Diferensiasi Sel – pengertian, contoh, mekanisme

Dalam artikel ini, Anda akan belajar bagaimana sel-sel Anda menjadi khusus. Ini spesialisasi sel memungkinkan mereka untuk melakukan fungsi yang berbeda dan menciptakan berbagai bagian tubuh Anda.

Diferensiasi sel adalah proses di mana sel berubah dari satu jenis sel ke yang lain, umumnya yang lebih terspesialisasi. Untuk proses ini, sel melewati proses morfogenesis, di mana ada modifikasi dalam ekspresi gennya, untuk memperoleh morfologi, fungsi dari jenis sel tertentu dan berbeda dari sisa jenis sel organisme.

Setiap sel yang menghadirkan tingkat daya atau kapasitas diferensiasi adalah apa yang disebut sel induk. Ini dapat diklasifikasikan menurut kapasitas diferensiasinya menjadi totipoten, pluripoten, multipoten, dan unipoten.

Diferensiasi terjadi beberapa kali selama pengembangan organisme multiseluler, karena ia berubah dari zigot sederhana menjadi kompleks jaringan dan organ khusus. Perlu dicatat bahwa ada sel induk dewasa yang memainkan peran penting dalam perbaikan luka.

Diferensiasi secara drastis mengubah ukuran sel, bentuk, potensi membran, dan kapasitas metabolisme, serta respons sinyal.

Pengertian

Dalam biologi perkembangan, diferensiasi adalah proses di mana sel-sel hidup “mengkhususkan”, menghasilkan keragaman sel yang mampu melakukan fungsi-fungsi tertentu.

Sel-sel yang dibedakan ini dapat bertindak dalam isolasi – seperti gamet dan sel kelamin organisme yang lebih kecil, seperti bakteri. Atau mereka dapat dikelompokkan menjadi jaringan yang berbeda, seperti jaringan tulang dan otot. Meskipun dibedakan, sel-sel mempertahankan kode genetik yang sama dengan sel pertama (zigot). Perbedaannya terletak pada aktivasi dan penghambatan kelompok gen spesifik yang akan menentukan fungsi masing-masing sel.

Spesialisasi ini tidak hanya menyebabkan perubahan fungsi, tetapi juga pada struktur sel.

“Pengelompokan” ini dilakukan sepanjang proses evolusi. Selanjutnya, metazoa “mengelompokkan” berbagai jaringan untuk membentuk organ yang berbeda seperti perut, organ seksual, dll. Ini, pada gilirannya, dapat dikelompokkan ke dalam perangkat atau sistem yang, bersama-sama, melakukan fungsi vital tertentu, seperti sistem pencernaan.

Proses sebaliknya juga dapat terjadi. Sel-sel yang sudah terspesialisasi, karena alasan tertentu, dapat kehilangan fungsinya, dengan asumsi suatu keadaan pertumbuhan yang berlebihan. Proses ini disebut de-diferensiasi dan inilah yang menyebabkan neoplasma muncul.

Potensial Sel dan Sel Punca

Ada berbagai tingkat kekuatan sel dalam mengembangkan sel, yaitu kemampuan sel untuk membedakan dirinya dari jenis sel lainnya. Potensial yang lebih besar menyiratkan lebih banyak garis keturunan sel daripada yang bisa dihasilkannya.

Sel yang mampu memproduksi semua jenis sel, termasuk jaringan ekstra-embrionik atau plasenta, disebut sel Totipoten. Pada mamalia, hanya zigot dan blastomer berikutnya yang totipoten.

Jika sel hanya dapat berdiferensiasi menjadi garis sel yang ada pada orang dewasa, itu disebut sel pluripotent. Sel-sel ini disebut meristomatika pada tumbuhan, dan sel induk embrionik pada hewan.

Sel multipoten hanya dapat berdiferensiasi menjadi beberapa tipe sel, umumnya dari garis keturunan sel yang sama. Sebagai contoh, dalam hematopoiesis berbagai jenis sel diproduksi, tetapi semua dari garis keturunan darah yang sama.

Akhirnya, ketika sel hanya dapat menghasilkan satu jenis sel, itu disebut unipotent. Ketika berbicara tentang sel induk, mereka tidak akan dibedakan karena mereka memenuhi asimetri uniseluler. Pembersihan garis silsilah ini adalah sel-sel induk yang menghasilkan sperma (lihat Spermatogenesis)

Ekspresi Gen Mengatur Diferensiasi Sel

Segala sesuatu dalam tubuh Anda terdiri dari sel-sel: rambut, kuku, tulang, otot, organ, dan bahkan darah. Semua sel-sel ini mengandung materi genetik yang sama, atau DNA, dan materi genetik ini adalah apa yang membuat Anda menjadi individu yang unik, karena berbeda dari DNA orang lain. Jadi, bagaimana mungkin bahwa sel-sel Anda berisi informasi yang sama, namun terlihat dan bertindak sangat berbeda dari satu sama lain?

Diferensiasi sel adalah bagaimana sel-sel embrio generik menjadi sel-sel khusus. Hal ini terjadi melalui proses yang disebut ekspresi gen. Ekspresi gen adalah kombinasi spesifik dari gen yang diaktifkan atau dinonaktifkan (dinyatakan atau ditekan), dan ini adalah apa yang menentukan bagaimana fungsi sel. Ekspresi gen terjadi karena sinyal tertentu dalam tubuh Anda, baik di dalam dan di luar sel-sel Anda.

Diferensiasi sel terjadi selama beberapa tahapan perkembangan. Selama diferensiasi sel, ukuran sel dan bentuk berubah secara dramatis, seperti halnya kemampuan untuk merespon sinyal molekul. Molekul sinyal adalah molekul yang membawa pesan ke sel-sel yang membantu sel yang tahu kegiatan dan proses untuk melakukan.

Molekul sinyal membawa pesan ke reseptor sel, yang menafsirkan pesan melalui jalur transduksi sinyal. Jalur ini menerjemahkan pesan menjadi sesuatu yang sel dapat mengenali dan memahami, dan ini adalah apa yang memberitahu sel bagaimana agar bisa berfungsi.

Mekanisme diferensiasi sel

Dalam organisme, masing-masing jenis sel khusus mengekspresikan satu set semua gen yang ada dalam genom, proses regulasi ekspresi gen inilah yang menjadi ciri garis keturunan sel. Ketika kita berbicara tentang diferensiasi, kita berbicara tentang perubahan dalam pola ekspresi dan seluruh jaringan pengatur yang dihasilkan sel ini.

Kontrol epigenetik

Meskipun perbedaan dalam pola ekspresi gen sebagian besar disebabkan oleh elemen pengatur cis dan trans (promotor dan enhancer), ada mekanisme sehingga pola ekspresi ini dipertahankan selama banyak generasi pembelahan sel. Pada titik ini, mekanisme epigenetik memainkan peran mendasar sejak modifikasi pada kromatin (metilasi, fosforilasi, asetilasi, dll.), DNA (metilasi, dll.) Atau interaksi RNA non-kode, mengubah pola ekspresi dan represi gen.

Metilasi DNA

Salah satu mekanisme pengaturan ekspresi yang paling sering adalah metilasi DNA. Dalam proses ini, enzim methyltransferase menambahkan gugus metil pada residu sitosin yang terletak di pulau CpG, mencegah akses ke DNA.

Dalam sel-sel embrionik, sebagian besar pulau-pulau CpG ini tanpa metilasi dan berhubungan dengan nukleosom dengan trimetilasi dalam lisin 4 dari histone H3 (H3K4me3). Dalam proses diferensiasi, hanya ada beberapa gen seperti Oct4 dan Nanog yang menyajikan metilasi awal, ini untuk mengurangi ekspresi mereka ketika diferensiasi tercapai. Sel dengan defisiensi dalam metilasi mereka dengan cepat mengalami apoptosis.

Faktor perintis (Oct4, Sox2, Nanog)

Ketiga faktor transkripsi ini sangat diekspresikan dalam sel embrionik yang tidak berdiferensiasi dan penting untuk pemeliharaan pluripotensi. Pentingnya faktor-faktor ini telah terbukti terletak pada kemampuan mereka untuk memodifikasi kromatin, memodifikasi histones dan memetilasi DNA; untuk mengizinkan atau membatasi transkripsi gen.

