EPIGENETIK DAN FAKTOR TRANSKRIPSI: STEMNESS -
6. Modifikasi histon
79 1. Proses membutuhkan DNA methyltransferase-1 (DNMT-1) 2. Terjadi pada area promoter gen (sitosin dinukleotida CpG) 3. Enzim DNMT-1 memfasilitasi pengikatan gugusan metil pada
area promoter gen, berfungsi sebagai demetilasi DNA
4. Terjadi tambahan gugusan metil pada sekuen DNA sehingga terjadi hipermetilisasi
5. Fungsi transkripsi gen terganggu (tersupresi) Modifikasi DNA dijelaskan pada gambar di bawah ini.
Gambar 31. Modifikasi DNA
DNMT melakukan dimetilasi DNA pada area sitosin dinukleotida CpG.
Terjadi metilasi pada area promotor gen tersebut hingga hipermetilisasi yang berakibat pada supresi proses transkripsi.
5.3 Peran modifikasi DNA dalam studi dan klinis
Hasil penelitian melaporkan bahwa modifikasi DNA berperan dalam perkembangan sel, genomic imprinting, inaktivasi kromosom X, represi elemen transposable, penuaan dan karsinogenesis.
86 2. LIF
3. Molekul a4-laminin 4. FGF
5. Wnt
11.1 Molekul BMP
Bone morphogenetic protein (BMPs) adalah kelompok growth factor yang juga berfungsi sebagai sitokin dan metabologen. BMP pada awalnya diidentifikasi berdasarkan atas kemampuannya dalam menginduksi pembentukan tulang dan kartilago. Seiring dengan waktu BPM juga diketahui berperan sentral sebagai sinyal morfogenik dan ikut merancang perkembangan morfologi jaringan jantung, sistem saraf dan kartilago. Sisi lain BMP berperan menghambat jalur proliferasi MAPK (diferensiasi sel punca) melalui sinyal transduksi SMAD. Secara spesifik jalur sinyal BMP dimulai dengan pengikatan ligan molekul BMP pada reseptor BMPR, sehingga menimbulkan sinyal transduksi yang kemudian menghambat pada MAPK, sehingga mendorong aktivitas pembaharuan diri.
Jalur molekul BMP dijelaskan pada gambar di bawah ini.
Gambar 35. BMP
BMP merupakan soluble molecule yang mampu menghambat jalur MAPK (jalur diferensiasi sel punca) melalui aktivasi jalur SMAD.
90 Konsep pluripoten dijelaskan dalam gambar dibawah ini:
Gambar 38. Konsep pluripoten
Pluripoten dipertahankan dengan cara menghambat diferensiasi dan mendorong proliferasi sehingga meningkatkan pembaharuan diri.
12.2 Peran Oct3/4 dalam pluripoten
Oct3/4 sebagai faktor transkripsi famili Pou (homeodomain) yang dikodekan Pou5f1. Ekspresi Oct3/4 wild type kurang dari 50%
akan mendorong sel embrionik berdiferensiasi menjadi TE dalam meningkatkan ekspresi hingga 150% atau lebih justru memicu diferensiasi menjadi PrE like cells. Oleh karena itu, untuk mempertahankan aktivitas pluripotensi maka kadar ekspresi Oct3/4 wild type antara 50%- 150%.
Secara spesifik peranan Oct3/4 dalam pluripoten adalah : 1. Fase awal blastocyst : Oct3/4 meningkatkan ekspresi Cdx2
Tahap blastocyst organogenesis menghasilkan 2 bagian, yaitu lapisan luar yang berkembang menjadi trofektoderm (TE) sementara lapisan dalam membentuk inner mass cell (IMC) yang berisi sel embrionik pluripoten. Oct3/4 diekspresikan secara berlebihan oleh sel primitif endoderm (PrE), yaitu hasil pembentukan IMC tahap akhir blastocyst namun tidak dalam TE. Supresi Oct3/4 akan meningkatan ekpresi Cdx2 (pemicu diferensiasi trofektoderm) sehingga sel embrionik berdiferensiasi sepanjang garis turunan trofektodermal.
2. Fase akhir blastocyst: Oct 3/4 mempertahankan pluripoten dan
91 mencegah diferensiasi
Secara spesifik Oct3/4 berperan sebagai penjaga gerbang sel embrionik (gatekeeper) dalam:
1) Mempertahankan potensi pluripoten
Oct 3/4 yang diekspresikan di fase akhir blastocyst berfungsi mendorong sel tutipoten berdiferensiasi menjadi sel primitif endoderm-like. Ekspresi berlebihan Oct3/4 menyebabkan supresi ekspresi Cdx2, sehingga mencegah diferensiasi.
2) Mencegah diferensiasi trofektoderm
Oct3/4 berinteraksi langsung dengan Cdx2, membentuk kompleks repressor (penekan) yang mengganggu autoregulasi protein sehingga menimbulkan reciprocal inhibition system (pengaturan fungsi timbal balik). Interaksi ini secara spesifik menginhibisi Cdx2 sehingga menghambat proses diferensiasi trofektoderm.
