Banyak deskripsi dalam pembelahan sel. Sel parental menghasilkan dua sel anakan yang mirip dengan sel parental. Pembelahan sel secara simetris progeny tidak mengalami perubahan susunan, namun dalam suatu kasus jika terdapat sel anakan kurang dari 100 tipe sel yang berbeda yang terbentuk, perbedaan sel akan terjadi jika ada dua sel identik yang terpisah oleh jarak atau karena lingkungan. Perbedaan sel juga bisa terjadi sejak sel lahir. Sel anakan berbeda dengan sel induk. Hal ini terjadi karena adanya pembelahan yang asimetris, yang berbeda ukuran, bentuk, komposisi, atau gen yang mungkin aktivitas potensialnya berbeda.

Sel induk menghasilkan sel khusus yang menyusun jaringan tubuh yang menunjukkan pola pembelahan sel . Sel induk dapat memebelah secara simetris dengan menghasilkan dua sel anakan yang identik dan mirip dengan sel induk. Sel dapat membelah secara asimetris yang menghasilkan salinan derivatnya sendiri dan sel induk memiliki kemampuan terbatas, seperti pembelahan yang terbatas waktu yang menyebabkan penurunan sifat lebih sedikit dari sel induk ( gambar 22-2b).

cb1

Sel induk memiliki kemampuan multipotent yang dapat menghasilkan jenis sel yang berbeda. Sebagai contoh induk sel yang multipoten pada sel darah akan menghasilkan salinannya dan beberapa sel darah. Namun hal ini tidak terjadi pada sel kulit. Sebaliknya sifat unipotent , sel induk dapat membentuk suatu salinan dirinya dan sel yang sejenis. Pembelahan asimetris dari suatu sel induk dihasilkan oleh sel induk yang dapat menaikan atau mematikan deferensiasi sel.

Dua sifat penting yang dapat membedakan sel induk dengan sel yang lainnya adalah kemampuan untuk memproduksi sel sejenis tanpa batas dengan pembelahan simetris, yang biasa disebut self-renewal. Kemampuan pembelahan asimetris memiliki potensi yang terbatas untuk menghasilkan sel anakan yang identik dengan induk. Dengan pembelahan mitosis sel induk dapat menjaga sel induk yang dapat menghasilkan sel anakan yang berbeda dengan dirinya. Meskipun banyak sel yang dapat membelah secara simetris yang menghasilkan sel anakan, juga dibatasi oleh waktu. Begitu pula sel induk yang membelah secar asimetris akan menghasilkan sel anakan yang berbeda dan tidak identik dengan sel induk. Telur yang telah dibuahi atau zigot adalah sel tunggal yang dapat menghasilkan semua jenis sel somatis. Meskipun secara teknis tidak menimbulkan sifat sel induk, karena sel tidak memiliki sifat self-renewal.

Sebagai contoh: embrio awal tikus melalui 8 tahapan sel yang masing masing sel dapat menghasilkan semua jenis sel embrio. Apabila 8 sel eksperimental dipisah dan masing masing sel ditanam atau diimplantasi pada induk yang lain sel dapat menjadi individu tikus baru dengan sempurna. Hal ini menunjukkan sel sel tersebut mampu membentuk suatu jaringan dengan sifat totipotensi. Sebuah sel induk hematopoetic dapat menghasilkan sel darah. Satu bagian dari sel induk yang multipotent dapat menghasilkan keturunan yang berbeda.