Sementara gen ini sangat diekspresikan, kemampuan mereka untuk mempertahankan pluripotensi memerlukan penyeimbangan yang cermat, karena telah ditemukan bahwa gangguan dapat menyebabkan garis sel yang berbeda. Regulasi diferensial antara Oct4 dan Sox2 mengarah ke tujuan germline. Demikian pula, tingkat tinggi Oct4 dan tingkat rendah Sox2 mempromosikan tujuan mesodermal, karena Okt4 memblokir tujuan neuroectodermal; Jika Sox2 meningkat dan Oct4 berkurang, tujuan ektodermal diturunkan. Nanog, di sisi lain, tidak memungkinkan diferensiasi, sehingga penindasannya merupakan persyaratan untuk setiap perubahan garis keturunan.

Akses nukleosom dan modifikasi histon

Dengan semua sel dalam tubuh memiliki genom yang sama, pola pengikatan Faktor Transkripsi dan pengaruhnya terhadap gen membuat perbedaan. Modifikasi histon yang membentuk nukleosom dapat memfasilitasi atau memblokir akses faktor transkripsi dan RNA polimerase ke DNA.

Di antara teknik yang memungkinkan kami untuk menjelaskan apakah nukleosom menghalangi gen, kita  menemukan Chromatin imunopresipitasi (ChIP).

Ketika nukleosom diposisikan dengan kuat pada DNA untuk menghindari segala jenis transkripsi, kita akan menyebutnya heterokromatin. Sebaliknya, ketika ikatannya tidak sekuat dan memungkinkan transkripsi, kami menyebutnya echromatin. Proses yang bertanggung jawab atas perubahan struktural ini adalah modifikasi pada histones.

Secara umum, penambahan gugus asetil menghasilkan keterbukaan dan karenanya transkripsi lebih besar. Proses ini dilakukan pada residu lisin oleh asetil transferase. Grup asetil akan mencegah lisin dari menemukan afinitas untuk tulang punggung fosfat dan gula DNA.

Di sisi lain, metilasi histon memiliki perilaku yang “kurang dapat diprediksi”, karena bergantung pada residu yang dimetilasi, ia dapat meningkatkan atau menekan ekspresi. Meskipun demikian, metilasi penekan tertentu diketahui, seperti trimetilasi lisin 27 dari histones H3 (H3k27me3) atau H3K9me (metilasi dalam lisin 3 dari H3). Kami juga menemukan metilasi aktif seperti trimetilasi lisin 4 dari histone H3 (H3K4me3), serta H3K38me dan H3K79me

Pentingnya dan Contoh Diferensiasi Sel

Seperti sel-sel Anda mengembangkan dan membedakan, mereka menjadi sangat berbeda dalam struktur dan fungsi. Setelah diferensiasi ini dimulai, sel terikat dengan nasib itu dan harus terus menyusuri jalan nya diferensiasi. Setiap jenis sel yang berkembang menciptakan protein spesifik jaringan, yang hanya ditemukan dalam jenis sel dan apa yang memberikan struktur dan fungsi yang unik.

Sel harus memiliki struktur yang berbeda karena mereka memiliki fungsi yang berbeda. Sebuah sel sperma memiliki fungsi yang sangat berbeda dari sel kulit atau sel hati. Jika sel sperma tidak berbentuk seperti itu, itu akan memiliki waktu yang sangat sulit berenang ke telur untuk membuahi itu.

Sel-sel tertentu di mata Anda dikenal sebagai batang dan kerucut yang dirancang untuk menerima cahaya dan melihat benda-benda. Mereka membentuk cara mereka karena ini memungkinkan mereka untuk melakukan pekerjaan mereka secara efektif. Jika mereka berbentuk cara lain, mereka tidak akan bisa berfungsi dengan baik, dan Anda tidak akan dapat melihat dengan sangat baik.

Tubuh Anda memiliki sejumlah besar sel dibedakan, tetapi sel-sel Anda juga berbeda dari sel-sel organisme lain, seperti tanaman, serangga, bakteri, ikan, mamalia, dan burung. Diferensiasi selular memungkinkan untuk keragaman besar ini hidup di Bumi, dan membuat kita masing-masing unik cocok untuk kondisi lingkungan kita.

Ringkasan artikel

Diferensiasi sel adalah proses sel mengembangkan dan mengkhususkan diri dari sel embrio generik. Diferensiasi sel menciptakan semua struktur yang berbeda dalam tubuh Anda, seperti otot, tulang, dan organ. Diferensiasi sel juga menghasilkan sejumlah besar organisme di Bumi, dan memungkinkan untuk banyak struktur sel yang berbeda ada dan fungsi baik dengan baik dan efisien.

Related Posts