Pengertian Morfogenesis

Morfogenesis (artinya “awal bentuk”), adalah proses biologis yang menyebabkan suatu organisme mengembangkan bentuknya.

Morfogenesis merupakan salah satu dari tiga aspek dasar biologi perkembangan bersama dengan kontrol pertumbuhan sel dan diferensiasi sel.

Proses morfogenesis mengontrol distribusi spasial sel yang terorganisir selama perkembangan embrio suatu organisme. Respons morfogenetik dapat diinduksi dalam organisme oleh hormon, oleh zat yang diproduksi oleh organisme lain, atau oleh tekanan mekanis yang disebabkan oleh pola spasial sel. Morfogenesis dapat terjadi di embiro, organisme dewasa, dalam kultur sel atau di dalam massa sel tumor.

Sejarah

Beberapa ide awal dan deskripsi matematis tentang bagaimana proses fisik dan batasan mempengaruhi pertumbuhan biologis, dan karenanya pola alami seperti spiral phyllotaxis, ditulis oleh D’Arcy Wentworth Thompson dalam bukunya 1917 pada bukunya On Growth and Form dan Alan Turing dalam bukunya The Chemical Basis of Morphogenesis (1952). Di mana Thompson menjelaskan bentuk tubuh hewan sebagai diciptakan oleh berbagai tingkat pertumbuhan dalam arah yang berbeda, misalnya untuk membuat cangkang spiral dari siput, Turing dengan benar meramalkan mekanisme morfogenesis, difusi dua sinyal kimia yang berbeda, satu mengaktifkan dan satu menonaktifkan pertumbuhan, untuk mengatur pola pembangunan, beberapa dekade sebelum pembentukan pola-pola seperti itu diamati. Pemahaman yang lebih lengkap tentang mekanisme yang terlibat dalam organisme aktual membutuhkan penemuan struktur DNA pada tahun 1953, dan pengembangan biologi molekuler dan biokimia.

Basis genetik dan molekuler

Beberapa jenis molekul penting dalam morfogenesis. Morfogen adalah molekul larut yang dapat berdifusi dan membawa sinyal yang mengontrol diferensiasi sel melalui gradien konsentrasi. Morfogen biasanya bertindak melalui pengikatan pada reseptor protein spesifik. Kelas molekul penting yang terlibat dalam morfogenesis adalah protein faktor transkripsi yang menentukan nasib sel dengan berinteraksi dengan DNA. Ini dapat dikodekan oleh gen pengatur utama, dan mengaktifkan atau menonaktifkan transkripsi gen lain; pada gilirannya, produk-produk gen sekunder ini dapat mengatur ekspresi gen lain yang masih ada dalam kaskade pengaturan jaringan regulatori gen.

Pada akhir kaskade ini adalah kelas-kelas molekul yang mengendalikan perilaku seluler seperti migrasi sel, atau, lebih umum, sifat-sifatnya, seperti adhesi sel atau kontraktilitas sel. Sebagai contoh, selama gastrulasi, gumpalan sel punca mematikan adhesi sel ke sel mereka, menjadi bermigrasi, dan mengambil posisi baru dalam embrio di mana mereka kembali mengaktifkan protein adhesi sel tertentu dan membentuk jaringan dan organ baru. Jalur pensinyalan perkembangan yang terlibat dalam morfogenesis termasuk Wnt, Hedgehog, dan ephrins.

Basis seluler

Pada tingkat jaringan, mengabaikan alat kontrol, morfogenesis muncul karena proliferasi dan motilitas sel. Morfogenesis juga melibatkan perubahan dalam struktur seluler atau bagaimana sel berinteraksi dalam jaringan. Perubahan ini dapat mengakibatkan perpanjangan jaringan, penipisan, lipat, invasi atau pemisahan satu jaringan menjadi lapisan yang berbeda. Kasus terakhir sering disebut sebagai penyortiran sel.

Sell “sorting out” terdiri dari sel-sel yang bergerak sehingga menyortir ke dalam kelompok-kelompok yang memaksimalkan kontak antara sel-sel dari jenis yang sama. Kemampuan sel untuk melakukan ini telah diusulkan untuk muncul dari adhesi sel diferensial oleh Malcolm Steinberg melalui hipotesis adhesi diferensial. Pemisahan jaringan juga dapat terjadi melalui peristiwa diferensiasi seluler yang lebih dramatis di mana sel-sel epitel menjadi mesenkim (lihat transisi epitel-mesenkim).

Sel mesenchymal biasanya meninggalkan jaringan epitel sebagai konsekuensi dari perubahan perekat sel dan sifat kontraktil. Setelah transisi epithelial-mesenchymal, sel-sel dapat bermigrasi dari epitel dan kemudian bergabung dengan sel-sel serupa lainnya di lokasi baru.

Adhesi sel ke sel

Selama perkembangan embrionik, sel dibatasi pada lapisan yang berbeda karena perbedaan afinitas. Salah satu cara ini dapat terjadi ketika sel-sel berbagi molekul adhesi sel-ke-sel yang sama. Misalnya, adhesi sel homotipik dapat mempertahankan batas antara kelompok sel yang memiliki molekul adhesi yang berbeda. Lebih lanjut, sel dapat mengurutkan berdasarkan perbedaan adhesi antar sel, sehingga bahkan dua populasi sel dengan level berbeda dari molekul adhesi yang sama dapat memilah.

Dalam kultur sel, sel yang memiliki adhesi terkuat bergerak ke pusat agregat campuran sel. Selain itu, adhesi sel-sel sering dimodulasi oleh kontraktilitas sel, yang dapat mengerahkan kekuatan pada kontak sel-sel sehingga dua populasi sel dengan tingkat yang sama dari molekul adhesi yang sama dapat memilah. Molekul yang bertanggung jawab untuk adhesi disebut molekul adhesi sel (CAM).

Matriks ekstraselular

Matriks ekstraseluler (ECM) terlibat dalam menjaga jaringan tetap terpisah, memberikan dukungan struktural atau menyediakan struktur bagi sel untuk bermigrasi. Kolagen, laminin, dan fibronektin adalah molekul ECM utama yang disekresikan dan disusun menjadi lembaran, serat, dan gel. Reseptor transmembran multisubunit yang disebut integrin digunakan untuk mengikat ECM. Integrin berikatan secara ekstraseluler dengan fibronektin, laminin, atau komponen ECM lainnya, dan secara intraseluler dengan protein pengikat mikrofilamen α-aktinin dan talin untuk menghubungkan sitoskeleton dengan bagian luar. Integrin juga berfungsi sebagai reseptor untuk memicu kaskade transduksi sinyal saat mengikat ke ECM. Contoh morfogenesis yang dipelajari dengan baik yang melibatkan ECM adalah percabangan kelenjar susu.

Kontraktilitas sel

Jaringan dapat mengubah bentuk dan memisahkan menjadi beberapa lapisan melalui kontraktilitas sel. Seperti halnya dalam sel otot, miosin dapat berkontraksi dengan berbagai bagian sitoplasma untuk mengubah bentuk atau strukturnya. Kontraktilitas yang digerakkan oleh myosin dalam morfogenesis jaringan embrio terlihat selama pemisahan lapisan germinal pada organisme model Caenorhabditis elegans, Drosophila dan zebrafish. Sering ada denyut kontraksi periodik pada morfogenesis embrionik.

Loading...

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *