07. Interaksi Jaringan dan Organogenesis - aff fkh ipb

INTERAKSI JARINGAN SERTA
ORGANOGENESIS
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 bentuk
Transforming growth factor-ß family, terdiri dari 30 protein yang menginduksi
dalam perkembangan embrio.
Phenotypic transformation mungkin dipengaruhi oleh focal adhesion kinase (FAK).
Diferensiasi : proses yang terjadi secara terus menerus pada sel, jaringan untuk
membentuk struktur yang spesifik.
Diferensiasi sel terjadi melalui interaksi sel yang diperantarai oleh molekul
signalling 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 gastrulasi
dan embrio telah memiliki pola dasar tubuh (3 lapis daun kecambah serta
notokorda sebagai aksis tubuh).

Pengertian Morfogenesis, perubahan bentuk eksternal
termasuk perubahan
bentuk atau lokasi
dari sel atau jaringan.
Contoh : morphogenetic
movement, selama
gastrulasi terjadi
ekspansi dan involusi
dari epiblast di garis
primitif.
Terdapat substansi
morphogens yang
mempengaruhi proses
perkembangan.
Molekul signalling Shh
adalah morphogens
pada pembentukan
tungkai.

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 terdiri
dari tiga lapis daun
kecambah: ektoderm,
mesoderm dan
endoderm

Penurunan 3 lapis daun kecambah
Ke-3 daun kecambah akan
Menurunkan 4 jaringan utama :
jaringan saraf
jaringan otot
jaringan penghubung
jaringan epitelial
Induksi berjalan secara estafet, induksi
primer menentukan induksi-induksi
berikutnya
Ektoderm, buluh syaraf, sel syaraf, mata,
telinga dan epidermis
Notokorda
Buluh syaraf
Indera mata, telinga dan epidermis
epidermis
INDUKSI
UNIPOTEN

Penurunan 3 lapis daun kecambah
Endoderm utamanya jaringan
epitelial.
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-somit
segmentasi tubuh

Penurunan 3 lapis daun kecambah
Ektoderm utamanya jaringan saraf
beberapa jaringan epitelial
Secara spesifik membentuk:
otak
sumsum punggung
sistem saraf tepi
kulit
rambut
mata

Pembentukan sumbu dan kerangka dasar
tubuh (basic body plan)
Notochorda merupakan
axis/sumbu tubuh,
dimana embrio dapat
berkembang ke sisi
kanan dan kiri
notochorda dengan
seimbang.
Pada hewan, pergerakan sel / sekelompok sel
sangat penting utk mentransformasi embrio
kedalam bentuk 3 dimensi Basic body plan
Sumbu tubuh: Kepala - ekor;
kiri - kanan;
depan - belakang
(Body pattern formation)

Lanjutan……..
Basic body plan

Inisiasi dan proses organogenesis.
Pd Gastrulasi terjadiperubahan
bentuk & pergerakan sel-sel
3 lapis daun kecambah (primary germinal
layers) (ektoderm, endoderm, mesoderm,
archenteron/ gastrosul)
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
menurunkan jaringan & organ-organ
Gastrulasi inisiasi morfogenesis & organogenesis.

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 secara
eksositosis atau difusi.
Sel penerima mempunyai reseptor
yang spesifik.

Interaksi sel
Tipe :
1. Endokrin
2. Paracrin
3. Neuronal/ synaptic
4. Contact dependent
5. Autocrin

Struktur membran sel, mengandung :
1. mol adesi sel
2. mol adesi substrat
3. mol junctional sel
4. mol reseptor

The Wnt-PCP pathway controls primitive streak morphogenesis
a–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 : bertambahnya
jumlah dan ukuran sel,
Terjadi penambahan
jumlah sel (bahan inti dan
sitoplasma)
Degenarasi sel (apoptosis),
Apoptosis penting pada
saat development,
oogenesis, perkembangan
otak, pembentukan jari
kaki dan tangan.
Apoptosis dicirikan oleh perubahan morfologi, seperti :
1. Cell shrinkage: sel menjadi kecil dan hilang kontak
antara sel lain.
2. Chromatin condensation: Kromatin kondensasi dan
akhirmya Inti terpecah.
3. Membran sel akan membentuk vesikel (terjadi
penggembungan yang menonjol di permukaan sel)
4. Fragmentasi sel ("apoptotic bodies" terbentuk) dan
phagocytosis oleh macrophages.

Pergerakan dan migrasi sel,
Pergerakan (movement)
atau perpindahan
(migration) sel ialah
pergerakan atau
perpindahan sebuah sel
atau sekelompok sel
untuk membentuk pola
atau bentuk yang baru
yang berbeda dengan
pola atau bentuk asal.
Migrasi/perpindahan kelompok sel
Migrasi sel: menuju tempat yg spesifik
PETA TAKDIR right place right time
POSISI SEL
PETA TAKDIR Masing sel memiliki
takdir sendiri di tempat akhir

CELL POSITION
TOTIPOTENSI
Migrasi…………..
Migrasi / gerakan
Di lokasi akhir akan terjadi
induksi 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 invaginasi
dari ektoderm permukaan
2. Evaginasi, Pelipatan epitelium
ke arah luar. Contoh:
pembentukan gelembung mata
(mangkok mata) merupakan
evaginasi dari diencephalon.

