Morfogenesis & Differensiasi_Sel

(1)

By

Diferensiasi

Morfogenesis Sel

Dr

(2)

(3)

 

Diferensiasi

Morfogenesis

Bagaimana sebuah Bagaimana sebuah sel, sel zygote,dapat sel, sel zygote,dapat berkembang menjadi berkembang menjadi berbagai jaringan

berbagai jaringan

dan organ yang akan dan organ yang akan membentuk

membentuk organisme. organisme.

(4)

(5)

Diferensiasi

Morfogenesis

(6)



Diferensiasi

Morfogenesis

Fertilisasi adalah langkah pertama dalam pembentukan individu baru

 Sel zygote berasal

dari persatuan

(7)

 Perkembangan dimulai ketika sebuah sel sperma

Diferensiasi

Morfogenesis

Tipe sel mamalia

memfertilisasi sel telur dan menghasilkan sebuah sel tunggal yang berpotensi untuk menjadi sebuah

(8)



Diferensiasi

Morfogenesis

Tipe sel mamalia

Beberapa jam setelah fertilisasi, sel ini

membelah menjadi 2 sel yang identik.



Pada manusia, setelah fertilisasi dan

setelah mengalami beberapa siklus

pembelahan, sel2 ini mulai

berspesialisasi, membentuk sel dengan

area kosong yang disebut blastocyst.

(9)

(10)

(11)



Diferensiasi

Morfogenesis

Tipe sel mamalia

Blastocyst memiliki lapisan luar sel dan

didalam area kosong terdapat setumpuk sel yang disebut inner cell mass (ICM).

 Inner cell mass adalah bakal dari semua

jaringan yang ada dalam tubuh.

 Meskipun sel2 pada ICM bisa membentuk

segala macam tipe sel yg bisa dijumpai di dalam tubuh, ICM tidak bisa membentuk sebuah organisme.

(12)

(13)



Diferensiasi sel

Diferensiasi selular adalah sebuah

konsep dari biologi developmental yang

menggambarkan proses sel2 mencapai

“tipe”sel tertentu.



Morfologi sel bisa berubah secara

dramatik selama proses diferensiasi, tapi

umumnya materi genetik nya tetap sama.

(14)



Diferensiasi sel

Diferensiasi melibatkan sejumlah perubahan2 fisiologis sel seperti: ukuran, bentuk, polaritas, aktivitas metabolik dan ekspresi gen,

semuanya bisa berubah selama diferensiasi.

 Dalam cytopathology, tingkat diferensiasi

selular digunakan untuk mengukur “cancer progression”. “Grade” sebagai penanda

(15)



Diferensiasi sel

Diferensiasi adalah suatu proses dimana sel

yang belum berspesialisasi (unspecialized cell) menjadi salah satu sel yang sudah

berspesialisasi (specialized cell) dari sekian banyak sel yang membentuk tubuh seperti sel hati, sel jantung dan sel otot.

 Selama proses diferensiasi, gen2 tertentu

diaktivasi dan gen2 lainnya di nonaktivkan. Akibatnya sel yang berdiferensiasi akan

berkembang menjadi struktur yang spesifik dan memiliki fungsi tertentu pula.

(16)



Tiga kategori dasar sel membentuk

Diferensiasi

Morfogenesis

Tipe sel mamalia

tubuh mamalia:

1. sel germinal (germ cell)

2. sel somatik (somatic cell)

3. stem cells.

(17)



Diferensiasi

Morfogenesis

Tipe sel mamalia

Germ line cells adalah alur dari sel yang

mengarah ke gamet- sel telur dan sel

sperma-dan terus berkelanjutan dari

generasi ke generasi.



Stem cells, sebaliknya, memiliki

kemampuan untuk berduplikasi dalam

periode waktu yang tidak tertentu dan

juga bisa mengarah ke pembentukan

(18)



Germ Cel

Diferensiasi primordial stem cell

Dalam gonad, germ cell mengalami

spermatogenesis atau oogenesis, tergantung pada jenis kelamin organisme.

Spermatogenesis

 Spermatogonia membelah secara mitosis

menghasilkan spermatocyte.

 Spermatocyt membelah secara meiosis

menghasilkan spermatid

 Spermatid akan berdiferensiasi melalui proses

spermiogenesis menjadi spermatozoa mature dan fungsional.

