalui hambatan komplit s siklin B-Cdk1 (secara gradual tertumpuk sepanjang siklus sel terutama untuk promosi masuk tahap mitosis).
3. Checkpoint tahap S
Jalur ini untuk memeriksa double strand break (DSB) yaitu pemeriksaan kerusakan untaian ganda DNA melalui aktivasi ATR dan ATM kinase. Sisi lain jalur ini juga memfasilitasi reparasi DNA. ATR dan ATM aktif akan menhentikan progresi siklus sel dengan promosi
degradasi CDC25A (phosphatase yang dapat membuang residu phopotase inhibitori dari CDK.
FOTO CHECKPOINT
tahap G2 : Cdk-1 cyclin B
penjelasan G2
tahap G2 adalah suatu tahap tahap dari siklus sel yang mana terjadi perkembangbiakan cepat sel dan buatan protein untuk preparasi memasuki tahap kemudian (mitosis). Beberapa tipe sel dan kanker justru tidak
memerlukan tahap G2 ini sebab prosedur berjalan secara langsung dari replikasi DNA menuju mitosis tanpa melewati tahap G2. tahap G2 dimulai saat ada siklin B yang lalu mengikat Cdk-1 sehingga menjadi siklin B-Cdk1 yang lalu mempromosikan tahap G2 masuk kedalam tahap M.
pemeriksaan kerusakan DNA G2/M
Checkpoint kerusakan DNA G2/M adalah penundaan sel dalam G2 sebelum memasuki mitosis sebagai tanggapan atas stress genotoksik (radiasi UV, oksidative stress dan agen interkalasi DNA) baik melalui pola p53-dependen maupun p53-bebas t. detailnya sinyal DNA damage memicu aktivasi factor transkripsi p53. Cdk-1 secara langsung dihambat oleh 3 obyek sasaran transkripsi p53
yaitu p21, Gadd45 dan 14-3-3α. Sekali siklin B1-Cdk1 terisolasi dalam nuklues oleh p21 maka menjadi inaktif, sebaliknya saat terisolasi dalam sitoplasma oleh 14-3-3α maka menjadi aktif. Sementara Gadd45 menganggu pengikatan siklin B1 dan Cdk1
melalui interaksi langsung dengan CDK1.
tahap mitosis
Secara prinsip siklus sel dibagi menjadi 2 tahap tahap :
tahap mitosis,tahap sitokinesis,
penjelasan mitosis
Mitosis adalah suatu masa masa pembelahan sel bertujuan menggandakan semua elemen penting sel turunan terutama set kromosom, sehingga memungkinkan setiap calon sel turunan menerima salinan seluruh genom sama persis dengan induk. prosedur diawali dengan mensalinan dan menbuatan set kromosom (DNA) secara tepat sepanjang initial kromosom, hingga pemisahan kromosom menjadi dua bagian seperti (kromatid) dengan kandungan
DNA sama dan berakhir dengan terbentuknya kromosom sama persis . Kromosom sel masa masa intertahap biasa nya tersusun atas untaian DNA
difus, sehingga tidak terlihat dibawah mikroskop cahaya, tetapi saat memasuki tahap M maka untai DNA yang sudah bereplikasi sebelumnya pada tahap S tampak sebagai kromosom yang mengalami
kondensasi berwujud :
-- Untaian panjang DNA secara bertahap mengkerut dan menebal.
-- Terbentuk spindle mitotic (struktur sitoskletal), tersusun atas mikrotubuli yang melekat pada kromosom, sehingga secara fisik memudahkan menarik hingga memisahkannya kedalam sel turunan.
tahap tahap mitosis
Secara sistematis mitosis dibagi menjadi 5 tahap tahap yang secara berurutan yaitu:
-Protahap ,Kromosom yang sudah bereplikasi sebelumnya mengalami kondensasi dan spindle mitotic mulai disusun diluar nukleus.
-Prometatahap ,Membran nukleus mulai melebur dan hancur sehingga memungkinkan terjadi kontak antara spindle mitotic dengan kromosom.
-Metatahap ,Seluruh kromosom bergerak dan berkumpul dipusat spindle mitotic sehingga tampak sebagai equatorial plate.
- Anafase ,Kromosom terpisah menjadi 2 bagian dan tertarik pada sisi berlawanan sel.
-Telofase ,Perakitan kembali membran inti disekitar dua set kromosom yang sudah terpisah hingga terbentuk dua nukleus. Terbentuknya dua nukleus baru menandakan akhir dari prosedur mitosis, yang mana
kromosom mengalami dekondensasi dan seluruh gen transkripsi mulai berfungsi, sedang seluruh sisa lainnya dipakai sel dalam pembelahan menjadi dua sel.
FOTO TAHAP MITOSIS DAN SITOKINESIS
Siklus sel dimulai dengan sinyal melewati wilayah retriksi G1 akhir, berlanjut ke tahap S, G2 lalu memasuki tahap mitosis. tahap mitosis dimulai dengan protahap yang ditandai dengan kondensasi
kromosom dilanjut dengan prometatahap berwujud menyatunya membran nukleus (kontak spindle mitotic-kromosom). Metatahap khas ditandai dengan spindle mitotic berkumpul dipusat seperti equatorial plate.
Anafase ditandai dengan terpisah kromosom pada sisi berlawanan sel dan Telofase berwujud perakitan membran inti (terbentuk dua nukleus). tahap mitosis berlanjut pada sitokinesis yang ditandai dengan
pembelahan sel menjadi dua sel turunan sama persis .
Sitokinesis
Sitokinesis adalah suatu fitur kedua tahap mitosis yang mana terjadi penyaluran membran sel, sitoskleton, organela, dan protein terlarut lainnya pada dua sel turunan. Secara fisik ditandai dengan
pembelahan sel menjadi dua sel turunan sama persis berwujud pengkerutan membran sel masing-masing kedalam. ini dipicu adanya cincin kontraksi (struktur sitoskleton) yang menegang dengan arah
pengkerutan sesuai tarikan spindle mitotic (menarik kromosom) kesisi berlawanan sel. Tarikan kontraksi terus menerus semakin mengencang hingga menjepit sel menjadi dua bagian sel, dengan cara ini, terbentuk dua sel turunan yang sama persis dan memastikan setiap sel turunan mengandung satu nukleus.Cincin kontraksi tersusun atas tipe molekul filament yaitu filament aktin dan miosin yang saling memendek untuk menciptakan kekuatan pengencangan. Kekauatan
yang diproduksi cukup kuat untuk membengkokkan jarum halus yang diinsersi dalam sel. Struktur ini sementara yang secara bertahap semakin mengecil saat prosedur sitokinesis berlanjut hingga sel secara
lengkap terbelah menjadi dua.