Contoh lain: studi garis keturunan sel yang terifeksi retrovirus menunjukkan bahwa neuron dan sel glial timbul dari satu bagian sebuah sel induk tertentu. Jenis sel ini sangat berbeda, neuron memperbanyak dan mengirimkan sinyal listrik, sel glial menyediakan dan mengisolasi serta mendukung sinyal elektrik. Neuron dan sel glia bukan berasal dari se induk karena tidak memiliki sifat self-renewal. Dan kemungkunan berasal dari sel batang. Berdasarkan hasil pengamatan suatu sel dari jaringan dapt dirangsang dalam kondisi tertentu dan bertindak sebagai sel batang untuk jaringa yang berbeda. Pada binatang yang baru melahirkan terdiri dari banyak jaringan meliputi darah, usus, kulit , ovarium, testis, otot, hati dan otak dengan bagian sel yang normal. Pada otot dan hati sel induk adlah paling penting dalam penyembuhan.

cb2

Embrionic stem cell (ES) dapat diisolasi dari embrio awal dan dapat ditumbuhkan melalui kultur. Kultur sel Es dapat dibedakan menjadi berbagai jenis sel secara in vitro. Ketika tumbuh dalam media kultur, sel Es dideferensiasi menjadi agregat multiseluler, dimana muncul embrio yang mirip dengan embrio awal. Ketika dipindahkan ke medium padat, mereka tumbuh menjadi sejumlah sel yang terdiri dari sejumlah sel ya r terdiri dari berbagai jenis sel yang berbeda. Termasuk saraf, pigmen dan sel epitel non pigmen ( gambar 22.3b). Dalam kondisi lain sel ES yang terinduksi berdiferensiasi menjadi perkursor bagi sel darah.

Contoh Medis

Stem sel biasanya dgunakan sebagai terapi untuk memulihkan jaringan yang telah rusak atau sebagai bahan penelitian untuk mengenali kultur sel luar biasa pada embrio dan dari jaringan lain yang telah melahirkan. Misalnya dalam sel saraf atau neuron memproduksi neurotransmitter dopamin yang dapat dihasilkan dari kultur stem sel. Hal ini dapat digunakan untuk mengobai penyakit parkinson yang disebabkan oleh kehilangan neuron. Neurotransmitter yang telah di transplantasikan pada 300 penderita parkinson, beberapa diantaranya mampu bertahan hingga 12 tahun dan telah menunjukkan perubahan yang significant. Namun jaringan yang digunakan adalah jaringan yang langka dan penggunaanya kontroversial. Stem sel tumbuh apada embrio yang sangat awal. Dan hal ini mungkin bisa digunakan dalan neuro degeneratif lain seperti penyakit alzeimer. Kemungkinan yang sama terjadi pada pembentukan darah, pankreas, dan sel lainnya.

Selain dalam hal medis, Es sel telah terbukti dapat memproduksi tikus mutan yang dapat digunakan untuk memepelajari berbagai penyakit, perkembangan mekanisme, perilaku dan fisiologi. Es sel kemungkinan bisa digunakn untuk menghilangkan atau memodifikasi fungsi gen tertentu pada Es sel. Es sel yang telah dimutasi dapat digunakan untuk menghasilkan tikus dengan gen knockuot. Berdasarkan analisis, efect yang ditemukan pad mutasi gen dengan cara ini sering memeberikan petunjuk tentang fungsi normal gen dan protein.

Banyak jenis sel yang terdeferensiasi yang memiliki rentang hidup yang pendek. Penyakit dan trauma dapat dihilangkan dengan deferensiasi sel. Ketika sel sudah tidak dapat membelah, maka harus diganti dengan stem sel terdekat. Epidermis kulit adalah lapisan multilayer terdiri atas lapisan sel induk yang menghasilkan dua atau lebih duplikatnya serta keratinocit. Kebanyakan sel ini berada pada kulit, keratinisit bergerak ke permukaan dan menjadi semakin merata dan diisi dengan filamen keratin intermediete. Pada kondisi normal, sekitar 15-30 hari kelahiran, keratinosit berada pada bagian paling bawah untuk berdiferensiasi dan berpindah pada bagian paling atas. Sel dipermukaan mati dan menumpuk.