(19)

spermatogenesis



Germ Cell

Diferensiasi primordial stem cell

Spermatogenesis adalah suatu proses

dimana spermatogonia berkembang

menjadi spermatozoa matur.



Pada mamalia, proses ini berlangsung di

dalam testes dan epididymis.



Pada manusia proses ini berlangsung

(20)

(21)

 Sperma matur dalam epididymis setelah berkembang di dalam tubulus

(22)

spermatogenesis



Germ Cell

Spermatogenesis sangat tergantung

pada kondisi optimal supaya bisa

berlangsung secara normal dan sangat

esensial dalam reproduksi sexual.



Spermatogenesis dimulai saat pubertas

dan terus berlanjut sampai mati,

meskipun ada sedikit penurunan

kuantitas dari sperma.

(23)

Seluruh proses Spermatogenesis dapat dibagi beberapa stase:

Cell type

Ploidy/chromos

omes N Process Spermatogonium (types

A and B) diploid/46 2N Spermatocytogenesis Primary spermatocyte diploid/46 4N Spermatidogenesis

(meiosis 1)

Secondary spermatocyte haploid/23 2N Spermatidogenesis (meiosis 2)

Spermatid haploid/23 1N Spermiogenesis Spermatozoon haploid/23 1N spermiation

spermatogenesis

Germ Cell

(24)

spermatogenesis



Germ Cell

Spermatozoa memiliki kemampuan

memfertilisasi oocyte selama proses

konsepsi untuk menghasilkan individu

yang disebut zygote.



Ini adalah awal dari reproduksi sexual

yang melibatkan dua gamete yang

masing2 memberi kontribusi separuh

kromosom (haploid) untuk menghasilkan

zygote yang normal (dilpoid).

(25)

spermatogenesis

 Untuk mempertahankan jumlah kromosom pada

Germ Cell

keturunan berikutnya, tiap gamet harus memiliki

setengah dari kromosom yang merepresentasi seluruh sel di dalam tubuh.

 Jika keturunan (offspring) memiliki dua kali jumlah

kromosom normal, akan menghasilkan abnormalitas yang berat.

 Pada manusia, ada beberapa penyakit akibat

abnormalitas spermatogenesis: Down's Syndrome, Klinefelter's Syndrome, and spontaneous abortion.

 Zygote yang memiliki kelainan kromosom tidak akan

(26)

spermatogenesis

 Spermatogenesis berlangsung dalam sistem

Germ Cell

reproduksi pria.

 Stase awal berlangsung dalam testes dan berlanjut ke

epididymis,dimana gamet akan mengalami pemasakan (maturation), lalu disimpan sampai ejakulasi.

 seminiferous tubules dari testes adalah titik awal

proses, dimana stem cell berada dekat dinding tubulus, berlangsung dengan arah centripetal-mulai dari dinding dan berakhir di dalam lumen-untuk menghasilkan

(27)

spermatogenesis

Germ Cell

(28)

spermatogenesis

Stase:



Germ Cell

Spermatocytogenesis



Spermatidogenesis



Spermiogenesis

(29)



 Spermatogonia membelah secara mitosis menghasilkan spermatogonia yang lain(baru)Spermatogonia membelah secara mitosis menghasilkan spermatogonia yang lain(baru)

dan spermatocyte primer. Tiap spermatocy

dan spermatocyte primer. Tiap spermatocyte primer te primer alkan mengalami 2 kali pembelahanalkan mengalami 2 kali pembelahan

secara meiosis untuk menghasilkan 4 spermatozoa.

(30)

(31)

spermatogenesis spermatogenesis Spermatocytogenesis Spermatocytogenesis

Germ Cell



 Spermatocytogenesis adalah gametocytogenesis padaSpermatocytogenesis adalah gametocytogenesis pada

pria yang menghasilkan spermatocytes

pria yang menghasilkan spermatocytes – –mengandungmengandung

setengah materi genetik yang normal.



 Dalam Spermatocytogenesis, spermatogoniumDalam Spermatocytogenesis, spermatogonium

membelah secara mitosis menghasilkan sel diploid

yang disebut: spermatocyte primer.



 Tiap Tiap spermatocytspermatocyte e primer primer menggandakan DNA menggandakan DNA nyanya

dan mengalami meiosis I untuk menghasilkan dua sel

haploid spermatocyte sekunder.



