INTERAKSI JARINGAN SERTAORGANOGENESIS

Lab. Embriologi, Dept AFF, FKH IPB

Indikator pencapaian: Pengertian organogenesis:

transformasi dan diferensiasi; bagaimana organ terbentuk

Pengertian morfogenesis: perubahan bentuk permukaan eksternal

Penurunan tiga lapis daun kecambah: ektoderm, mesoderm dan endoderm

Pembentukan sumbu dan kerangka dasar tubuh (basic body plan)

Inisiasi dan proses organogenesis. Proses organogenesis: pertumbuhan, pergerakan dan migrasi sel (perbedaannya), diferensiasi, dan apoptosis

Macam-macam pergerakan dan migrasi sel, misal: Invaginasi, evaginasi, delaminasi, dll.

Titik kritis perkembangan terkait dengan malformasi kongenital; waktu terkait dengan letal atau derajat malformasi

Pengertian Teratologi Malformasi kongenital:

pengertian, akibat (anomali fisik, kelainan metabolisme), penyebab dan contohnya

Wawasan bioteknologi: Terapi gen, terapi stem sel

Pengertian organogenesis, transformasi dan diferensiasi;

bagaimana organ terbentuk

Organogenesis : Perkembangan organ-organ (the making of organs).

Transformasi : Perubahan bentukTransforming growth factor-ß family, terdiri dari 30 protein yang menginduksidalam perkembangan embrio.Phenotypic transformation mungkin dipengaruhi oleh focal adhesion kinase (FAK).

Diferensiasi : proses yang terjadi secara terus menerus pada sel, jaringan untukmembentuk struktur yang spesifik.

Diferensiasi sel terjadi melalui interaksi sel yang diperantarai oleh molekulsignalling yang bervariasi.

Lanjutan…………..

Pembentukan organ

Organogenesis is the especially initial formation of organs starting

with less differentiated tissues found in the early embryo.

Waktu Organogenesis bervariasi diantara spesies, terjadi setelah gastrulasidan embrio telah memiliki pola dasar tubuh (3 lapis daun kecambah sertanotokorda sebagai aksis tubuh).

termasuk perubahanbentuk atau lokasidari sel atau jaringan.

Contoh : morphogenetic movement, selamagastrulasi terjadiekspansi dan involusidari epiblast di garisprimitif.

Terdapat substansimorphogens yang mempengaruhi prosesperkembangan. Molekul signalling Shhadalah morphogenspada pembentukantungkai.

Pengertian Morfogenesis, perubahan bentuk eksternal

Nature 449, 1049-1052(25 October 2007)

a–e, Cell rearrangements driving streak formation. Medio-lateral intercalation changes the shape of the streak-forming region, shown at stage XII (green in a), stage 2 (red in a and b) and stage 3 (grey in b). Intercalation displaces lateral epiblast cells towards the streak (green arrows in a; red arrows in b) and forwards in front of it (red arrows in a; black arrows in b). c–e, The regions shown in a and b at higher magnification, showing the intercalating cells. f–i, Evolution of the ingression site (blue), showing embryos of Xenopus (stage 10) viewed from the animal pole (f), zebrafish (50% epiboly) viewed from the animal pole (g), chick in dorsal view (h) and mouse (embryonic day 6.75) viewed from the proximal end (i).

Penurunan tiga lapis daun kecambah : ektoderm, mesoderm dan endoderm

Pada akhir gastrulasi, embrio yang berkembang terdiridari tiga lapis daunkecambah: ektoderm, mesoderm danendoderm

Penurunan 3 lapis daun kecambah

Ke-3 daun kecambah akanMenurunkan 4 jaringan utama : jaringan saraf jaringan otot jaringan penghubung jaringan epitelial

Induksi berjalan secara estafet, induksiprimer menentukan induksi-induksiberikutnya

INDUKSI

UNIPOTEN

Ektoderm, buluh syaraf, sel syaraf, mata, telinga dan epidermis

Notokorda Indera mata, telinga dan epidermis

epidermisBuluh syaraf

Penurunan 3 lapis daun kecambah

Endoderm utamanya jaringanepitelial.

secara spesifik menurunkan:

saluran digesti

paru-paru

liver

vesika urinaria

germ cells

Mesoderm secara spesifik menurunkan,

skeleton

otot-otot skeletal

tulang kepala dan rahang

Sistem urogenitalis

Sistem sirkulatori

Rongga dan sekat dada

mesoderm somit-somitsegmentasi tubuh

Penurunan 3 lapis daun kecambah

Ektoderm utamanya jaringan sarafbeberapa jaringan epitelial

Secara spesifik membentuk:

otak

sumsum punggung

sistem saraf tepi

kulit

rambut

mata

Pembentukan sumbu dan kerangka dasartubuh (basic body plan)

Sumbu tubuh: Kepala - ekor; kiri - kanan; depan - belakang

(Body pattern formation)

Notochorda merupakanaxis/sumbu tubuh, dimana embrio dapatberkembang ke sisikanan dan kirinotochorda denganseimbang.