Berbeda dengan lapisan epidermis, lapisan epitel usus kecil adalah sel tungggal yang tipis. Lapisan ini dapat mencegah toksik dan patogen masuk kedalam tubuhndan juga transport nutrisi penting untuk kelangsungan hidup dan luminisus ke dalam tubuh. Sel epitel usus terletak sebelah dalam dinding yang berupa lubang –lubang yang disebut crypts. Sel induk memproduksi sel perkursor yang berproliferasi dan berdeferensiasi, naik ke posisi scypt untuk membentuk lapisan permukaan usus yang disebut vili yang terdapat pada usus penyerapan. Waktu yang dibutuhka sel lahir dari scrypt sampai sel menghilang diujung vili sekitar 2-3 hari. Dengan demikin sel harus diproduksi terus menerus dalam jumlah besar untuk menjaga sel tetap utuh. Produksi sel baru harus dikontrol, jika terlalu sedikit pembelahan akan menghilangkan vili dan mengakibatkan kerusakan pada permukaan usus. Jika terlau banyak pembelahan akan kelebihan epitel besar dan dapat memicu terjadinya kanker.

Sinyal spesifik diperlukan untuk membentuk dan memelihara populasi sel induk, dalam kulit dan epitel usus, pertumbuhan sel induk diatur oleh β-catenin, protein membantu sel untuk tersambung pada cytoskeleton dan juga berfungsi sebagai sinyal transduktor pada jalur WNT. Kelebihan β-cetanin aktif menyebabkan kelebihan proliferasi epitel usus dan folikel rambut, yang merupakan struktur khusus turunan dari kulit sel induk, dan berada dalam epidermis. Β- cetanin dapat terhambat dengan faktor transkripsi TCF yang menghapus pengaktifan sel induk pada usus. Tidak adanya β-cetanin, sel induk kulit berbentuk epidermis tetapi folikel rambut dan rambut tidak terbentuk. Sinyal WNT sangat penting untuk membentuk, memelihara, atau mengaktifkan sel induk dalam berbagi jaringan.

Sel yang mengandung sel epidermal dendrik yang merupakan suatu sel kekebalan yang menghasilkan bentuk tertentu dari reseptor sel T. Sel ini secara genetik dimodifikasi sehingga tidak menghasilkan sel reseptor, penyembuhan luka lambat dan kurang menyeluruh daripada sel normal. Penyembuhan secara normal dilakukan dengan penambahan faktor pertumbuhan keratinocit. Hipotesis saat ini ketika dendrit epidermal sel T mengenali antigen sel dalam jaringan yang rusak, respon yang diberikan berupa sintesis protein. Banyak sinyal lain yang juga mengontril pertumbuhan sel kulit termasuk β-cetanin, hedgehog, kalsium, TGF α dan tgf β. Semua sinyal bekerjasama untuk mengontrol pertumbuhan dan penyembuhan luka dan mungkin bisa membuka jalan baru dalam upaya penyembuhan penyakit psoriasis, kanker kulit.

Kasus replantasi jaringan darah secara terus menerus dari stem sel sumsum tulang pada hewan dewasa, berbagai jenis sel darah semua berasal dari sel tunggaldan pluripotent hematopoetik stem sel yaang akan menaikkan jumlah sel induk myolid dan lympoid yang saat ini terbatas. Frekuensi sel induk hematopoetic sekitar 1 sel per 104 sel sumsum tulang, bahkan bisa lebih pad sel cryts. Sejumlah faktor pertumbuhan ekstraseluler (sitikines)yang mengatur proliferasi dan diferensiasi sel darah. Misalnya eritropoetin dapat mengaktifkan beberapa sinyal transduksi intraseluler yang berbeda, mendorong perubahan ekspresi gen yang mendukung bentuk eritrosit. Garis keturunan hematopoetic dilakukan dengan penyuntikan sel perkusor pada tikus yang telah dihilangkan sel perkusornya dengan diradiasi. Berdasarkan penelitian sel darah yang telah dipulihkan dengan tsel darah yang telah dipulihkan dengan transplantasi, peneliti dapat menarik kesimpulan sel yang berdiferensiasi (eritrosit, monosit) timbul dari jenis perkusor tertentu. Langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pemisahan berbagai jenis perkusor hematopoetik, karena setiap jenis menghasilkan kombinasi unik dari protein perbukaan sel yang dapat berfungsi sebagai jenis penanda khusus. Jika ekstrak sumsum tulang diperlakukan dengan antibody fluorochrome sebagai penanda, sel dengan penanda permukaan yang berbeda dapat dipisahkan sehingga sel fluorescence yang aktif.