Akurasi kendali sinyal proliferasi
Sistem sirkuit sinyal seluler selalu menuju tahap tahap
homeostasis seluler secara terus menerus bertujuan stabilisasi sinyal. Setiap kali sinyal proliferasi meningkat akan diikuti dengan mekanisme kendali , terutama saat terjadi sinyal yang berlebihan
dan menyimpang dari fisiologis.
penjelasan akurasi kendali sinyal proliferasi
Salah satu ciri adanya kehidupan adalah munculnya aktivitas proliferasi sel. Suatu sel dinamakan berproliferasi dengan normal bila sel itu dapat mempertahankan dan mengendalikan dinamika proliferasi secara tepat. Dinamika itu berwujud keberadaan sinyal
proliferasi dan sinyal inhibisi secara simultan dan terus-menerus dilakukan dalam rangka menjaga homeostasis subseluler. maka menentukan apakah sinyal proliferasi ini layak diteruskan memasuki siklus sel, atau ditunda sementara sambil dilakukan
perbaikan, dan atau mentrigger kematian sel secara apoptosis, saat perbaikan DNA gagal dilakukan adalah fungsi terpenting dari sistem sinyal ling.
kendali sinyal intrinsik-ekstrinsik
kendali sinyal proliferasi adalah usaha seluler dalam
memastikan bahwa sinyal mitogenik yang memasuki tahap tahap siklus sel dalam nukleus masih dalam batas layak untuk diteruskan. kendali sinyal proliferasi itu baik terhadap sinyal eksternal mitogenik
(matriks ektraseluler) maupun sinyal internal mitogenik. Keadaan ini memicu setiap sel akan mengerti kapan harus memasuki siklus sel, berproliferasi, berdifrensiasi, direparasi dan sebagainya. Secara sistematik mekanisme kendali sinyal seluler dilakukan dengan 2 cara: kendali intrinsik , kendali ekstrinsik
kendali sinyal intrinsik: Checkpoint
Checkpoint berperan strategis dalam menjaga stabilitas genomik, sebab hampir seluruh penyakit keganasan dimulai dari keadaan instabilitas genomik, yang berpotensi menjadi mutasi genetik, dan epigenetik. Fungsi checkpoint dalam pemeriksaan kerusakan akan dikuti dengan proses kemudian , berwujud penahanan kelanjutan siklus sel sampai kerusakan selesai diperbaiki.
penjelasan checkpoint sinyal proliferasi
Checkpoint sinyal proliferasi adalah suatu pemeriksaan
terhadap kelayakan sinyal intrinsik (mitogenik) yang sedang memasuki tahap tahap siklus sel untuk memastikan bahwa integritas DNA tidak terganggu. Keberadaan checkpoint dalam siklus sel dapat
diketahui pada riset in vitro kultur sel, dengan cara membuat media kultur dalam keadaan defisiensi asam amino, serum atau fosfot. Keadaan ini memicu perkembangbiakan sel itu terhenti pada phase G1 siklus sel, tetapi saat defisiensi itu direstorasi,
maka sel kultur itu melanjutkan kembali memasuki tahap S. Hal membuktikan bahwa ada wilayah checkpoint (pengecekan) pada tahap G1 siklus sel.
Checkpoint tiap tahap siklus sel
Sinyal intrinsik mitogenik yang datang memasuki siklus sel akan melewati kronologis checkpoint(pos pengecekan) tiap tahap siklus sel. Tingkat akurasi checkpointsangatlah presisi, baik dalam hal
pelepasan sinyal growth-promoting untuk melanjutkan ke-siklus sel berikutnya,maupun dalam perintah inhibisi sinyal. Pemonitoran sinyal mitogenik dilakukan menggantungkan diri pada tiap tahap dalam siklus sel. Monitor di tahap S dilakukan terhadap sekwen DNA tetapi saat pada tahap M dilakukan terhadap kesesuaian ukuran sel. detailnya chekpoint tiap tahap dibagi menjadi:
1. Check point tahap G0-G1: Pemastian kelayakan sinyal wilayah checkpoint akan memastikan bahwa sinyal yang masuk dan diterima itu adalah sesuai dengan struktur protein sinyal sehingga bisa diteruskan ke tahap siklus sel kemudian . detailnya sel dalam tahap G0 yang lalu mendapat sinyal proliferasi yang cukup kuat untuk melewati phase G1, maka sebelum
memasuki kemudian yaitu tahap S, sel itu harus membuat keputusan terutama pada G1 akhir. Titik di tahap G1 akhir yang mana sel .itu membuat keputusan memasuki tahap S dinamakan
restriction point
2. Check point tahap G2: pemeriksaan kerusakan DNA
wilayah Check point G2 akhir berfungsi dalam memeriksa setiap kerusakan DNA sub seluler yang terjadi atau terhadap penggandaan DNA. Fungsi pemeriksaan ini sangat penting dalam menjaga integritas dan stabilitas genomik. Setiap wilayah DNA yang terdiagnosa kerusakan akan dikuti dengan proses penahanan kelanjutan siklus sel hinga terjadi
reparasi.
3. Check point tahap M: Checking keadaan kromosom
wilayah checkpoint terakhir terjadi tahap M bertujuan
memeriksa apakah kromosom sudah menempel pada spindle mitotic atau belum. maka saat semua fungsi checkpoint bekerja dengan baik maka sulit bagi normal sel untuk berubah menjadi bentuk malignansi.
Keterlibatan molekul ATM dan p53-p21
ada banyak molekul protein yang terlibat saat terjadi
kerusakan DNA, diantaranya ATM, p53, p21, dan DNA repair seperti sajikan dalam gambar dibawah ini
FOTO KETERLIBATAN MOLEKUL ATM DAN P53-P21
kendali sinyal ekstrinsik proliferasi
Seperti yang sudah dikaji sebelumnya, prinsip homeostasis harus selalu terjadi dalam keadaan apapun, demi keseimbangan fisiologis seluler sendiri. saat sinyal proliferasi menguat dan berlanjut dengan pembelahan sel, maka secara sistematik akan terjadi
usaha penyeimbangan terhadap fungsi seluler itu , yang dilakukan dengan cara menghambat keberlanjutan siklus sel.
penjelasan kendali sinyal ekstrinsik
kendali sinyal mitogenik ekstrinsik adalah usaha
pengendalian terhadap semua sinyal mitogenik ektrinsik yang memasuki sel menuju keadaan yang layak dan stabil. Aktivitas kendali itu melibatkan banyak molekul sinyal dan beberapa jalur terutama proliferasi.
Mekanisme kendali sinyal ekstrinsik
detailnya aktifitas kendali sinyal mitogenik ekstrinsik
dilakukan dengan cara:
1. Peningkatan ekspresi TGF-β –kendali eksternal
TGF-β(Tranforming growth faktor-β) adalah protein yang berperan sentral dalam diferensiasi dan morfogenesis. detailnya TGF- β yang berikatan dengan reseptor serin/ threoninin kinase, memicu induksi ekspresi protein p15 (Cdk-inhibiting/ InK4b).
aktivasi p15 menyebabkan inaktivasi komplit s Cdk4-cyclin D-p27 sehingga p27 terlepas. Protein p27 yang bebas itu akan segera berikatan dengan Cdk2-Cyclin E aktif dinukleus, berakibat terbentuk komplit s Cdk2-Cyclin E-p27 inaktif, sehingga terjadi inhibisi
keberlanjutan siklus sel.