3. Delaminasi, Pemisahan selsel
epitelium dari
membran basal
membentuk sel-sel
mesenkhim. Contoh:
pembentukan hipoblas
dan berikutnya mesoderm
dari sel-sel epiblas (garis
primitif).
4. Ingressi, sel memisahkan
diri dan migrasi dari
epitelium.

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
Nature 449, 1049-1052
(25 October 2007)
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.

Diferensiasi
Setelah menempati posisi
baru, sel akan
berdiferensiasi menjadi
sel, jaringan atau organ
utk menjalankan fungsi
tertentu berdasarkan
lokasi didalam tubuh.
Diferensiasi terjadi karena
interaksi sel dan signalling.
Proses ini terjadi terus
menerus dan berkelanjutan.
Diferensiasi terjadi karena
pengaruh gen dan
modifikasi lingkungan.
Ekspresi gen menunjukkan
fungsi dan morfologi
masing2 sel.

Inisiasi Diferensiasi, diatur oleh
1. Molekul (mRNA) dr maternal dalam sitoplasma sel embrio akan memicu
proses transkripsi dr genom embrio
Sitoplasma sel telur mengandung mRNA, protein & bahan-bahan lainnya
yg berasal dr maternal berpengaruh thdp awal perkembangan
embrio
2. Signal yg dikode oleh genom dari sel embrio lainnya akan menginduksi
target sel
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 ektoderm
disebelahnya membentuk lempeng
saraf

FENOTIPE, FENOKOPI, PLEIOTROPISM
GEN: Fragmen DNA yg mengkode suatu polipeptida
LOKUS : Lokasi gen pada kromosom
Kepentingan Lokus: Terapi gen & Rekayasa gen
Perbedaan 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 PHENOTYPE
T,t Tinggi tanaman T=tinggi / t=pendek
Interaksi ALEL akan menentukan karakter
Pada @ GEN, Individu diploid memiliki maks 2 Alel
Jk kedua alel sama organisme disebut
HOMOZYGOUS
Jk kedua alel beda HEROZYGOUS.

FENOKOPI keadaan fenotipe yg
dipengaruhi oleh faktor eksternal
PLEIOTROPISM gen tunggal yg memiliki
multi efek

MALFORMASI KONGENITAL DAN FAKTOR-
FAKTOR PENYEBAB MALFORMASI KONGENITAL
• PENGERTIAN MALFORMASI KONGENITAL
• PERIODE KRITIS DARI PERKEMBANGAN
•TERATOLOGI
• FAKTOR PENYEBAB MALFORMASI

Malformasi Kongenital
Katogori luas "Congenital disorders"
abnormalitas struktur bagian tubuh yang terlihat pada saat lahir, karena
adanya error selama perkembangan.
Ada 3 tipe utama congenital disorders:
1. Congenital physical anomalies
2. Inborn erros of metabolism
3. Other genetic disorders
Congenital disorders Dapat diakibatkan oleh:
Abnormalitas genetik
Kondisi lingkungan intrauterine
Errors pd morphogenesis, atau
Unknown factors.

Congenital physical anomaly
abnormalitas struktur dari suatu
bagian tubuh.
Anomali menjadi atau tidak
menjadi masalah
Umumnya orang memiliki 1 atau
lebih anomali fisik
Contoh : Anomali minor kurvatura
pd jari kelima (clinodactyly)
Pemendekan tulang
metacarpal / metatarsal ke-4
Malformasi kongenital
jk 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. anomali
fisik yg dikenali sehak lahir &
secara nyata merupakan
masalah

Inborn Error of Metabolism
Congenital metabolic disease.
Umumnya disebabkan
mutasi pada gen (single)
yang berakibat protein
yang di kode salah,
sehingga enzim untuk
metabolisme tidak
terbentuk. Umumnya
diturunkan.
Contoh: Alkaptonuria,
pada kasus ini enzim
HGD (homogentisate
1,2-dioxygenase)
tidak terbentuk. Enzim
ini untuk degradasi
tyrosine.
Tyrosine : batu ginjal,
batu prostat dsb.

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, kombinasi
dari faktor lingkungan dan
mutasi multiple gene.
Ex : Alzheimer’s disease, arthritis,
diabetes, cancer, and obesity.
3. Chromosomal, hilangnya
atau duplikasi sebagian
besar kromosom (ratusan
gen) atau kromosom intak
(utuh).
Ex : Down syndrome.
4. Mitokondria, jarang
terjadi. Disebabkan oleh
mutasi DNA mitokondria.
Ex : Myopathy, cerebellar
ataxia.

Pengertian Teratologi
Teratology (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:
1. Endogenous
2. Exogenous
3. Multifactorial Inheritance
Defek CNS Berdasarkan Waktu
Terjadinya
A. Neurulation Defects
1. Primary
a. anencephaly
b. meningoencephalocele
c. Mylomeningocele
2. Secondary
a. diastematomyelia
b. tethered cord
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

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

PARASITIC
TWIN

Wawasan bioteknologi: Terapi gen, terapi
stem sel
Terapi Gen, dalah suatu
teknik terapi yang digunakan
untuk memperbaiki gen-gen
mutan (abnormal/cacat) yang
bertanggung jawab terhadap
terjadinya suatu penyakit.
Misal : gene cystic fibrosis
(CTFR),

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, tali
darah pusat, adult stem cell (sumsum tulang,
jaringan syaraf, jaringan adiposit, pankreas).