Sekarang transplantasi sumsum tulang belakang paling sukses dan amenyebar luas dengan stem sel. Stem cel dalam transplantasi menghasilkan hal baru, sel darah sel darah yang fungsional dengan penyakit heraditas darah dan pada pasien kanker yang telah menjalani kemoterapi, intinya keduanya mengalami kerusakan sel sumsum tulang belakang oleh sel kanker. Eksplorasi stem cell embrionic dapat diinduksi menjadi tipe sel yang berbeda yang berfungsi untuk terapi. Misalnya, stem cell tikus diberi perlakuan inhibitor phosphatidylisositol-3 kinase. Regulator pada salah satu jalur pensinyalan phospoinositide cell yangmenyerupai sel pankreas β dalam produksi insulin. Kepekaan terhadap glukosa dan agregasi menjadi struktur pankreas. Implantasi sel ini menjadi berpengaruh terhadap pertumbuhan, berat, tigkat glukosa, dan tetap dalam keadaan normal.Stem sel pada tanaman terletak pada meristem.

Populasi sel yang tidak berdiferensiasi ditemukan pada ujung tunas pertumbuhan. Meristem tunas apikal memproduksi daun dan tunas, dan tentu banyak stem sel yang merupakan meristem abadi.meristem dapat bertahan ribuan tahun pada spesies berumur panjang seperti pohon redwood dan pinus bristlecone. Pada tanaman sel meristem tumbuh, sel di sebelah dalam meristem terbungkus dindidng sel yang keras dan tidak dapat tumbuh lagi. Meristem tunas apikal (sam) dapat membelah membentuk cabang, masing masing cabang terdapat sam, atau dikonfersikan menjadi meristem floral. Meristem floral dapat menghasilkan 4 organ bunga, sepal, benang sari, carpel dan kelopak yang berbentuk bunga. Tidak seperti sam, meristem floral secara bertahap menghilang seperti dalam pembentuka empat organ. Sejumlah gen telah ditemukan untuk mengatur pembentukan, pemeliharaan dan sifat meristem.

Banyak gen mengkodekan faktor transkripsi sebagai contoh urutan regulator, terutama faktor transkripsi, kontrol membedakan pemisahan sel dari sam menjadi bentuk daun, sama halnya 3 tipe bentuk kontrol regulator pembentukan organ dari meristem floral. Dalam kedua kasus interaksi gen terjadi, dengan faktor transkripsi sebelumnya. Pada waktu yang sama sel sel dibagi dan dibedakan serta di sebar jauh dari asal mereka.Delapan sel yang dihasilkan dari tiga divisi pertama dari sebuah zigot mamalia semua terlihat sama.

Sebagai percobaan pada tikus menunjukkan, masing-masing sel memiliki potensi untuk berkembang menjadi binatang yang lengkap. Divisi tambahan menghasilkan sel mass, yang terdiri dari ≈ 64 sel, yang terbagi menjadi dua jenis sel: trofektoderm, yang akan membentuk jaringan ekstraembrionik seperti plasenta, dan inner sel mass. Inner sel mass terdapat tiga lapisan germinal, masing-masing dengan nasib berbeda. Lapisan pertama, ektoderm, akan membuat saraf dan sel-sel epidermis; mesoderm, akan membuat otot dan jaringan ikat; lapisan ketiga, endoderm, akan membuat epitel usus (gambar 22-7).

cb3

Jika sel-sel dari segala lapisan ini dicangkokkan ke salah satu lapisan lain, mereka tidak membentuk sel-sel yang sesuai lokasi baru mereka. Kesimpulan ini didasarkan pada percobaan dengan hewan chimeric terdiri dari sel ayam dan puyuh. Embrio terbentuk dari sel-sel dari kedua jenis burung cukup berkembang normal, namun sel-sel derivat dari masing-masing donor d. Dengan demikian kontribusi pat dibedakan dibawah mikroskop dengan demikian pengaruh yang berbeda dari burung akhirnya dapat dipastikan.