2. Peningkatan ekspresi p27 – kendali eksternal
kendali eksternal ini terjadi akibat sel sekitar terdesak oleh prolifrasi sel patologis yang berlebihan (contact inhibition). Sel yang terdesak itu mengekspresikan p27, kemudian memicu berikatannya dengan Cdk2-Cyclin E aktif dinukleus menjadi komplit s Cdk2-CyclinE-p27 yang inaktif. Akibatnya terjadi inhibisi
keberlanjutan siklus sel. Oleh sebab nya prolifrasi sel kanker semestinya dapat dihambat, manakala niche-nya atau microenvironment turut diperbaiki, dengan harapan sel sekitar dapat mengekspresikan p27 saat terjadi proliferasi berlebihan dari sel patologis.
kendali eksternal sinyaling seperti dibawah ini.
FOTO KENDALI EKSTERNAL SINYAL LING
kendali feedback negatif: GTPase
Mekanisme feedback negatif adalah bagian dari prinsip
homeostasis, yang normalnya berfungsi dalam mengurangi/ memperkecil kekuatan sinyal ling yang terjadi dalam sirkuit intraseluler, dalam rangka menyimbangkan prosedur subseluler demi mencapai keadaan homeostatis. Oleh sebab itu efek dari feedback
mechanisms memicu peningkatkan sinyal ling proliferasi. Hal ini terjadi melalui GTPase - aktivasi onkoprotein ras. GTPase bekerja sebagai sebuah mekanisme feedback negatif intrinsik (sebagai rem), untuk memastikan bahwa transmisi sinyal
proliferasi aktif dalam batasan seimbang dan tidak berlebihan. ini dilakukan dengan melakukan pemecahan GTP menjadi bentuk tidak aktif, yaitu GDP dalam prosedur sinyal ing transduksi. Akibatnya
sinyal ing tranduksi melemah-hilang, proliferasi sel terhenti. Jadi sebetulnya efek onkogenik yang ditimbul bukanlah akibat hiperaktivasi sinyal ling Ras, akan tetapi berasal dari mutasi onkogenik aktivitas GTPase.
Akurasi keputusan molekuler
Akurasi keputusan molekuler terhadap sinyal yang diterima sangatlah penting dalam menentukan keberlanjutan proliferasi suatu sel normal. Keputusan molekuler dibuat saat sinyal proliferasi itu melewati beberapa fungsi kendali subseluler, baik secara
internal berwujud ―wilayah checkpoint‖ maupun secara eksternal berwujud kendali lingkungan mikro-ektraseluler. Oleh sebab itu sulit bagi suatu sel untuk menyimpang dari aturan sistem sinyal ling ini, selama
keadaan genomik dan epigentik bekerja normal. Sel kanker dapat menaifkan semua sistem kendali ini, terus-menerus berproliferasi dan mempertahankannya, tanpa adanya hambatan yang berarti, mengindikasikan adanya gangguan dalam sistem itu .
Mesenchymal stem cell (MSC) adalah sel punca multipoten yang dapat berdiferensiasi menjadi beberapa tipe sel, termasuk sel adiposit, osteoblas, kondrosit, neuronal, miosit, β-pankreas. MSC
pada awalnya diidentifikasi oleh Tuan Friedenstein sebagai subpopulasi sel sumsum tulang dengan potensi osteogenik dan dapat melekat pada plastik. MSC juga memperlihatkan kemampuan sebagai anti-inflamatori dan memiliki potensi imun-privilege. ini
terlihat dengan beberapa kabar riset yang menyebutkan bahwa MSC dapat meregulasi tanggapan imun dalam beberapa penyakit,
termasuk penyakit autoimun. meski begitu tidak ada penunjuk khusus dan unik dalam mengidentifikasi MSC, disamping itu sifat yang ada kurang konsisten beberapa literatur yang ada. Diversitas sifat MSC ini dapat dijelaskan dengan perbedaan sumber asal MSC, yang mana MSC dapat diperoleh dari beberapa sumber, mulai jaringan solid hingga non-solid. Sisi lain
perbedaan metode isolasi dan keadaan kultur pada beberapa laboratorium juga ikut mempengaruhi variasi MSC. ini memerlukan standar yang jelas dan kuat diantara golongan peneliti sel punca, terutama grup MSC. Beberapa konsensus yang ada terkait dengan sifat MSC masih memunculkan konflik data.
meski begitu secara biasa ada konsensus terkait MSC, yaitu tidak mengekspresikan penunjuk permukaan endotelial atau hematopoietik seperti CD11b, CD14, CD31, CD34 atau CD45,
tetapi mengekspresikan CD29, CD44, CD73, CD90, CD105, CD106 dan CD166.
beberapa kabar riset menyebutkan bahwa terjadi
peningkatan riset terkait MSC secara eksponensial. MSC memberi harapan yang menjanjikan dalam menyembuhkan beberapa penyakit terminal. Potensi diferensiasi dalam multilineage end-stage cell, disamping fusi dan transdiferensiasi MSC pada peristiwa infark miokard, kegagalan liver akut, sirosis hepatis, penyembuhan luka hingga gangguan autoimun sudah dilaporkan. Sisi lain MSC
memiliki kromosom yang lebih stabil dan kecenderungan untuk membentuk tumor dan teratoma jauh lebih rendah dibanding dengan sel punca embrionik atau iPS. berdasar peran penting MSC dalam meregenerasi beberapa kerusakan jaringan dan meregulasi sistem imunitas, tetapi sisi lain
adanya diversitas sifat MSC, maka pengetahuan mendasar terkait MSC perlu dipahami. Oleh sebab itu kami mengeksplorasi MSC dari sisi terminologi dengan melihat dari beberapa aspek, mulai
sifat minimum, molekuler penunjuk hingga prinsip parakrin MSC. kita akan bahas sumber asal jaringan MSC dan potensi MSC terkait sumber dan pada akhirnya membahas prinsip molekuler regenerasi dan imunoregulasi MSC terkait beberapa penyakit klinis.
Milestone MSC
MSC sebagai klonogenik : CFU-F
Pemahaman MSC dimulai saat tahun 1968 Friedenstein menemukan subpopulasi sel non-hematopoetik asal sumsum tulang tikus dan babi yang dapat membentuk koloni sel (klonogenik) saat
dikultur dan melekat pada plastik. Keberadaan sel klonogenik diantara populasi sel sumsum tulang itu dipemeriksaan sebagai colony-forming unit-fibroblas (CFU-F). detailnya CFU-F adalah rombongan sel yang secara morfologi seperti fibroblas, tetapi sel ini dapat membentuk koloni.