Pada hewan, pergerakan sel / sekelompok selsangat penting utk mentransformasi embriokedalam bentuk 3 dimensi Basic body plan

Lanjutan……..

Basic body plan

Inisiasi dan proses organogenesis.

Gastrulasi inisiasi morfogenesis & organogenesis.

Mekanisme Pembentukan Organ

1. Induksi Bertahap dan interaksi sel

2. Pertumbuhan (proliferasi sel) atau

degenerasi sel (apoptosis)

3. Migrasi atau perpindahan

kelompok sel

4. Diferensiasi

Pd Gastrulasi terjadiperubahanbentuk & pergerakan sel-sel

3 lapis daun kecambah (primary germinal layers) (ektoderm, endoderm, mesoderm, archenteron/ gastrosul)

menurunkan jaringan & organ-organ

Induksi bertahap dan interaksi sel

Induksi sel terjadi melalui :1. Difusi substansi: bekerja intraseluler

Hormon, growth factor, morfogen

2. Interaksi permukaan sel

Signal berupa : protein, peptida, asam amino, Nukleotida, steroid, asam lemak, gas, ion dst.

Molekul dikeluarkan secaraeksositosis atau difusi.

Sel penerima mempunyai reseptoryang spesifik.

Interaksi sel

Tipe :1. Endokrin

2. Paracrin

3. Neuronal/ synaptic

4. Contact dependent

5. Autocrin

Struktur membran sel, mengandung :1. mol adesi sel2. mol adesi substrat3. mol junctional sel4. mol reseptor

The Wnt-PCP pathway controls primitive streak morphogenesisa–j, Inhibiting the Wnt-PCP pathway blocks cell intercalation, but not mesendoderm formation. a, Experimental setup. Electroporation of stabilized -catenin has no effect (b), whereas inhibition of the Wnt-PCP pathway by Dsh- DEP prevents formation of a radial streak; gastrulation now occurs in a peripheral crescent (c). Morpholino (MO)-mediated knock-down of chick FMI1, VANGL2 and PRICKLE1 has the same effect, revealed by SLUG (d, e) and BRA (f). Transverse sections from Dsh- DEP embryos show normal ingression of mesendoderm (g, h). Longitudinal sections from MO-embryos (i, j) show normal ingression of electroporated cells. k–o, Hypoblast rotation induces ectopic expression of Wnt-PCP genes. k, Experimental design. FMI1 (m, purple) is induced, but not BRA (l; same embryo as in m). PRICKLE1 (o) is induced, but not BRA (n; same embryo as o). p–s, Fgf8 induces both FMI1 and PRICKLE1. p, Experimental design. q, r, Within 6 h, Fgf8-soaked beads induce PRICKLE1 (purple) (q, r) and FMI1 (s). Scale bars, 100 m (g, h, j, s); 200 m (i, r).

Nature 449, 1049-1052(25 October 2007)

Pertumbuhan (proliferasi sel) atau degenerasi sel (apoptosis)

Pertumbuhan : bertambahnyajumlah dan ukuran sel, Terjadi penambahanjumlah sel (bahan inti dansitoplasma)

Degenarasi sel (apoptosis), Apoptosis penting padasaat development, oogenesis, perkembanganotak, pembentukan jarikaki dan tangan.

Apoptosis dicirikan oleh perubahan morfologi, seperti :

1. Cell shrinkage: sel menjadi kecil dan hilang kontakantara sel lain.

2. Chromatin condensation: Kromatin kondensasi danakhirmya Inti terpecah.

3. Membran sel akan membentuk vesikel (terjadipenggembungan yang menonjol di permukaan sel)

4. Fragmentasi sel ("apoptotic bodies" terbentuk) danphagocytosis oleh macrophages.

Pergerakan dan migrasi sel,

Pergerakan (movement) atau perpindahan(migration) sel ialahpergerakan atauperpindahan sebuah selatau sekelompok seluntuk membentuk polaatau bentuk yang baruyang berbeda denganpola atau bentuk asal.

Migrasi/perpindahan kelompok sel

Migrasi sel: menuju tempat yg spesifik

PETA TAKDIR right place right timePOSISI SEL

PETA TAKDIR Masing sel memilikitakdir sendiri di tempat akhir

Migrasi…………..