Setelah tiga lapisan germinal dibentuk, mereka kemudian terbagi menjadi populasi sel dengan nasib yang berbeda. Misalnya, ektoderm menjadi terbagi dalam sel-sel yang menyusun epitel kulit dan penyusun sistem saraf. Penampakan ini sebagai pembatasan dalam berbagai jenis sel yang dapat terbentuk dari sel-sel batang dan sel-sel prekursor sebagai pengembangan dari hasil. Sebuah sel batang embrio awal, seperti telah kita lihat, dapat membentuk setiap jenis sel; sebuah sel ectodermal memiliki pilihan antara saraf dan epidermis nasib; dan keratinocyte pendahulu dapat terbentuk di kulit tetapi tidak neuron. Batasan lain yang terjadi di awal perkembangan hewan adalah menyisihkan sel-sel yang akan membentuk germinal line, yaitu, sel-sel induk dan sel-sel prekursor yang pada akhirnya akan menimbulkan telur dalam wanita dan sperma laki-laki. Hanya genome germinal line akan dapat diteruskan kepada keturunannya.

Yang menyisihkan germinal-line sel di awal pembangunan ada hipotesa untuk melindungi kromosom dari kerusakan oleh mengurangi jumlah putaran replikasi mereka menjalani atau dengan membiarkan kemasan khusus dari sel-sel yang sangat penting untuk keturunan. Apa pun alasannya, pemisahan awal dari luas germinal line (walaupun tidak universal) di antara hewan. Sebaliknya, tanaman melakukan apa-apa dari jenis; paling meristems dapat menimbulkan sel germinal-line. Satu konsekuensi dari pemisahan awal germinal-line sel adalah hilangnya atau penataan ulang gen dalam sel somatik sel tidak akan mempengaruhi genome warisan zigot yang akan datang. Meskipun segmen dari genom yang disusun kembali dan hilang selama perkembangan limfosit dari perkusor hematopoietic , sebagian besar sel somatik tampaknya memiliki genom utuh, setara dengan germinal line.

Bukti bahwa pada setidaknya beberapa sel-sel somatik yang lengkap dan genom fungsional berasal dari produksi kloning binatang oleh kloning transfer nuklir. Dalam prosedur ini, inti sel orang dewasa (somatik) diperkenalkan ke dalam sel telur yang tidak memiliki inti, manipulasi sel telur, yang berisi jumlah kromosom diploid dan setara dengan zigot, kemudian ditanamkan ke ibu angkat. Satunya sumber informasi genetik untuk memandu perkembangan embrio adalah genom inti dari sel somatik donor. Itu sering kegagalan seperti percobaan kloning namun, menaikkan pertanyaan tentang berapa banyak sel-sel somatik dewasa pada kenyataannya memiliki fungsional yang genom lengkap. Bahkan keberhasilan, seperti kloning pada domba “dolly,” tampaknya memiliki beberapa masalah medis. Bahkan jika sel-sel yang berbeda secara fisik genom lengkap, jelas hanya bagian dari itu adalah transcriptionally aktif (bab 10). Apakah dengan iferensiasi genome sel dapat kembali untuk memiliki perkembangan penuh karakteristik dari potensi sel embrio adalah masalah perdebatan. Sebuah sel, misalnya, memiliki genom utuh, tetapi tidak dapat mengaktifkannya dengan baik karena warisan tingkat kromatin.