(32)



 Diagram mengilustrasikan bagaimana jumlah krDiagram mengilustrasikan bagaimana jumlah kromosom berkurangomosom berkurang menjadi setengahnya pada pembelahan meiosis pertama (reduction

menjadi setengahnya pada pembelahan meiosis pertama (reduction

division)

(33)

spermatogenesis

Spermatocytogenesis

Germ Cell

 Tiap sel yang membelah dari spermatogonium

menjadi spermatid tidaklah komplit membelah. Sel masih saling berkaitan satu sama lain

melalui ‘jembatan’ sitoplasma yang menjamin perkembangan yang sinkron.

 Catatan: tidak semua spermatogonia

membelah menjadi spermatocyte. Tipe tertentu spermatogonia menghasilkan copy dirinya

(34)

(35)

spermatogenesis Spermatidogenesis

Germ Cell

 Spermatidogenesis pembentukan spermatid

dari spermatocyte sekunder.

 Spermatocyte sekunder diproduksi setelah

memasuki fase meiosis II dan membelah menjadi spermatid yang haploid.

 Stase ini begitu singkat sehingga

spermatocyte sekunder jarang terlihat pada preparat histology.

(36)

(37)

spermatogenesis

Spermiogenesis

Germ Cell

 Selama spermiogenesis, spermatid mulai berkembang:

ekor tumbuh dan miedpiece menebal, mitochondria menyatu dan membentuk axoneme.

 DNA dikemas dengan nuclear basic protein yang

spesifik, yang secara bertahap digantikan oleh protamine selama pertumbuhan spermatid

(elongation).

 Golgi apparatus mengelilingi nucleus, menjadi

acrosome.

 Salah satu dari centriole memanjang sehingga

(38)

spermatogenesis

Germ Cell

(39)

spermatogenesis

Spermiation

Germ Cell

 Spermiation adalah suatu proses spermatozoa

mature dilepaskan dari sel Sertoli ke lumen tubulus seminiferus.

 Cytoplasma dan organella yang tidak

dibutuhkan akan di eliminasi.

 Transport spermatozoa mature melalui sistem

reproduksi pria terutama akibat kontraksi otot, daripada motilitas spermatozoon itu sendiri.

(40)

(41)

Oogenesis



Germ Cell

Oogenesis adalah pembentukan ovum (sel telur) dalam ovarium.

 Pada mamalia, transformasi oogonia menjadi

oocyte (oocytogenesis) telah komplit sebelum lahir atau begitu dilahirkan.

 Selanjutnya perkembangan mengalami ‘rehat’

selama prometaphase I meiosis, sampai pubertas memicu oogenesis.

 Pada ascaris, oocyte belum memulai meiosis sampai sperma menyentuhnya.

(42)

(43)

Oogenesis

Germ Cel

Diferensiasi primordial stem cell

 Oogonia membelah secara mitosis menghasilkan

oocyte primer .

 Tidak seperti produksi sperma yang terus menerus

berlangsung, produksi oocyte terbatas.

 Oocyte primer mengalami meiosis, tapi berhenti

sejenak pada fase diploten meiosis I dalam embryo.

 Semua oogonia dan banyak oocyte primer mati

sebelum lahir. Setelah pubertas, sejumlah kecil oocyte dan folikel bersiap untuk ber -ovulasi dengan

melanjutkan proses metaphase II. Setelah fertilisasi, barulah proses meiosis menjadi lengkap.

(44)

(45)

(46)



Germ Cell

Diferensiasi primordial stem cell ogenesis

Oogenesis merupakan proses dimana oocyte primer berubah menjadi ovum yang mengalami meiosis.

 Oocyte primer yang diploid mengalami

meiosis berubah menjadi oocyte sekunder dan membentuk polar body.

 Oocyte sekunder mengalami meiosis II dan

haploid disebut ootid.

 Ootid mengalami maturasi berubah menjadi

(47)

Germ Cell

(48)

 Hanya satu ovum yang berkembang secara komplit setiap siklus

menstruasi, polar bodies (mengandung extra kromosom) akan degenerasi.

(49)

Germ Cell

(50)

Germ Cell

(51)



Somatic cell

Sel somatik ( Greek, sōma: tubuh)

adalah sel yang membentuk tubuh

organisme, .



Setiap sel dalam tubuh mamalia-selain

sperma ,ovum dan stemcell yang tidak

terdiferensiasi-adalah somatic cell :

organ dalam, kulit, darah dan jaringan

ikat.

