EMBRIOGENESIS DAN INDUKSI EMBRIO (BAGIAN II)

LABORATORIUM EMBRIOLOGIFAKULTAS KEDOKTERAN HEWAN

INSTITUT PERTANIAN BOGORhttp

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Indikator pencapaian: Definisi dan tahapan embriogenesis (pembelahan, blastulasi, gastrulasi dan

neurulasi) Parameter pertumbuhan dan perkembangan embrio Pertumbuhan dan perkembangan embrio (waktu, tempat, proses) Pembelahan, Blastulasi, Gastrulasi dan Neurulasi Kaitan Tipe Pembelahan dengan Tipe Sel Telur Prinsip perkembangan: Segregasi sitoplasma dan induksi embrionik terkait

dengan potensi prospektif sel Konsep organiser yang menjelaskan tentang proses induksi terkait dengan

peta takdir Peranan hereditas inti dan sitoplasma (maternal) dalam perkembanganAktivasi gen dalam proses diferensiasi (metilasi dan asetilasi) terkait dengan

waktu dan proses embriogensis Kembar identik (monozigotik): komplit dan inkomplit Khimerism termasuk freemartinWawasan bioteknologi: splitting, kloning, stem cell

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Prinsip perkembangan: Segregasi sitoplasma dan induksi embrionik terkait dengan potensi prospektif sel

Diferensiasi terjadi melalui :1. Segregasi sitoplasmic (cytoplasmic determination)

Proses diferensiasi secara independen. Sel bersifatunipoten (determined). Kerusakan satu sel bisa cacat.disebut juga Mozaic Development (moluska, tunika, anelida)

2. Induksi embrionik (Progressive Determination)Diferensiasi secara dependen melalui interaksi seluler. Sel pada awalnya totipoten, pluripoten dan berangsurmenjadi unipoten.disebut juga Regulatory Development (Vertebrata: amfibia, mamalia)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

1. Segregasi sitoplasma (cytoplasmic determination)= Mozaic Development

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

2. Regulative Development /Embryonic Induction(progressive determination)

Contoh paling menonjol pada embrio MAMALIA

Embrio dini memiliki sifat totipotensi

Diferensiasi & determinasi, melaluiproses interaksi langsung & induksi

Proses Induksi EmbrioSecara Bertahap

Potensi Induksi, Diferensiasi Determinasi

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Diferensiasi: perubahan bentuk & fungsi sel atau sekelompok sel kedalam bentuk/ fungsi yg baru

Determinasi

takdir sel menjadi tetap melalui proses diferensiasi (perubahan biokimia dan fungsi seluler)

Potensi Sel:kemampuan sel untuk berdiferensiasi

Totipotensi >>>> Pluripotensi >>> Unipotensi

Proses pematangan dimana sel yg telah mengalamideterminasi (determined) dapat dikenali sbg sel

spesifik

TOTIPOTENSI:

Kemampuan masing-masing blastomer untuk berdiferensiasi sangat luas, dapat membentuk individu utuh,

Contohnya: pada embrio mamalia tahap 2-8 sel.

Dapat dibuktikan melalui percobaan:

1. Dengan cara melukai (mengurangi) salah satu blastomer 2. Penambahan blastomer (agregasi embrio): pd pembuatan

hewan khimera.3. Percobaan pemisahan blastomer (pembuatan kembar

identik)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

A. Mematikan (pengurangan) satu blastomer

B. Penambahan satu blastomer : Pembuatan hewan khimera

Percobaan Totipotensi

TOTIPOTENSIMORULA

AGREGASIBLASTOMER

HEWANKHIMERA

EKSPERIMENTALht

tp://

aff.f

kh.ip

b.ac

.id

TOTIPOTENSI, contohnya pd kejadian kembar identik ht

tp://

aff.f

kh.ip

b.ac

.id

Pembentukan sel darah

Pluripoten

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Potensi Prospektif dan Nasib Prospektif1. Pada blastula:

Potensi prospektif >> Nasib prospektif

2. Pada Gastrula:Potensi prospektif = Nasib prospektif

Kemampuan induksi suatu daerah pada embrio

Tergantung lokasi daerah dan umur embrio

Konsep Organiser, yang menjelaskantentang proses induksi terkait dengan peta takdir

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

KONSEP ORGANIZER

Pada embrio mamalia, sel-sel blastomer yg semula bersifat totipoten secara bertahap mengalami diferensiasi dan terjadi

penurunan potensi; namun terbentuk suatu pusat induksi yg akan merangsang proses diferensiasi sel-sel lain di sekitarnya

Teori dan kemampuan induksi dapat dibuktikan dgn percobaan:Teknik transplantasi jaringan

Sifat totipotensi embrio hanya terbatas pada EMBRIO DINI tahap preimplantasi

Akibat pembelahan, diferensiasi, migrasi

Terjadi penurunan potensi dan terbentuknya PUSAT INDUKSI

ORGANIZER PRIMER

Percobaan transplantasi pd blastula amfioksus

Bagian dorsal (bakal notokorda) blastula amfioksus mampu induksi pembentukan daerah kepala-II

Patten & Charlson,1974

Transplantasi bagian simpul hensen embrio ayam (awal gastrula)

Simpul Hensen mampu induksi pembentukan buluh saraf II

Transplantasi resipien

Takdir sel

Kem

ampu

an in

duks

i

Percobaan tranplantasi daerah bakal mata pd blastula amfioksus

PETA TAKDIR

Daerah-daerah tertentu pada sel telur atau blastoderm embrio telah memiliki nasib (takdir) tertentu yang akan berkembang menjadi bagian-bagian atau organ tertentuh

ttp://

aff.f

kh.ip

b.ac

.id

Membuktikan PETA TAKDIRa. Pewarnaan vitalb. Pelabelan

Peranan Hereditas Inti dan Sitoplasma(maternal) dalam Perkembangan

Dua faktor utama sel yang mengaturaktivasi gen pada proses perkembangan

1. Bahan Inti / NUCLEUS 2. Bahan SITOPLASMA

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

CELL NUCLEUS

CHROMOSOME

GENOME/ GENES/ DNA

Lanjutan

Kondisi awal faktor maternal pd oosit

merupakan faktor kritikal dalam perkembangan embrio.