12.3 Peran Oct3/4 dalam proses epigenetik
Secara spesifik protein faktor transkripsi Oct3/4 berperan dalam meregulasi modifikasi histon (histone demethylase) gen Jmjd1a yaitu domain jumonji yang mengandung 1A dan Jmjd2c, yang pada gilirannya akan mengatur ekspresi gen Tcl1 dan Nanog, sehingga berkontribusi pada proliferasi sel dan stabilisasi pluripoten.
12.4 Peran Sox2 dalam pluripoten
Sox2 menempati posisi penting dalam mempertahankan pluripotensi jaringan embrionik. Sox2 bekerja sama dengan Oct3/4 dalam mengaktivasi gen target Oct3/4. Sel embrionik yang mengandung situs pengikatan Oct3/4 dan Sox2 diidentifikasi dalam beberapa gen, diantaranya FGF4, osteopontin, Utf1, Fbxo15, Nanog dan Lefty1.
Secara spesifik peran Sox2 dalam pluripoten adalah : 1. Fase awal blastocyst: Sox2 mempertahankan pluripoten
Sox2 diekspresikan dalam sel germinal, ICM embrio awal, dan jaringan saraf. Knockout Sox2 diawal embrio, seperti halnya Oct3/4 maka potensi pluripoten menjadi hilang pada tahap ICM. Embrio Sox2-
92 null akan segera mati setelah implantasi.
2. Sox2 dalam pertahankan pluripoten dan mencegah diferensiasi Sox2 sangat penting dalam mempertahankan pluripoten. Sox2 bersama Oct3/4 berikatan pada regio enhancer gen FGF4 yang secara khusus diekspresikan dalam sel embrionik pluripoten. Oct4 dan Sox2 berperan secara kooperatif untuk mengikat DNA pada situs komposit Oct-Sox. Sox2 berperan dalam pembaharui diri tidak hanya pengikatan global enhancer komposit Oct/Sox, namun juga pada pengontrolan terhadap ekspresi faktor transkripsi seperti Nr2f2 dan Nr5a2 yang mengatur ekspresi Oct4.
12.5 Peran Nanog dalam pluripoten
Nanog adalah faktor transkripsi homeobox NK-2 kelas yang diekspresikan oleh seluruh sel pluripoten ICM. Ekspresi Nanog sebagian diatur oleh Oct3/4 dan Sox2, anggota keluarga Sox (kotak HMG terkait SRY). Nanog awalnya diidentifikasi sebagai regulator utama pluripoten karena ketika diekspresikan berlebihan mampu memperbarui diri secara mandiri (tidak tergantung LIF).
Secara spesifik peranan Nanog dalam pluripotensi adalah : 1. Nanog mempertahankan pluripoten dan mencegah diferensiasi
Nanog sebagai penjaga gerbang untuk mencegah sel embrionik berdiferensiasi menjadi endoderm primitif. Nanog juga dapat memblokir diferensiasi neuron ketika dibuang protein bone morphogenetic (BMP) dan LIF dari kultur bebas serum. Nanog merupakan kandidat baik pluripoten dengan menekan Gata-6. Sel embrionik dengan Nanog-null akan mudah berdiferensiasi menjadi sel endoderm like parietal positif Gata6.
2. Nanog dalam LIF
Ekspresi Nanog yang berlebihan dapat mempertahankan pluripoten meskipun tanpa LIF. Ekspresi Nanog sintetik dapat memblokir diferensiasi sel embrionik menjadi sel endoderm primitif (diinduksi penarikan LIF) atau pembentukan tubuh embrioid (EB), yaitu struktur seperti bola yang terbentuk oleh sel embrionik dalam
93 kultur (meniru tahap embriogenesis silinder-telur). Nanog juga mampu membalikkan mesoderm spesifik dengan mengkode faktor transkripsi T-box mesoderm spesifik. Faktor ini secara langsung dapat mengaktifkan ekspresi Nanog. Hal ini menunjukkan bahwa umpan balik negatif terlibat dalam keseimbangan antara pembaruan diri dan diferensiasi mesodermal.
Gambar 39. Pluripotensi sel punca embrionik
Penghambatan aktivitas Stat3 dan ekspresi berlebih dari Oct3/4 menstimulasi sel embrionik berdiferensiasi menjadi sel primitif endoderm like. Ini didukung oleh bukti bahwa efek Oct3/4 yang berlebihan pada diferensiasi sel embrionik tidak memerlukan aktivitas pengikatan DNA Oct3/4. Gen target dari kompleks khusus ini biasanya akan mencegah sel embrionik berdiferensiasi menjadi endoderm primitif dengan menekan faktor pemicu, Gata6.
94 3. Nanog dalam reprogramming
Nanog berperan penting dalam reprogramming dengan meningkatkan efisiensi reprogramming nukleus sel somatik mejadi sel embrionik pluripoten. Sel hibrid yang terbentuk dalam reprogramming adalah akibat fusi antara sel embrionik dan somatik paska pemberian Nanog, terutama kombinasi Oct4, Sox2 dan lin28.