Pengamatan ini menimbulkan dua pertanyaan penting: Bagaimana nasib sel Pembatasan progresif selama perkembangan? Apakah pembatasan ini tidak dapat diubah? Dalam menangani pertanyaan-pertanyaan ini, perlu diingat bahwa sel normal in vivo mungkin akan dilakukan berbeda dari apa yang sel mampu melakukan jika dimanipulasi secara eksperimental. Jadi mengamati batas-batas apa yang bisa dilakukan sebuah sel dapat mengakibatkan mungkin regulasi atau mungkin mencerminkan kegagalan untuk menemukan kondisi bahwa sel memiliki potensi penuh. Meskipun fokus kami dalam bab ini adalah tentang bagaimana menjadi sel berbeda, kemampuan mereka untuk tetap sama juga sangat penting ke fungsi seluruh jaringan dan organisme. Nondividing sel dibedakan dengan karakteristik tertentu harus mempertahankan mereka, kadang-kadang selama beberapa dekade. Stem sel-sel yang membelah secara teratur, seperti kulit batang sel, harus menghasilkan anakan sel dengan sifat-sifat sel parental, mempertahankan komposisi khas, bentuk, perilaku, dan tanggapan sinyal eksternal tertentu. Sementara itu, sel anakan lain sendiri berbeda dengan warisan, hasilnyapembelahan sel yang simetris, diferensiasi, jalur embarks dapat ditentukan oleh sinyal yang sel diterima.

Garis Keturunan C. elegans

Dalam perkembangan beberapa organisme, garis keturunan sel yang di bawah kendali genetik dan identik dalam semua spesies. Dalam organisme lain jumlah pasti dan susunan sel-sel secara substansial bervariasi berbagai individu. Contoh pola pembelahan sel berasal dari nematoda C. elegans. Para ilmuwan telah menelusuri garis keturunan semua sel somatik dalam c. Elegans dari telur cacing yang matang dengan mengikuti perkembangan hidup cacing menggunakan nomarski gangguan mikroskop (gambar 22-8)

cb4

Kira-kira 10 putaran pembelahan sel, atau kurang, meghasilkan cacing dewasa, dengan diameter sekitar 1 mm dan panjang 70μm. Cacing dewasa memiliki 959 inti sel somatik (hermafrodit bentuk) atau 1031 (laki-laki). Jumlah somatik sel ini agak kurang dari jumlah inti karena beberapa sel berisi beberapa nukleus (yaitu, mereka syncytia). Hebatnya, pola pembelahan sel dimulai dari sebuah telur C. elegans dibuahi hampir selalu sama. Banyak sel yang dihasilkan selama menjalani program kematian sel dan hilang dalam cacing dewasa. Konsistensi garis keturunan selc. Elegans tidak menghasilkan sama sekali dari masing-masing sel baru lahir mewarisi informasi spesifik tentang takdir. Dalam beberapa kasus, berbagai sinyal awalnya langsung identik sel takdir tertentu, dan hasil sinyal ini konsisten dari satu binatang ke yang berikutnya. Yaitu, sel kelahiran mereka tidak selalu “keras kabel” oleh warisan internal mereka sendiri petunjuk untuk mengikuti jalan diferensiasi tertentu.

Beberapa sel pertama divisi c. Elegans menghasilkan enam pendiri sel berbeda , masing-masing dengan nasib yang terpisah seperti ditunjukkan pada gambar 22-I9a, b. Pembagian awal asimetris, sehingga menimbulkan untuk p1 dan sel ab. Divisi lebih lanjut dalam garis keturunan p membentuk lima sel lainnya. Beberapa sinyal mengendalikan asimetri yang diketahui. Sebagai contoh, wnt sinyal dari p2 mengendalikan divisi asimetris ems dari sel ke e dan ms pendiri sel. Wnt signaling (lihat gambar 15-32) juga digunakan dalam asimetris lainnya di dalam divisi cacing. Simetri bilateral dari worm menyiratkan duplikasi garis keturunan pada kedua belah pihak; anehnya, walaupun, secara fungsional sel sama di setiap sisi dapat timbul dari pola divisi yang berbeda di kedua belah pihak.