MSC sebagai sel stromal
Dinamika riset MSC yang tinggi terutama terkait dalam
hal idetifikasi mendorong Dexter tahun 1980 melakukan eksplorasi keberadaan MSC. Hasil riset beliau menyebutkan bahwa MSC adalah populasi sel yang seperti dengan sel stromal sumsum tulang dan dapat melekat pada disk kultur dan dapat menunjang
hematopoiesis. Hasil riset ini mendorong munculnya rasa penasaran terkait potensi khusus MSC.
MSC sebagai sel berkemampuan diferensiasi
prinsip MSC sebagai sel yang dapat berdiferensiasi
berdasar atas riset Caplan tahun 1991, yang dinamakan proposal Caplan’s. Hipotesis Caplan’s menyebutkan bahwa MSC adalah rombongan sel yang memiliki potensi berdiferensiasi menjadi semua sel turunan mesodermal. meski begitu eksistensi MSC
sebagai sel dengan potensi diferensiasi multilineage baru ditemukan dibelakang hari, yaitu tahun 1999 oleh Pettinger. riset ini lalu memicu banyak penelitian terkait peran MSC dalam memediasi prosedur degenerasi beberapa jaringan. Sisi lain riset
ini memicu para peneliti untuk mengeksplorasi lebih jauh terhadap sifat molekuler khusus MSC.
MSC berdasar syarat ISCT 2006
Perkembangan dan riset MSC yang tinggi mendorong
para peneliti untuk membuat batasan dan definisi detailnya terhadap MSC. beberapa definisi terkait polarisasi MSC bermunculan, salah satunya adalah definisi yang dibuat Howritz tahun 2005 yang
menyebutkan bahwa tidak semua mesencymal stromal cell adalah sel punca, dipicu sebab metode dan pendekatan yang dipakai dalam kultur dan sifat isasi MSCs berbeda. ini memicu konsensus terkait sifat MSC, sehingga pada tahun 2006 disampaikan sifat MSC yang berdasar rekomendasi International Society for Cellular Therapy (ISCT). detailnya rombongan sel dinamakan MSC, jika memiliki syarat dan terminologi
antaralain syarat minimum dan mengekspresikan penunjuk (CD) tertentu, yang akan dibahas kemudian . Sejarah MSC dapat dilihat pada milestone dibawah ini.
FOTO MILESTONE MSC
Terminologi MSC
riset MSC terdahulu yang dinamis beberapa tahun
terakhir yang dijelaskan dalam sekuen milestone MSC sebelumnya, tampak terlihat adanya variasi dalam batasan terminologi suatu MSC. Secara eksponensial mendorong para ilmawan untuk membuat
batasan dan definisi terkait sifat MSC. Definisi berdasar konsensus ISCT merekomendasikan bahwa rombongan sel dinamakan MSC bila memiliki beberapa syarat minimum.MSC didefinisikan sebagai sel punca dewasa yang didapat dari jaringan mesencymal atau stromal (sesudah tahap tahap embriogenesis selesai) dengan sifat antaralain :
1. Kreteria minimum:
--MSC adalah sel yang memiliki kemampuan untuk menempel pada bahan plastic tissue culture saat dikultur dalam keadaan standar in-vitro dan dapat membentuk koloni.
FOTO MSC
MSC menempel pada disk culture dengan morfologi spindel seperti sel fibroblas.
--MSC adalah sel yang memiliki potensi untuk diferensiasi (invitro) menjadi 3 turunan sel yaitu:
Sel adipogenik,Sel kondrogenik,Sel osteogenik.
prinsip diferensiasi dan pembaruan diri MSC dijelaskan dibawah :
FOTO DIFERENSIASI DAN PEMBARUAN DIRI MSC
Persyaratan tambahan adalah:
--MSC dapat mengekspresikan penunjuk molekuler
CD105(+),CD 90(+), CD73(+)
-- Tidak mengekspresikan penunjuk hematopoetik yaitu: CD45(-),CD(19-),CD79a(-), CD14(-) atau CD11b(-)
,HLA-DR(-),HLA Class II antigen.
FOTO VISUALISASI PENUNJUK
penunjuk Molekuler MSC
Sekalipun terminologi yang dibuat ISCT sudah banyak
dipakai dalam beberapa riset , tetapi hingga kini belum dapat ditentukan penunjuk MSC yang dapat mencakup seluruh MSC asal beberapa jaringan. ini dimungkinkan sebab setiap MSC yang berasal dari dari beberapa jaringan akan memiliki penunjuk sedikit
berbeda antara satu dan yang lainnya. Tidak adanya satu sifat tunggal MSC atau satu penunjuk yang dapat mendifinisikan MSC membuat pengetahuan penunjuk molekuler MSC perlu dieksplorasi lebih mendalam. ini terlihat pada contoh dibawah ini. detailnya molekuler MSC berwujud :
1. MSC mengekspresikan CD105(+) CD105(+) memperlihatkan tingkat aktivitas MSC dalam
membentuk CFU-F adalah tinggi,
2. MSC mengekspresikan CD146(+) CD146(+) memperlihatkan tingkat MSC dalam menciptakan
CFU-F, pembaruan diri in-vivo dan pembentukan tulang dan hematopoiesis tinggi. meski begitu saat MSC mengekspresikan penunjuk ini secara bersamaan dan atau salah satu, maka sifat menjadi berbeda.
ini terlihat pada contoh dibawah ini:
1. MSC mengekspresikan penunjuk CD146(+) CD45 (-)
CD146(+) CD45 (-) adalah subendothelial sebagai adventitial reticular cells.
2. MSC tidak mengekspresikan CD271(-) dan CD146(-)
detailnya keberadaan penunjuk ini terkait dengan
pembentukan tulang ossicles dan sel stromal terkait
hematopoiesis yaitu saat CD271(+)/ CD146(+) atau
CD271(+)/ CD146(-).
Tinjauan difinisi MSC kedepan
beberapa hasil riset terkait mengabarkan bahwa
didapat beberapa MSC asal sumber jaringan lain. meski begitu sesudah dilakukan verifikasi tidak ditemukan sifat MSC secara kuat pada populasi itu . Sisi lain perkembangan molekuler memungkinkan untuk memunculkan definisi terbaru terkait sifat MSC. beberapa fakta terbaru MSC dijelaskan dalam :
Batasan definisi MSC
-MSC didefinisikan sebagai mesenchymal stromal cells bukan mesencymal stem cell meskipun pengertian ini tidak ideal.
-MSC didiskripsikan sebagai sebuah sel dengan sifat
pembaruan diri dan diferensiasi.
-Perbedaan sifat dalam MSC dimungkinkan sebab
sumber MSC yang berbeda, termasuk profile penunjuk yang bervariasi antar spesies.
Potensi multi diferensiasi MSC
beberapa riset terbaru mengabarkan bahwa MSC selain
dapat berdiferensiasi menjadi turunan mesodermal, tetapi pada MSC asal jaringan tertentu juga dapat berdiferensiasi juga menjadi :
-MSC menjadi turunan ectodermal seperti: neuron, keratosit dan keratinosit.
-MSC menjadi turunan endodermal seperti: hepatosit dan sel β pankreas.
