Diferensiasi sel adalah proses dimana sel menjadi tipe sel lain yang lebih khusus. Perubahan ini, yang akan sering melibatkan variasi morfologis, dari komposisi membran atau lokasinya, disebabkan oleh pemrograman ulang ekspresi gennya. Sel germinal, juga disebut sel punca, adalah sel yang paling tidak berbeda yang ada dan mereka akan bertanggung jawab untuk memberikan semua garis keturunan sel makhluk hidup melalui pembelahan dan diferensiasi mereka, dari embrio hingga dewasa.
Baik tumbuhan dan hewan memiliki jenis sel ini, sel benih. Zigot sel pertama individu adalah totipoten, ia mampu memunculkan semua tipe sel individu. Zigot dibentuk oleh penyatuan sperma dan sel telur pada hewan. Sementara pada tanaman, zygote totipoten adalah penyatuan gametofit dalam sebutir serbuk sari dan atmosfer wanita yang menunggu di dalam ovum bunga.
Namun, individu dewasa masih memiliki sel punca, yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan dan perbaikan kerusakan, seperti luka atau kematian sel karena penuaan. Pada hewan, sel-sel induk tersebar di seluruh jaringan, sedangkan sebaliknya pada tumbuhan, sel-sel germinal ditemukan secara eksklusif di meristem, ujung akar dan batang, dari mana tanaman tumbuh.
Proses diferensiasi sel jelas merupakan proses yang sangat penting untuk perkembangan individu. Demikian pula, secara evolusi, diferensiasi sel tetap merupakan proses yang stabil, dengan sedikit perubahan dalam rencana utamanya. Itulah sebabnya studi tentang diferensiasi sel adalah subjek yang memiliki nilai ilmiah yang besar, karena dapat mengarahkan kita pada topik yang beragam seperti regenerasi organ atau kloning.
Dalam aspek ini studi tentang proses pada tumbuhan menghadirkan fasilitas yang lebih besar daripada pada hewan. Tumbuhan memungkinkan plastisitas yang lebih besar dan reorganisasi rencana pertumbuhan mereka daripada hewan. Selain itu, sel punca tumbuhan ditemukan secara eksklusif di area yang sangat spesifik, sedangkan pada hewan sel punca tersebar di semua jaringan (dan tidak memiliki bentuk khusus yang membedakannya dari sel lain). Untuk alasan ini dan alasan etis, studi sel induk pada tanaman lebih mudah untuk memodelkan fungsi molekul proses.
Sinyal-sinyal yang memicu diferensiasi pada semua makhluk hidup cukup terkenal. Biasanya satu set sinyal hormonal bertanggung jawab untuk menandai awal diferensiasi. Sel induk tetap dalam keadaan tidak terdiferensiasi sampai mereka menerima sinyal eksternal yang mengarahkan mereka untuk mengubah pola ekspresi genetik mereka untuk memunculkan sel dengan fungsi spesifik. Namun, proses molekuler yang mengarahkan sel induk untuk mulai memprogram ulang ekspresi gennya tidak ditandai dengan baik, tidak diketahui yang bertanggung jawab untuk memberi sinyal, di dalam sel, perubahan keadaan sel induk.
Pengertian
Diferensiasi sel adalah proses dimana sel-sel dari garis keturunan sel tertentu (garis sel ditentukan pada saat pembentukan embrio) mengalami perubahan dalam ekspresi gen mereka, untuk memperoleh morfologi dan fungsi dari tipe sel tertentu dan berbeda dengan tipe sel lain di dalam tubuh
Setiap sel yang memiliki kekuatan (kapasitas diferensiasi) adalah apa yang disebut sel induk. Ini dapat diklasifikasikan menurut kemampuannya untuk berdiferensiasi menjadi totipoten, pluripoten, multipoten, dan unipoten.
Pada mamalia, hanya sel zigot dan embrionik muda yang totipoten, sedangkan pada tumbuhan dan jamur, banyak sel totipoten, dan mereka memiliki komposisi biokimia jaringan hewan dan tumbuhan yang berbeda.
Kemajuan ilmiah terbaru adalah mengelola untuk menginduksi sel-sel hewan yang berdiferensiasi menjadi totipoten.
Pendahuluan
Pada sebagian besar organisme multiseluler, semua sel tidak identik. Sebagai contoh, sel-sel yang membentuk kulit pada manusia berbeda dari sel-sel yang membentuk organ internal. Namun, semua jenis sel yang berbeda berasal dari sel awal tunggal atau zigot, dari pembuahan sel telur oleh sel sperma, berkat diferensiasi sel.
Diferensiasi adalah suatu mekanisme di mana sel yang tidak terspesialisasi menjalani modifikasi sitologi, menghasilkan banyak tipe sel yang membentuk tubuh seperti miosit (sel otot), hepatosit (sel hati) enterosit (sel usus) atau bahkan neuron (sel sistem saraf).