TOTIPOTENSI

Migrasi / gerakanCELL POSITION

Di lokasi akhir akan terjadiinduksi dan diferensiasi

Jaringan dan organ-organ tertentu

UNIPOTENSI

Macam-macam pergerakan dan migrasi sel,misal: Invaginasi, evaginasi, delaminasi, dll.

Perubahan bentuk melalui cara : 1. Invaginasi, pelipatan epitelium

ke arah dalam. Contoh: pembentukan celah hidung(nasal pit) merupakan invaginasidari ektoderm permukaan

2. Evaginasi, Pelipatan epiteliumke arah luar. Contoh: pembentukan gelembung mata(mangkok mata) merupakanevaginasi dari diencephalon.

3. Delaminasi, Pemisahan sel-sel epitelium darimembran basal membentuk sel-selmesenkhim. Contoh: pembentukan hipoblasdan berikutnya mesoderm dari sel-sel epiblas (garisprimitif).

4. Ingressi, sel memisahkandiri dan migrasi dariepitelium.

5. Intercalation: two cell layers interlace with each other

6. Epiboly: a form of cell spreading in which cells flatten out; this allows them to cover a much larger surface area (1st detailed in frog development).

7. Involution: cells move over a lip of tissue and into the interior

Cell movements and behaviours during primitive streak formation

a, b, Global cell movements in the epiblast, before (a) and during (b) primitive streak formation (modified from refs. 2, 3). c, Culture system for multi-photon time-lapse imaging. d, e, Imaged embryo before (d) and after (e) filming (the imaged region is boxed). f–i, Subset of the tracked nuclei. j–m, Changes in the relative positions of cells over time. In the streak-forming region, cells intercalate extensively (yellow polygons), whereas cells in adjacent regions are displaced passively (purple triangles). n–q, Morphology and behaviour of cells in the intercalation domain. r, Changes in the area of the intercalation domain over time. s, Distribution of the orientation of cell protrusions in the intercalation region (yellow) and lateral to it (purple). t, Magnitude of protrusions in the same regions.

Nature 449, 1049-1052 (25 October 2007)

Diferensiasi

Setelah menempati posisibaru, sel akanberdiferensiasi menjadisel, jaringan atau organ utk menjalankan fungsitertentu berdasarkanlokasi didalam tubuh.

Diferensiasi terjadi karenainteraksi sel dan signalling. Proses ini terjadi terusmenerus dan berkelanjutan. Diferensiasi terjadi karenapengaruh gen danmodifikasi lingkungan. Ekspresi gen menunjukkanfungsi dan morfologimasing2 sel.

Inisiasi Diferensiasi, diatur oleh1. Molekul (mRNA) dr maternal dalam sitoplasma sel embrio akan memicu

proses transkripsi dr genom embrio

2. Signal yg dikode oleh genom dari sel embrio lainnya akan menginduksitarget sel

Sitoplasma sel telur mengandung mRNA, protein & bahan-bahan lainnyayg berasal dr maternal berpengaruh thdp awal perkembanganembrio

Diferensiasi terjadi pd tingkat molekuler krn adanya ekspresi gen utk menghasilkan protein tertentu; misalnya: sel otot aktin & miosin

Contoh model diferensiasi

IDW

Posisi sel mempengaruhi peta takdir & derivatnya

Induksi: mempengaruhi terjadinya diferensiasi

e.g., posisi notokorda induksi ektodermdisebelahnya membentuk lempeng

saraf

FENOTIPE, FENOKOPI, PLEIOTROPISM

GEN: Fragmen DNA yg mengkode suatu polipeptida

LOKUS : Lokasi gen pada kromosomKepentingan Lokus: Terapi gen & Rekayasa genPerbedaan antara linked & Unlinked Gene: Linked gen: terletak pada kromosom yg sama; Unllinked gen: terletak pada kromosom yang

berbeda.

Hubungan antara GEN, ALLEL, & TRAITS (karakter)

GEN mempresentasikan traits

ALLELES = GENOTYPE PHENOTYPET,t Tinggi tanaman T=tinggi / t=pendek

Interaksi ALEL akan menentukan karakterPada @ GEN, Individu diploid memiliki maks 2 Alel

Jk kedua alel sama organisme disebut HOMOZYGOUS

Jk kedua alel beda HEROZYGOUS.