MSC sebagai molekul sekretom/ proteotom
Hasil riset terbaru mengabarkan bahwa MSC memiliki
kemampuan metabolik aktif dalam mensekresi beberapa elemen ekstraseluler dan sitokin, disamping dalam mentranskripsi beberapa elemen terkait dengan regenerasi. ini mengindikasikan bahwa
MSC dapat berfungsi sebagai :
-MSC sebagai sel sekretom (prinsip parakrin)
-MSC sebagai sel pretotom
-MSC sebagai sel transkriptom
SVF bukan sebagai MSC
Stromal vascular fraction (SVF) adalah sel yang berasal dari jaringan adiposa dengan sifat heterogenus dan dapat menempel pada disk kultur dan mengekspresikan CD90 (+). meski begitu SVF tidak mengekspresikan CD105 (-), sehingga SVF bukan adalah golongan MSC tetapi sebagai MSC-like.
- Evolusi MSC: prinsip soluble molecule
Kemunculan pemahaman terbaru terkait mekanisme MSC dalam meregenerasi jaringan atau prosedur diferensiasi yang dapat kembali semula (dediferensiasi) memunculkan evolusi baru terkait
pemahaman MSC. berdasar hal itu kami membagi
menjadi :
MSC sebagai prinsip sel fusi
Fusi sel adalah salah satu prinsip MSC dalam reparasi
dan regenerasi jaringan. nyatanya brbagai jaringan tertentu memiliki kemampuan untuk meregenerasi diri sesudah terjadi cidera seperti hati, otot, tulang dan tulang rawan. Regenerasi ini terjadi dengan melibatkan proliferasi dan diferensiasi sel punca, termasuk
MSC/ progenitor endogenous yang berada jaringan cideran atau berasal dari migrasi sumsum tulang sebagai tanggapan terhadap sinyal cidera/ stres.
MSC sebagai prinsip transdiferensiasi
prinsip transdiferensiasi sel progenitor hematopoietik menjadi sel kardiak sebagai fenomena cell fusion dan prinsip reprogramming MSC yang dapat terjadi dua arah turunan seperti dibahas sebelumnya.
MSC sebagai sel parakrin : small molecule GF
sifat “paracrine effect”, yaitu sel yang persepsikan
dapat mengeluarkan efek biologik dengan melepaskan beberapa faktor yang dapat merangsang jaringan, terutama : rangsangan sel punca,Imunosupresi,Supresi apoptosis,Redesainling matrik ekstraseluler,Angiogenesis,
Molekuler MSC dalam diferensiasi
FOTO MOLEKULER MSC DALAM BERDIFERENSIASI
prinsip evolusi MSC: small molecule GF
riset terbaru mengabarkan bahwa keberadaan small molecule yang diinduksi dari MSC pada keadaan
tertentu memunculkan pergeseran baru dalam penelitian MSC. riset MSC sebagai faktor sitokin membuka pemandangan baru dalam bidang
sel punca terutama dalam hal mekanisme molekuler yang dilepas MSC sebagai tanggapan terhadap jaringan cidera.
FOTO SMALL MOLECULE GF MSC
Dasar prinsip small molecule GF MSC
detailnya kelahiran prinsip small molecule GF MSC
berdasar atas :
1. komplit sitas metode isolasi MSC
Sebagaimana diketahui metode dan metode dalam mengisolasi MSC memerlukan kerja yang komplit disamping kerja aseptis dan waktu kultur selama beberapa minggu agar supaya mendapat turunan
MSC yang homogen dengan potensi stemness tinggi, terutama kemampuan multi-diferensiasi menjadi beberapa sel jaringan khusus .beberapa faktor harus dikendalikan untuk mencapai hasil optimal
ini juga pengalaman kami rasakan saat bekerja mengisolasi MSC, yang mana banyak faktor yang ikut menentukan hasil akhir isolasi.
2. Waktu paruh kehidupan MSC yang singkat
beberapa hasil riset mengabarkan bahwa waktu paruh
kehidupan MSC saat berintegrasi dalam jaringan cidera sesudah transplantasi adalah singkat, sehingga kemungkinan MSC melakukan fungsi imunosupresi dan regenerasi tidak optimal. beberapa faktor internal yang terjadi, jaringan cidera ikut mempengaruhi waktu paruh
kehidupan MSC.
3. prinsip molekul parakrin MSC dalam regenerasi
kabar riset terbaru mengindikasikan bahwa sebagian
besar MSC yang diberikan lewat intravenous akan terjebak dalam paru sebagai small emboli (tetapi tetapi aman tidak memunculkan oklusi vaskuler). meski begitu , MSC yang terjebak itu tetapi melepas beberapa molekul pro-regenerasi sebagai tanggapan
terhadap rangsangan molekul SDF-1 yang dilepas jaringan cidera, disamping molekul pro-inflamatori lain (TNFα, IFNγ dan IL-1). Hal ini memunculkan bahwa small molecule yang dilepas MSC secara
parakrin adalah faktor utama dalam regenerasi jaringan.
Induksi small molecule GF MSC
Begitu pentingnya peran small molecule GF MSC ini,
sehingga memunculkan beberapa usaha dalam menciptakan small molecule ini secara in-vitro. Hal yang sama kami lakukan dan sudah dipublikasi dalam beberapa jurnal. detailnya induksi small
molecule GF MSC dibedakan menjadi 2 :
1. Induksi MSC dengan rangsangan molekul pro-inflamasinyatanya MSC yang diaktivasi sebelumnya oleh TNFα akan melepas beberapa molekul anti-inflamasi, seperti kami sudah kemukakan sebelumnya.
2. Induksi MSC dengan metode hipoksia
MSC yang diinkubasi dalam keadaan hipoksia akan melepas beberapa molekul pro-regenerasi. ini memunculkan teori hypoxic-preactivated-MSC-induced-soluble molecule yaitu beberapa molekul
terlarut dalam medium dilepas MSC yang mengalami hipoksia.
FOTO PRINSIP MSC INDUCED/SOLUBLE MOLECULE
prinsip MSC terbaru
Terminologi MSC yang berdasar atas kemampuan dalam pembaruan diri dan diferensiasi dirasakan belum dapat membedakan antara MSC dengan sel yang membelah lainnya, sekalipun definisi ini lebih praktis dan banyak dipakai . syarat tambahan yang ketat untuk memperkuat definisi MSC diperlukan,
yaitu ekspresi penunjuk khusus pada permukaan membran MSC. Hal lain yang penting adalah sumbangan substansial MSC dalam meregenerasi jaringan yang melahirkan prinsip evolusi MSC sebagai
soluble molecule GF-MSC.
berdasar hal itu , maka kami mengusulkan definisi
MSC berdasar atas :
Terminologi klasik MSC,Terminologi molekuler MSC,Terminologi fungsional MSC,
FOTO TERMINOLOGI MSC
Terminologi klasik MSC
Terminologi klasik MSC adalah definisi minimal MSC
yang berdasar gambaran morfologi MSC terhadap :
1. Aktivitas pembaruan diri
MSC diterangkan sebagai sel yang dapat menciptakan
turunan sel yang sama persis dengan sama persis dengan induk baik melalui pembelahan simetris dan atau asimetris.