Selama diferensiasi, gen-gen tertentu diekspresikan sementara yang lain ditekan. Proses ini secara intrinsik diatur berkat mekanisme berbeda untuk mengatur ekspresi genetik sel. Dengan demikian, sel yang dibedakan akan mengekspresikan gen-gen tertentu dan memperoleh fungsi-fungsi tertentu.
Diferensiasi metabolik, sensitivitas terhadap sinyal dan ekspresi gen tertentu. Semua aspek ini dapat dimodifikasi selama diferensiasi. Dalam sitopatologi, tingkat diferensiasi sel digunakan sebagai ukuran perkembangan kanker.
Mekanisme diferensiasi sel
Sampai tahun 1950-an, dua hipotesis yang mungkin muncul yang dapat menjelaskan diferensiasi sel dalam organisme multiseluler. Salah satunya, adalah dari embrio, berbagai jenis sel kehilangan gen, daerah genomnya, sehingga pada individu dewasa berbagai jenis sel menghadirkan genom berbeda. Yang lain, berpendapat bahwa menjaga semua tipe sel genom yang sama, ada ekspresi diferensial dari gen yang berbeda sesuai dengan tipe sel.
Pada akhir 1950-an, Frederick Stewart membudidayakan sel-sel wortel individu dalam medium dengan nutrisi dan berbagai hormon pertumbuhan. Hasilnya adalah beberapa dari mereka menghasilkan wortel dewasa yang lengkap. Dengan cara ini hipotesis tentang hilangnya materi genetik sesuai dengan jenis sel dikesampingkan.
Proses Diferensiasi Sel
Salah satu kunci untuk proses diferensiasi sel adalah faktor transkripsi. Hormon dan bahan kimia ini mengarahkan aktivitas di sekitar DNA, menentukan apa yang ditranskripsi dan apa yang diabaikan. Faktor-faktor yang ada dalam sel sejak lahir sampai mati ditentukan oleh tubuh, dan sel-sel lain di sekitarnya.
Misalnya, pankreas atau tiroid dapat melepaskan hormon yang menyerukan pertumbuhan sel. Faktor transkripsi ini secara langsung berdampak pada protein yang mentranskripsi DNA, mengubahnya pada akhirnya menjadi protein fungsional dan lebih banyak sel. Namun, ketika sel mulai berdempetan, mereka juga akan memberi sinyal satu sama lain bahwa tidak ada lagi ruang. Dengan demikian, proses diferensiasi sel memiliki banyak input dan hasil yang mungkin.
Proses kompleks ini masih dipelajari. Ilmuwan telah membuat banyak kemajuan dalam memahami diferensiasi sel, dimulai dengan pemahaman lengkap nematoda C. elegans. Makhluk kecil seperti cacing ini memiliki total 959 sel sebagai betina dewasa. Dengan jumlah yang begitu kecil, mereka relatif mudah dilacak dari zygote hingga dewasa. Menelusuri garis keturunan sel mereka, para ilmuwan telah mulai menentukan beberapa kekuatan kompleks dan epigenetik yang bekerja pada diferensiasi sel. Dengan kata lain, itu penting bukan hanya apa yang dimiliki DNA sel, tetapi di mana dan bagaimana DNA itu diekspresikan.
Contoh Diferensiasi Sel
Pada Hewan
Setelah proses pembuahan pada hewan, organisme bersel tunggal yang disebut zigot terbentuk. Zigot adalah totipoten, dan pada akhirnya akan menjadi seluruh organisme. Bahkan hewan terbesar di Bumi, paus biru, dimulai sebagai sel tunggal. Jaringan dan sistem organ yang kompleks, yang sepenuhnya berbeda dalam bentuk dan fungsinya, semuanya berasal dari zigot. Proses diferensiasi sel dimulai sejak dini dalam organisme. Pada saat gastrula terbentuk, sel-sel sudah mulai mengekspresikan berbagai bagian dari DNA.
Perubahan ini mendorong proses pelipatan pertama dalam embrio. Ketika jaringan terus terbentuk, beberapa sel mulai melepaskan hormon, atau pemicu kimia yang memberi sinyal berbagai sel untuk bereaksi. Sinyal hormon mengarahkan ekspresi DNA di berbagai bagian tubuh, yang mendorong diferensiasi sel mereka lebih lanjut. Pada manusia hanya diperlukan waktu sebulan lebih sedikit untuk terbentuknya jantung dan sistem peredaran darah yang belum sempurna.
Ketika sistem terus terbentuk, banyak sel-sel induk kehilangan totipotensi mereka, mereka sendiri mengalami diferensiasi sel. Ini memungkinkan produksi sel khusus yang lebih cepat, yang dibutuhkan oleh organisme yang tumbuh untuk mempertahankan pertumbuhannya dan memasuki dunia dengan sukses. Melalui diferensiasi sel, jaringan yang berbeda seperti jaringan otak dan otot terbentuk dari sel tunggal yang sama.