Oosit berperan mengatur aspek:a. meiosis (Polanski, 1997), b. fertilisasi & pembelahan awalc. memodulasi perkembangan epigenetik genom embrio

(Latham and Sapienza, 1998)

Sebelum terjadi aktivasi genom embrio:Faktor /produk maternal : cytoplasmic maternal mRNA, proteins, antioxidant & organelles, termasuk mitokondria (mengandung mDNA).

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Aktivasi Genom Embrio- terjadi secara bertahap- waktu terjadinya berbeda antar species

Contoh: Pd mencit terjadi pada tahap 2 sel:Sintesis RNA baru: rRNA (18-21 jam pi)

tRNA (26-29 jam pi)

Sintesis Protein pada masa embriogenesis:Insulin & EGF (stimulasi aktivitas metabolisme shgmeningkatkan kecepatan pembelahan sel dan jumlahblastomer)

Keberhasilan perkembangan zigot embrio implantasi, tgantung pd: aktivasi gen & program perkembangan

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Aktivasi Gen dalam proses diferensiasi (metilasi dan asetilasi) terkait dengan waktu dan proses embriogensis

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Lanjutan..

Sel somatis pd mamalia memiliki 2 copy genome (diploid)

Kontribusi nyata yg diberikan induk jantan & betina padaanak-anaknya berbeda-beda

Bagaimana gen yang diwariskan dr maternal & paternal berbeda ekspresi ?

Terjadi switch off (silencing) pd salah satu copy gen induk

Genomic Imprinting http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Genomic Imprinting,

Pd setiap generasi harus mampu di HAPUS (Off) dan BENTUK (On)

suatu proses EPIGENETIK yg dinamis, yg terlibatdalam pengaturan ekspresi sebagian kecil gen dari genome mamalia melalui proses modifikasiSTRUKTUR DNA

Memberikan efek terhadap fenotip

Ada 2 mekanisme utama yg terlibat dalam terjadinya imprinting, yakni: 1. Modifikasi Asetilasi Histone

(memicu transkripsi)

2. Modifikasi Metilasi DNA (menekantranskripsi)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

1. Asetilasi Histone

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Asetilasi residu lisine pd posisi terminus dr protein histonemenghilangkan muatan positif mengurangi afinitas protein histon ke DNA

Enzim polimerase RNA polymerase dan faktor transkripsilebih mudah berikatan pada promoter

Umumnya, asetilasi histon memicu transkripsi; deasetilasi histon menekan transkripsi

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

2. Modifikasi Metilasi DNA

METILASI DNA (menekan ekspresi gen)

Penambahan CH3 pada cytosine Silencing Gene ExpressionMetilasi residu cytosine 5-methylcytosineDeaminasi 5-methylcytosine thymine.

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Pengaturan Ekspresi Gen

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

WAWASAN BIOTEKNOLOGIKembar Identik (monozigotik):

Kembar lambat, disebabkan oleh pemisahan ICMKembar awal, disebabkan pemisahan blastomere 2-4 sel

Komplit / sempurna

Kembar identik normal

Inkomplit / tak sempurna

Kembar identik dempet (siam)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Kembar monozigotik, genetis sama. Normal Dempet (siam): craniopagus (KEPALA), thoracopagus

(DADA), pygopagus (PUNGGUNG)

Bila besar tidak sama : yang kecil parasit (KEMBAR PARASITIK)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

APA PERBEDAAN ANTARA HEWAN KHIMERA DAN TRANSGENIK??

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Hewan khimera

AGREGASIBLASTOMER

HEWANKHIMERA

Di dalam tubuh hewan khimera terdapat sel-sel dengan genetik yang berbeda-bedaht

tp://

aff.f

kh.ip

b.ac

.id

Hewan transgenik

Hewan yang sel-selnya memiliki sisipan gen tertentu sehingga hewan tersebut mampu menghasilkan protein spesifik yang dikode oleh gen sisipan tersebut

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Fremartin Pada sapi Kembar beda kelamin Percampuran darah, hormon testosteron dr jantan

(dihasilkan lebih dahulu), akan mempengaruhi perkembangan organ reproduksi betina.

Anak sapi betina yang mandul (disebut fremartin).

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Kloning: transfer inti, splitting dll Splitting

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Therapeutic cloning dan stem cell, kloning untuk tujuan pengobatan

Transplantasi tanpa terjadi penolakan

karena berasal dari stem cell hasil kloning

dirinya sendiri

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

EMBRIOGENESIS DAN INDUKSI EMBRIO (BAGIAN II)Indikator pencapaian:Prinsip perkembangan: Segregasi sitoplasma dan induksi embrionik terkait dengan potensi prospektif selSlide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23LanjutanSlide Number 25Aktivasi Gen dalam proses diferensiasi (metilasi dan asetilasi) terkait dengan waktu dan proses embriogensisLanjutan..Genomic Imprinting, Slide Number 29Slide Number 302. Modifikasi Metilasi DNA Slide Number 32Slide Number 33WAWASAN BIOTEKNOLOGIKembar Identik (monozigotik):Kembar monozigotik, genetis sama.Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Hewan transgenikFremartinKloning: transfer inti, splitting dllTherapeutic cloning dan stem cell, kloning untuk tujuan pengobatan