2. Potensi berdiferensiasi
Potensi diferensiasi mengindikasikan kemampuan MSC dalam menciptakan beberapa turunan sel yang khusus .Terminologi klasik MSC diterangkan dibawah
FOTO TERMINOLOGI KLASIK MSC
Terminologi klasik menggambarkan kemampuan sel punca dalam aktivitas pembaruan diri dan potensi diferensiasi. pembaruan diri melalui pembelahan simetris dan asimetris, sedang diferensiasi
menciptakan beberapa turunan sel yang lebih khusus .
Terminologi molekuler MSC
Terminologi molekuler MSC berdasar atas kemampuan MSC dalam hal :
1. MSC dapat mengekspresikan penunjuk molekuler
CD105 (+),CD 90 (+),CD 73 (+),
2. Tidak mengekspresikan penunjuk hematopoietik, yaitu : CD45 (-),CD19 (-),CD79a (-), CD14 (-), CD11b (-),HLA-DR (-),HLA Class II antigen,
Terminologi fungsional MSC
Terminologi fungsional MSC berdasar atas kemampuan nya dalam mensekresi beberapa soluble molecule secara parakrin. prinsip parakrin adalah komunikasi MSC dengan sel matriks sekitarnya
melalui molekul sinyal tertentu yang dilepas MSC. detailnya soluble molecule dan ligan yang lepas MSC berwujud :
-Molekul/ ligan kemoatraksi
Sel punca dapat memeriksa beberapa molekul kemoatraksi seperti HGF dan SDF-1 melalui reseptor CXCR-3, sehingga terjadi homing, molekul itu diantaranya : CXCR3-R, HGF,
-Molekul anti-inflamasi:
MSC sesudah terpapar molekul inflamasi poten seperti TNFα, IL-1 dan IFNγ, maka akan melepas beberapa molekul anti-inflamasi :
IL-10,TGFβ, IL-1ra, TSG6,PGE2,
-Molekul pro-regenerasi :
MSC melepas beberapa molekul pro-regenerasi sebagai tanggapan inflamasi terhadap inflamasi yang sudah terkendali, maka akan melepas beberapa molekul pro-regenerasi : FGF-2, Ang-1,VEGF, PDGF,IGF,
Terminologi fungsional sel punca diterangkan dibawah
FOTO TERMINOLOGI FUNGSIONAL MSC
Sel punca mengeskpresikan beberapa CD tertentu dan atau penunjuk diferensiasi lineage(-) dan mensekresi beberapa soluble molecule baik
VEGF, HGF dan PDGFmaupunTGF-β, IL-1ra, PGE3, TSG6 dan IL-10 secara parakrin
Sumber sel punca
Hasil riset mengabarkan bahwa beberapa jaringan stromal dewasa yang mengandung MSC, tetapi dalam jumlah sedikit adalah antaralain :
Cairan amnion, Membran sinomelalui l ,Jaringan dental pulp,Jaringan liver ,Jairngan paru,Matriks (wharton jelly) dan umbilical cord blood, Sumsum tulang,Jaringan adiposa ,Jaringan otot,Jaringan plasenta ,
Sumber MSC yang beraneka ragam memicu potensi
stemness MSC juga bervariasi, meskipun demikian MSC asal jaringan umbilicall cord memiliki potensi stemness jauh lebih kuat dibandingkan lainnya. ini dipicu sebab MSC umbilicall cord masih memiliki sifat pluripotent, sehingga kemampuan diferensiasi lebih luas dibandingkan MSC asal jaringan stromal lain.
MSC dalam regenerasi dan restorasi
kemampuan berdiferensiasi menjadi beberapa sel jaringan membuat MSC menarik secara medis . beberapa jurnal riset mengabarkan MSC terlibat kuat dalam restorasi dan regenerasi beberapa kerusakan dan atau degenerasi jaringan, diantaranya adalah:
-Muskuloskeletal:Fraktur ,Osteoporosis,Osteartosis, Sendi,
-kulit, kornea.
- Neurodegeratif: Huntington, Penyakit stroke,Parkinson, Alzheimer ,
-Lesi kardiovaskuler: Peripheral vaskuler iskemia,
Miokard infark
-Disfungsi dan disufficiensi hormonal:Diabetus melitus
-Imun sistem: Autoimune
Imunoregulasi MSC
kemampuan MSC dalam menghindarkan diri dari pemeriksaan sistem imunitas badan pada awalnya cukup membingungkan diantara para ilmuwan imunologis. Regulasi imunologis menerangkan bahwa
setiap sel allogenik yang memasuki badan akan dilakukan delesi oleh tanggapan imun host, oleh sebab itu harus diakukan prosedur mismatch secara ketat sebelumnya. meski begitu MSC melawan semua
aturan ini. MSC dapat lolos dari sergapan sistem imun host (pemeriksaan alloantigen). Imunoregulasi MSC diterangkan dibawah
FOTO IMUNOREGULASI MSC
Sistem imunitas pemeriksaan MSC (allorejeksi)
Keterbatasan utama dalam graft organ solid adalah akibat pengenalan dini sel T terhadap antigen (alloantigen) resipien yang masuk ke dalam badan . pemeriksaan dini ini dilakukan sel T melalui
keberadaan molekul antigen MHC/ HLA. nyatanya ini
dimediasi melalui 2 mekanisme molekuler, yaitu :
-Pengenalan langsung
Pengenalan langsung alloantigen secara langsung ini
melibatkan sel T, baik CD4+ atau CD8+ host dengan mengenali langsung keberadaan molekul MHC class I dan class II MSC.
-Pengenalan tidak langsung
Mekanisme pengenalan tidak langsung melibatkan prosedur sel APC seperti sel dendritik. Keberadaan sel dendritik sentral sebab dapat mengenali dini peptide dari jaringan allogenik untuk dipresentasikan pada sel T naive melalui molekul MHC.maka setiap benda asing yang masuk badan maka semua akan mengalami hal yang sama yaitu prosedur allorejeksi, kecuali pada fetal allograft. Jaringan fetal ini dapat menghindari
rejeksi dari sang ibu melalui prosedur yang komplit s.
MSC meloloskan diri
MSCs dapat menghindari sistem imun sebab MSC tidak mengekspresikan antigen HLA class II pada permukaan sel sehingga sulit/ tidak dikenali oleh sel APC. MSC relatif aman terhadap potensi rejeksi sel imun badan , saat dilakukan transplantasi. MSC allogenic berpotensi menjadi salah satu terapi seluler efektif dalam meregulasi kekacauan/ penyakit sistem imun pada desain tikus multiple sclerosis,
inflammatory bowel disease dan diabetes tipe I.