(52)



Somatic cell

Materi genetik somatic cell selalu 2 kali lipat materi genetik germline cell.

 Informasi genetik dari somatic cell manusia

dikemas menjadi 23 pasang kromosom. Germline cell hanya memiliki setengahnya yaitu: 23 kromosom tunggal.

 Manusia dan spesies lain yang memiliki

somatic cell terdiri dari pasangan kromosom disebut “diploid” organisme. Germline cell,

yang hanya memiliki kromosong tunggal yang tidak berpasangan disebut “haploid”.

(53)

tekhnologi cloning



Somatic cell

Teknik kloning sudah berkembang pada

mamalia. Cloning akan menghasilkan clone genetik yang identik dengan induknya.

 Salah satu metode cloning : "somatic cell

nuclear transfer "

 Nucleus dari somatic cell (biasanya sel kulit),

memiliki informasi genetik yang diperlukan untuk menhasilkan organisme baru,

disuntikkan/dipindahkan ke dalam ovum

spesies yang sama –yang materi genetiknya sudah dipindahkan.

(54)

tekhnologi cloning



Somatic cell

Ovum ini tidak lagi perlu difertilisasi

karena sudah memiliki jumlah materi

genetik yang tepat (kromosom diploid).



Secara teoritical bisa diimplantasi ke

dalam rahim dan bisa berkembang.



Organisme yang dihasilkan akan identik

dengan induknya (sumber nucleus).

(55)

(56)

 Stem cell sel yang memiliki kemampuan untuk menggandakan

Stem Cell

dirinya sendiri melalui pembelahan sel dan bisa juga berdiferensiasi menjadi berbagi macam tipe sel yang terdiferensiasi

 Ada 3 golongan mamalia stem cell:

1. Embryonic stem cells, diambil dari blastocyst.

2. Adult stem cells, ditemukan pada jaringan tubuh organisme dewasa.

3. Cord blood stem cells, ditemukan pada umbilical cord.

 Pada embrio yang sedang berkembang, stem cell mampu

berdiferensiasi menjadi jaringan embrionik yang terdiferensiasi.

 Pada organisme dewasa, stem cells dan progenitor cell berperan

(57)

Potensi sel

 Totipotent

Stem Cell

stem cells dihasilkan dari peleburan sebuah sel telur dengan sel sperma. Sel yang dihasilkan dari pembelahan awal dari telur yang sudah terfertilisasi

juga totipotent. Sel ini bisa berdiferensiasi menjadi tipe sel embrionik dan ekstraembrionik.

 Pluripotent stem cells adalah lanjutan dari sel

totipotent, bisa berdiferensiasi menjadi sel dari germ layers : endoderm (interior stomach lining,

gastrointestinal tract, the lungs), mesoderm (muscle, bone, blood, urogenital), atau ectoderm (epidermal tissues and nervous system).

(58)

Potensi sel 

Stem Cell

Multipotent stem cells menghasilkan hanya sel yang memiliki relasi famili (misalnya

hematopoietic stem cells)

 Unipotent cells bisa menghasilkan hanya satu

tipe sel, tapi memiliki kemampuan untuk memperbaharui dirinya sendiri. Ini yang membedakan sel ini dari non-stem cell.

(59)

(60)

(61)

(62)

 Stem cells pluripoten ini akan berkembang lebih lanjut

Diferensiasi

Morfogenesis

Tipe sel mamalia

menjadi multipotent progenitor cells yang mengarah menjadi sel2 fungsional. Contoh stem cells dan

progenitor cells adalah:

 Hematopoietic stem cells (stem cells dewasa) dari

sumsum tulang belakang yang berkembang menjadi sel darah merah, sel darah putih dan platelet.

 Epithelial stem cells (progenitor cells) yang

berkembang menjadi berbagai tipe sel kulit.

 Muscle satellite cells (progenitor cells) yang

(63)

(64)



Maturation

Sejalan Stem cell mengalami pematangan (maturation), terdapat perubahan dalam

ekspresi gen yang membatasi tipe sel yang bisa dihasilkan dan beralih ke tipe sel lebih spesifik.

 Perubahan ini bisa dipantau dengan

memonitor keberadaan protein di permukaan sel.

 Setiap perubahan yang berlangsung pada sel

akan mendekatkan sel tersebut bertahap ke bentuk sel yang terdiferensiasi penuh.