FENOKOPI keadaan fenotipe ygdipengaruhi oleh faktor eksternal

PLEIOTROPISM gen tunggal yg memilikimulti efek

MALFORMASI KONGENITAL DAN FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB MALFORMASI KONGENITAL

• PENGERTIAN MALFORMASI KONGENITAL

• PERIODE KRITIS DARI PERKEMBANGAN

•TERATOLOGI

• FAKTOR PENYEBAB MALFORMASI

Malformasi KongenitalKatogori luas "Congenital disorders"

abnormalitas struktur bagian tubuh yang terlihat pada saat lahir, karenaadanya error selama perkembangan.

Ada 3 tipe utama congenital disorders:1. Congenital physical anomalies 2. Inborn erros of metabolism3. Other genetic disorders

Congenital disordersDapat diakibatkan oleh: Abnormalitas genetikKondisi lingkungan intrauterineErrors pd morphogenesis, atauUnknown factors.

Congenital physical anomalyMalformasi kongenitaljk anomali fisik bersifat hebat

cacat struktur masalah

malformation syndrome. Kombinasi malformasi

mempengarhi > 1 bagian tubuh

Birth defect (Cacat lahir) istilah umum utk congenital

malformation, i.e. anomalifisik yg dikenali sehak lahir & secara nyata merupakanmasalah

abnormalitas struktur dari suatubagian tubuh.

Anomali menjadi atau tidakmenjadi masalah

Umumnya orang memiliki 1 ataulebih anomali fisik

Contoh : Anomali minor kurvaturapd jari kelima (clinodactyly)

Pemendekan tulangmetacarpal / metatarsal ke-4

Congenital metabolic disease. Umumnya disebabkanmutasi pada gen (single) yang berakibat protein yang di kode salah, sehingga enzim untukmetabolisme tidakterbentuk. Umumnyaditurunkan.

Contoh: Alkaptonuria, pada kasus ini enzimHGD (homogentisate1,2-dioxygenase) tidak terbentuk. Enzimini untuk degradasityrosine.

Tyrosine : batu ginjal, batu prostat dsb.

Inborn Error of Metabolism

Other genetic disorders (http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/medicine/assist.shtml)

Genetic diseases, dibagi dalam : 1. single-gene, mutasi dari

single gene.Ex : cystic fibrosis, sickle cell

anemia, Marfan syndrome, Huntington’s disease

2. multifactorial, kombinasidari faktor lingkungan danmutasi multiple gene.

Ex : Alzheimer’s disease, arthritis, diabetes, cancer, and obesity.

3. Chromosomal, hilangnyaatau duplikasi sebagianbesar kromosom (ratusangen) atau kromosom intak(utuh).

Ex : Down syndrome.

4. Mitokondria, jarangterjadi. Disebabkan olehmutasi DNA mitokondria.

Ex : Myopathy, cerebellarataxia.

Pengertian TeratologiTeratology (from the Greek τέρᾰς (genitive τέρᾰτος),

monster, atau marvel and λόγος,

Abad ke17 sesuatu yg tampak aneh/ abnormal

Abad ke19 berkaitan dgn biological deformities

Medical study teratogenesis, congenital malformations atau individu dgn kelainan bentuk makroskopis.Teratogens: agen yang dapat menyebabkan kerusakan permanen dari struktur embrio.

Dysmorphology the study of abnormal form .

Titik kritis perkembangan

Malformasi kongenital, disebabkan oleh:

3. Spina Bifida

a. spina bifida occulta

b. spina bifida cystica

B. Migration Defects

1. Lissencephaly (agyria)

2. Pachygyria

3. Polymicrogyria

4. Cortical heterotropia

5. Schizencephaly

1. Endogenous2. Exogenous3. Multifactorial Inheritance

Defek CNS Berdasarkan WaktuTerjadinyaA. Neurulation Defects

1. Primarya. anencephalyb. meningoencephalocelec. Mylomeningocele

2. Secondarya. diastematomyeliab. tethered cord

Teratogen : 1. Agen infeksius (virus)2. Obat.3. tanaman

PARASITICTWIN

Terapi Gen, dalah suatuteknik terapi yang digunakanuntuk memperbaiki gen-gen mutan (abnormal/cacat) yang bertanggung jawab terhadapterjadinya suatu penyakit.

Misal : gene cystic fibrosis (CTFR),

Wawasan bioteknologi: Terapi gen, terapistem sel

Terapi stem cell (sel pluripoten/unipoten yang bisa

ditransplantasikan ke pasien)

Stem cell :1. Bisa berdiferensiasi menjadi sel lain.2. Bisa memperbaharui dan

meregenerasi (self-renew/selg-regenerate)

Sumber stem cell : Embryonic stem cell, fetus, talidarah pusat, adult stem cell (sumsum tulang, jaringan syaraf, jaringan adiposit, pankreas).