MSC supresi sel dendritik
MSC mensupresi sel dendritik dengan cara :
Menghambat maturasi (diferensiasi) monosit
MSC detailnya menginhibisi maturasi monosit menjadi
sel dendritik matur sehingga sel dendritik matur tidak terbentuk, berakibat pelepasan mediator inflamasi mereda. Dendritik matur adalah produsen utama mediator inflamasi poten (TNFα, IFNγ).
Mendorong sel dendritik matur menjadi imatur
MSC dapat mendorong sel dendritik matur menjadi imatur melalui pelepasan IL-10. Sel dendritik imatur rentan terhadap lisis yang dilakukan sel NK aktif.
MSC tipe-2 supresi sel limfosit
MSC dapat mensupresi sel limfosit T dan sel B melalui
pelepasan iNOS (tikus) atau iDO (kita ) sesudah terpapar sitokin TNFα dan IFNγ dalam jumlah besar. Inflamasi memicu sel T
235 /258
limfosit teraktivasi , menciptakan sitokin pro-inflamatori MSC, sehingga MSC terpolarisasi menjadi MSC tipe-2.detailnya MSC tipe-2 mensupresi sel limfosit melalui :
- MSC menurunkan proliferasi sel limfosit T
ini berperan besar dalam mengendalikan penyakit GVHD yang terjadi sesudah transplantasi sumsum tulang.
-MSC mensupresi sel limfosit T CD4+
MSC mensupresi sel limfosit CD4+ secara langsung melalui pelepasan beberapa molekul, yaitu :
iNOS, HO1,PGE2, IDO,TGF-β1,HGF,
-MSC mensupresi sel limfosit T CD8+
MSC menginhibisi sel sitotoksik limfosit T CD8+ secara
langsung melalui pelepasan molekul : sHLA-G5.
- MSC supresi fungsi sel B
MSC menghambat fungsi sel B yang menggantungkan diri pada soluble factor dan cell contact.
-MSC menghambat apoptosis sel T
- MSC mendorong pergeseran sel T menjadi TH2
Proliferasi sel T yang menurun sesudah inhibisi MSC tipe-2 memicu sekresi IFNγ menurun, sehingga memicu peningkatan produksi IL-4 oleh sel TH2 (anti-inflamasi). Pergeseran status pro-inflamasi (dimotori IFNγ) menjadi status anti-inflamasi melalui IL-4.
MSC supresi sel leukosit
MSC tidak mempengaruhi kemampuan sel neutrofil dalam hal fagositosis, ekspresi molekul adhesi dan kemotaksis. detailnya peran MSC terhadap leukosit sel neutrofil adalah :
-MSC menunda program apoptosis sel neutrofil.
MSC menghambat program apoptosis dengan cara melepas dependent IL-6.
-MSC ikut terlibat eliminasi mikroba bersama dengan leukosit. MSC terlibat dalam mengeliminasi mikroba bersama dengan leukosit dengan cara meningkatkan reseptor CXCR3-R MSC
-MSC memperkecil efek respiratory burst neutrofil.
Respiratory burst melepas ROS secara cepat. ROS berperan penting dalam mendegradasi partikel (mikroba) yang sudah difagosit sel makrofag. Sisi lain respiratory burst memicu prosedur inflamasi dan
apoptosis MSC memperlemah efek respiratory burst, sehingga inflamasi mereda, tetapi kemampuan fagositosis, ekspresi molekul adhesi dan kemotaksis sel leukosit tidak dipengaruhi.
MSC supresi sel NK
Sel natural killer (NK) adalah sel efektor utama imun innate dalam mengeminilasi beberapa virus, mikroba dan sel tumor melalui pelepasan granzim B yang dimediasi sel limfosit sitotoksik, dikenal sebagai NK-mediated obyek sasaran cell lysis. NK juga memproduksi sitokin pro-inflamasi. kemampuan NK dalam memusnahkan sel obyek sasaran
menggantungkan diri pada kadar molekul MHC kelas I yang dieskpresikan sel obyek sasaran . MSC tidak mengekspresikan MHC kelas I, sehingga MHC
tidak dikenali sebagai program lisis sel NK, baik MSC autologus maupun allogenik. Sel NK aktif akan mengikat ligan MSC pada reseptor permukaan sel NK sehingga dapat mengeliminasi keberadaan MSC.
detailnya peran MSC dalam supresi NK melalui :
MSC menghambat proliferasi sel NK
MSC menghambat proliferasi sel NK dengan melepas
molekul :
sHLA-G5 (soluble HLA-G5)2. MSC menghambat aktivitas sitotoksitas sel NK resting, Protaglandin E2 (PGE2), Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO)
MSC menghambat aktivitas sitotoksitas NK sel resting dengan menurunkan regulasi terhadap ekspresi protein NKp30 dan NK group2, keluarga D (NKG2D). Protein itu berperan sebagai aktivator reseptor obyek sasaran pemusnahan.
prinsip homing MSC
Homing MSC sirkuler menuju wilayah inflamasi/ cidera
adalah hasil interaksi dan integrasi reseptor MSC dengan beberapa molekul sitokin/ kemokin atau soluble molecule yang dilepas sel radang aktif, terutama sel neutrofil dan makrofag dan jaringan rusak.
penjelasan homing MSC
Homing MSC adalah migrasi MSC menuju wilayah inflamasi/ cidera akibat rangsangan molekul kemoatraksi yang dilepas oleh jaringan rusak atau oleh sel radang.Molekul kemoatraksi MSC
- IFNγ
IFNγ adalah mediator pro-inflamatori poten yang dilepas sel dendritik, yang dapat menarik migrasi sel radang termasuk MSC sirkuler menuju wilayah cidera, disamping sebagai pengaktivasi.
-TNFα
TNFα adalah mediator pro-inflamatori poten yang dilepas sel dendritik dan makrofag aktif yang dapat menarik radang, termasuk MSC sirkuler untuk migrasi menuju wilayah cidera/ inflamasi, disamping
sebagai pengaktivasi.
- SDF-1
SDF-1 adalah molekul kemokin yang dilepas jaringan
rusak dengan fungsi sebagai pemandu arah bagi sel MSC dalam menuju wilayah inflamasi/ cidera sehingga SDF-1 berperan sebagai colokalisasi bagi reseptor CXCR3-R MSC.13.3 Reseptor MSC
MSC memeriksa keberadaan molekul kemoatraksi dan
bergerak migrasi menuju wilayah inflamasi dengan cara :
1. MSC mengekspresikan reseptor TLR-3
TLR-3 adalah reseptor yang diekspresikan oleh beberapa sel radang, termasuk MSC. Reseptor TLR-3 berperan besar dalam memeriksa keberadaan molekul kemoatraksi dan mempromosikan MSC migrasi keluar sirkulasi, homing menuju wilayah cidera/ inflamasi.
Sisi lain pengikatan reseptor TLR-3/MSC dengan sitokin proinflamatori juga memicu polarisasi MSC dari tipe-1 menjadi tipe-2 yang bersifat imunosupresif, sehingga dapat mensekresi molekul aktif anti-inflamasi terutama IL-1ra, PGE3, TGFβ dan TSG6,
disamping molekul proliferasi VEGF, PDGF dan HGF.