(65)

 Multipotent progenitor cells bisa berkembang menjadi

Multipotensi

beberapa tipe sel, tapi hanya terbatas pada beberapa tipe sel saja.

 Contoh: stem cell darah, yang bisa berkembang

menjadi beberapa tipe sel darah, tapi tidak bisa berkembang menjadi sel otak atau tipe sel lain.

 Sel yang telah mengalami serangkaian proses

pembelahan dan akhirnya membentuk embrio disebut sel terminal terdiferensiasi atau sudah permanen

(66)

(67)



Haematopoesis

Haematopoesis ( Yunani,

haima

darah;

poiesis

membuat) adalah pembentukan

komponen selular darah.



Semua komponen selular darah

dihasilkan dari haematopoietic stem

cells. Multipotent haematopoetic cells

bisa menjadi tipe sel apa saja dalam

sistem darah.

(68)

Multipotent blood stem

cell

(69)

 Semua sel darah dibagi menjadi tiga

Haematopoesis

kelompok:

1. sel Erythroid, yaitu sel darah merah, pembawa oksigen.

2. sel Lymphoid, yaitu sel darah putih,sel yang berperan dalam immunitas. Umumnya terdiri atas T-cells dan B-cells

3. Myeloid yang termasuk granulocytes, megakaryocytes, and macrophages.

Kelompok ini terlibat dalam innate immunity, adaptive immunity, and blood clotting

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)



Multipotensi

Scientist berpendapat, sel yang sudah berdiferensiasi tidak bisa dialihkan atau

dirubah menjadi bentuk sel lain dengan cara apapun.

 Penelitian terbaru,-percobaan stem

cell-scientist berhasil merubah stem cell darah menjadi sel yang berkerja seperti sel neuron

atau sel otak. Perlu penelitian lebih lanjut untuk membuktikan bahwa sel multipotent bisa

(76)

 Morfogenesis (Yunani ,

Morfogenesis

morphê=bentuk dan

genesis=kreasi ) merupakan salah satu dari 3 aspek fundamen dari biologi developmental selain

pertumbuhan sel dan diferensiasi selular.

 Morfogenesis berkaitan dengan bentuk jaringan,organ

dan organisme serta posisi dari berbagai tipe sel terspesialisasi.

 Pertumbuhan sel dan diferensiasi bisa berlangsung

dalam kultur atau dalam massa sel tumor tanpa

morfogenesis normal seperti yang berlangsung pada organisme yang utuh

(77)



Morfogenesis

Studi tentang morfogenesis mengharuskan kita mengerti tentang proses yang mengontrol

distribusi spasial sel selama perkembangan embrionik yang berlanjut ke pembentukan jaringan, organ dan anatomi tubuh secara

keseluruhan.

 Pada embrio manusia, perubahan dari

sekumpulan sel pada stase blastula menjadi embrio- yang memiliki struktur organ dan

jaringan- dikontrol oleh ‘program” genetik dan bisa dipengaruhi oleh faktor lingkungan.

(78)

(79)

Cellular basis 

Morfogenesis

Morfogenesis terjadi karena perubahan di tingkat struktur selular. Sel2 tertentu di

klasifikasikan.

 Ada dua tipe sel: sel epithelial dan sel

mesenchymal.

 Dengan pergantian dari satu tipe sel menjadi

tipe sel lain, sel mampu bergerak dan berkumpul dengan sel2 sejenisnya.

(80)



Embrio berkembang dari sel2 bagian

Morfogenesis

organogenesis

dalam blastula (embrioblas) yang terdiri

dari 3 lapisan embrional:

1. Lapisan luar (ectoderm)

2. Lapisan tengah (mesoderm)

3. Lapisan dalam (endoderm)



Ketiga lapisan ini akan berkembang

(81)

(82)

(83)

Embryonic Germ Layer Differentiated Tissue

Endoderm Thymus

Thyroid, parathyroid glands Larynx, trachea, lung

Urinary bladder, vagina, urethra

Gastrointestinal (GI) organs (liver, pancreas)

Lining of the GI tract

Lining of the respiratory tract

Mesoderm Bone marrow (blood)

Adrenal cortex Lymphatic tissue

Skeletal, smooth, and cardiac muscle

Connective tissues (including bone, cartilage)

Urogenital system

Heart and blood vessels (vascular system) Ectoderm Skin Neural tissue (neuroectoderm) Adrenal medulla Pituitary gland

Connective tissue of the head and face