Pada tumbuhan
Sementara siklus hidup tanaman kadang-kadang tampak asing dan kompleks, proses diferensiasi sel sangat mirip. Meskipun ada berbagai hormon yang terlibat, semua tanaman juga berkembang dari satu sel. Benih hanyalah rumah pelindung bagi zygote, yang juga menyediakan persediaan makanan. Ini sangat mirip dengan telur di dunia hewan. Zigot di dalamnya mengalami pembelahan sel, dan menjadi embrio kecil. Pengembangan dihentikan, karena benih didistribusikan ke dunia.
Setelah musim dingin, atau kapan pun lingkungannya prima, benih akan menyerap uap air dan memulai kembali proses pengembangan. Embrio akan mulai membentuk dua meristem. Meristem adalah bagian unik dari sel punca, yang mengalami diferensiasi sel saat mereka tumbuh keluar. Satu akan tumbuh ke permukaan, sedangkan yang lain akan menjadi akar.
Pada akar, lapisan sel terbentuk di sekitar meristem, membentuk tutup akar. Lapisan sel ini mengelupas saat akar bergerak melalui tanah, dan secara konsisten digantikan oleh meristem. Di bagian dalam meristem, diferensiasi sel terjadi dalam arah yang berbeda. Hormon dan lingkungan di sini mengarahkan sel untuk menjadi jaringan pembuluh darah dan sel pendukung. Ini pada akhirnya akan membawa air dan nutrisi ke bagian atas tanaman.
Di permukaan, meristem bekerja dengan cara yang sama. Saat ia membelah ke atas, ia menciptakan sel-sel ke dalam dan ke luar. Sel-sel dalam mengalami diferensiasi mirip dengan akar, menciptakan lebih banyak jaringan pembuluh darah. Di luar, sel menjalani diferensiasi sel menjadi batang dan daun. Ini setara dengan organ hewan yang berbeda, dan berbeda dari sel awal seperti sel hewan. Jika Anda tidak yakin, ambil biji ek dan bandingkan dengan pohon besar itu. Tidak hanya jauh lebih kecil, tetapi juga mengandung tipe sel yang sama sekali berbeda. Ini dapat diperhitungkan melalui proses diferensiasi sel.
Kontrol diferensiasi sel
Seperti proses seluler lainnya, diferensiasi sel disebabkan oleh reaksi biokimiawi yang terjadi di dalam sel, dan didorong oleh kaskade pensinyalan kompleks.
Penting untuk menyoroti pentingnya zat yang disebut morfogen. Morfogen adalah zat, biasanya protein yang muncul dalam gradien konsentrasi dalam sel atau di lingkungan sekitarnya, sehingga mengontrol nasib selama diferensiasi. Morfogen ini akan menjadi kunci dalam pensinyalan yang mengarah pada ekspresi satu atau gen lainnya.
Diferensiasi sel, seperti banyak proses seluler lainnya, dikendalikan oleh mekanisme regulasi gen seperti kontrol genom, kontrol transkripsi, kontrol posttranskripsi, kontrol translasi dan kontrol posttranslasional.
Pentingnya jejak genomik
Jejak genom adalah ekspresi diferensial dari alel ayah atau ibu dari gen yang sama hanya karena asalnya. Fenomena ini memainkan peran penting dalam proses diferensiasi sel.
Sebuah contoh yang jelas tentang peran penting yang dimainkan fenomena ini dalam diferensiasi sel dapat dilihat dalam karya J.A. Uranga (1994).
Partenogenesis adalah fenomena di mana beberapa hewan dapat bereproduksi tanpa kontribusi gamet jantan. Namun, tidak seperti pada hewan tingkat rendah, pada mamalia jejak genomik memainkan peran yang sangat penting dan yang mengakibatkan inaktivasi beberapa gen.
Selama implantasi itu adalah di mana ada kematian besar embrio mamalia yang diaktifkan secara partenogen. JA. Uranga menggunakan metode aktivasi partenogenik yang memungkinkan proporsi embrio partenogenik yang melebihi implantasi dan mencapai tahap ledakan mirip dengan embrio yang biasanya dibuahi, dan menganalisis manifestasi paling awal dari jejak dan signifikansinya pada tingkat sitologi dan molekuler
Diamati bahwa, meskipun persyaratan metaboliknya serupa, dalam proliferasi sel partenogenesis dihambat, sehingga jumlah sel lebih kecil daripada embrio yang dibuahi.
Ditemukan juga bahwa ada deregulasi dalam ekspresi sitokeratin ketika diekspresikan dalam sel-sel yang tidak berdiferensiasi di dalam ledakan, yang tidak terjadi pada embrio yang dibuahi. Kesalahan dalam ekspresi protein ini terkait dengan beberapa faktor asal ayah yang menghambat diferensiasi sel-sel ini.
Sumber gini.com
EmoticonEmoticon