2. Reseptor CXCR3-R
CXCR3-R adalah reseptor yang diekspresikan beberapa
sel radang, termasuk MSC secara kuat dengan fungsi memeriksa keberadaan molekul kemokin SDF-1 yang dilepaskan oleh jaringan rusak, MSC yang mengekspresikan reseptor CXCR3-R secara kuat
yang akan memeriksa dan mengikat SDF-1, sehingga adalah colokalisasi bagi MSC untuk bergerak menuju wilayah inflamasi.
Fusi MSC dalam reparasi dan regenerasi
Fusi sel adalah salah satu prinsip MSC dalam reparasi
dan regenerasi jaringan. nyatanya beberapa jaringan tertentu memiliki kemampuan untuk meregenerasi diri sesudah terjadi cidera seperti hati, otot, tulang dan tulang rawan. Regenerasi ini terjadi dengan melibatkan proliferasi dan diferensiasi sel punca, termasuk
MSC/ progenitor endogenous yang berada jaringan cidera atau berasal dari migrasi sumsum tulang sebagai tanggapan terhadap sinyal cidera/ stres.
meski begitu prinsip regenerasi ini tidak menjelaskan
bagaimana sel punca atau progenitor pindah ke lokasi optimal dalam badan yang terbentuk selama perkembangan. Kami percaya bahwa pertanyaan ini dapat dijawab jika sel punca menyatu dengan sel
parenkim yang sudah diposisikan dengan benar. Sel yang menyatu kemudian dapat membesar atau membelah, tetapi i dalam kedua peristiwa sel yang sehat memberi arah atau orientasi yang diperlukan
untuk mengembalikan fungsi jaringan. HSC adalah arsitek difinitif hematopoiesis, yang berfungsi
sebagai produsen sel darah secara terus menerus selama kehidupan suatu organisme. Setiap HSC diprogram untuk memproduksi beberapa elemen sel darah secara efisien, sehingga memungkinkan sel darah
merah mengakut oksigen, megakaryocytes dan turunan trombosit berinteraksi dengan vaskuler yang cidera dan sel sistem imun dalam memproteksi serangan mikroba. Kemunculan HSC pertama kali pada prosedur hematopoiesis tahap tahap embrio diidentifikasikan di wilayah aortogonado-mesonephros, yang lalu bergeser ke organ hati janin dan berlanjut ke sumsum tulang seiring dengan waktu. bPencarian penunjuk khusus sel punca menjadi intens sejak HSC pertama kali berhasil diidentifikasi. Hal berdasar atas asumsi
mendasar bahwa setiap sel memiliki penunjuk tertentu yang dapat diidentifikasikan termasuk sel darah, dinamakan cluster of differentiation (CD). Sebagian besar penunjuk sel hematopoietik adalah CD45 positif. penelitian HSC sudah dimulai sejak tahun 1960 yaitu dalam mendiagnosa diferensiasi HSC menjadi sel progenitor baik pada uji koloni in-vitro dan uji transplantasi HSC/ progenitor terhadap hewan
coba dengan myeloablastik. penelitian terbaru juga memungkinkan untuk mendiagnosa lebih lanjut keberadaan HSC dan turunanya secara in-situ, baik dalam mendiagnosa fisiologi hematopoiesis maupun
rekonstitusi sistem hematopoesik.
Hematopoietic stem cell
Sel darah matur memiliki rentang masa kehidupan singkat dan oleh sebab itu harus direstorasi secara terus menerus. ini dilakukan oleh rombongan kecil sel yang memiliki kemampuan memperbarui diri dan diferensiasi, dinamakan hematopoietic stem
cell (HSC). kemampuan diferensiasi HSC di bawah MSC dimungkinkan sebab HSC tidak dapat membentuk golongan sel non hematopietik seperti halnya MSC.
penjelasan hematopoietik stem cell
Hematopoietik stem cell (HSC) adalah sel punca dewasa yang berasal dari sistem hematopoetik (sumsum tulang) yang mengekspresikan penunjuk CD34+, CD133+, Thy1+ dan tidak mengekspresikan penunjuk CD38-, CD33-. HSC dapat berdiferensiasi secara aktif dengan membentuk seluruh elemen
darah (multipoten), disamping memperbarui diri. HSC juga memiliki kemampuan memasuki tahap dormansi yaitu tahap G0 siklus sel yang mana tidak terjadi aktivitas pembelahan. meski begitu sel yang dalam tahap G0 ini tetapi diperlukan terutama saat terjadi
cidera jaringan.
Sumber HSC
HSC sebagian besar berasal dari sumsum tulang, sehingga sulit ditemukan dalam pembuluh darah perifer pada keadaan normal. Oleh sebab nya untuk menginduksi HSC migrasi ke pembuluh darah
perifer, maka diperlukan rangsangan dengan pemberian sitokin tertentu. detailnya usaha rangsangan dan induksi HSC dilakukan dengan
pemberian granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) atau agen sitotoksik (penekan sumsum tulang myelo-suppressive). Agen sitotoksik dapat menganggu interaksi antara sel hematopoietik dengan sel stromal sumsum tulang, sehingga dapat memicu mobilisasi beberapa besar sel progenitor dan HSC kedalam sirkulasi.
Komplesitas penunjuk HSC
HSC memiliki beberapa macam penunjuk yang berfungsi sebagai molekul integrasi intrinsik dan sinyal dalam aktivitas jalur transduksi. meski begitu secara konvensional penunjuk HSC
adalah CD34+/ CD133+/ Thy1+/ CD38-/ CD33-, tetapi penunjuk konvesional ini dapat disederhanakan menjadi CD34+/CD38-. pemakaian penunjuk lebih banyak dipakai sebab lebih praktis.
Secara sistematis penunjuk HSC dibagi menjadi :
-penunjuk komplit s HSC
-penunjuk konvensional HSC
penunjuk konvensional HSC
Secara sistematik penunjuk konvensional HSC dibagi menjadi 3 macam, yaitu:
-- CD133+
CD133+ atau dinamakan prominin 1 adalah glikoprotein yang diekspresikan oleh sel HSC, progenitor dan endotel yang berperan untuk melokalisasi seluler.
--CD34+
CD34+ adalah protein transmembran sialomucin yang
diekspresikan HSC dengan fungsi sebagai molekul adhesi. Protein CD34+ juga diekspresikan oleh sel endotelial nodus limfatikus yang akan diikat ligan selectin sel T saat memasuki nodus limfatikus.
--Thy1+
Thy1+ atau dikenal juga sebagai CD90+ adalah glikoprotein yang diekspresikan oleh HSC, thymocytes (pre-cursor sel T), MSC, NK, neuron dan endotelium berperan sebagai molekul komunikasi/ interaksi antar sel dan sel ke matrik. penunjuk konvensional HSC diterangkan dibawah