Beberapa embrio sel berfungsi sebagai sel induk, membelah berulang kali untuk membentuk lebih dari diri mereka sendiri atau jenis lain dari sel induk. Ransniving dari diferensiasi sel-sel menimbulkan jaringan tertentu. Dalam satu pola divisi, salah satu sel anakan dari sebuah divisi mulai mengulang dari pola garis keturunan beberapa divisi sebelumnya. C. elegans telah menjadi kuat sistem model untuk studi genetik untuk mengidentifikasi regulator yang mengendalikan garis keturunan sel dalam waktu dan ruang.

Bukti menarik untuk kontrol genetik memiliki garis keturunan sel datang dari isolasi dan analisis mutan heterochronic. Dalam mutan ini, peristiwa perkembangan tahap pembangunan terjadi terlalu dini (sebelum waktunya) atauterlambat (perkembangan terbelakang). Contoh yang pertama sel dini untuk menghasilkan sel yang membedakan sel yang mati; sebagai akibatnya, garis keturunan yang seharusnya diikuti dari sel yang mati tidak pernah terjadi. Dalam kasus terakhir, terjadinya keterlambatan menyebabkan struktur garis keturunan terlalu awal untuk diproduksi, tidak tepat, pada hewan matang. Dalam kedua kasus, karakter sel orangtua, pada dasarnya, berubah dengan karakter sel pada tahap perkembangan yang berbeda. Beberapa lainnya ditemukan cacat dalam mengkode mutan heterochronic cacing rnaspinning mengikat DNA, yang diperkirakan koordinat ekspresi gen lain. Namun, dua gen lain (lin – 4 dan membiarkan-7) terlibat dalam mengatur waktu pembelahan sel awalnya sangat membingungkan, karena mereka tampaknya tidak untuk mengkodekan setiap protein. Untuk menemukan produk-produk dari gen tersebut, ilmuwan menentukan potongan DNA genomik bisa mengembalikan fungsi gen, dan karena sel garis keturunan, untuk mutan cacat dalam setiap gen. Mereka kemudian melakukan hal yang sama dengan genomik DNA dari genom yang sesuai daerah yang berbeda pada jenis cacing.

Molekul rna pendek dikodekan oleh lin-4 dan membiarkan-7 itu kemudian terbukti menghambat terjemahan dari mrna yang dikodekan oleh lin-14 dan heterochronic gen (gambar 22-10b). RNA kecil ini, atau rna mikro (mirnas), saling melengkapi dan diterjemah sebagai bagian target mrna dan dipercaya untuk mengontrol terjemahan mnras oleh hybridizing . Perubahan temporal dalam produksi tersebut dan mirnas lain selama siklus hidup C. elegans berfungsi sebagai peraturan jam untuk sel keturunan. Dengan membiarkan-7 rna telah telah diidentifikasi dalam molekul yang berkaitan padabanyak hewan lain termasuk vertebrata dan serangga; karena produksi mereka temporal diatur dalam hewan-hewan ini juga, mereka dapat melayani fungsi yang sama dalam perkembangan mereka seperti dalam C. elegans. Ternyata memainkan banyak peran dalam mengatur ekspresi gen.

Spesifikasi

Tipe Sel pada Yeast

Transisi dari sel yang belum terdiferensiasi menjadi terdeferensiasi sering melibatkan produksi satu atau sejumlah kecil faktor transkripsi. Faktor transkripsi yang baru dihasilkan berfungsi sebagai saklar yang memicu aktivasi (dan kadang-kadang represi) dari baterai besar gen bawahan. Jadi perubahan awalnya sederhana dapat menyebabkan perubahan besar dalam ekspresi gen yang memberikan karakter baru pada sel.

Spesifikasi tipe sel dari ragi, S. cerevisiae mempunyai tiga jenis sel: sel-sel haploid a dan α dan diploid a/α sel. Perubahan dalam ekspresi hanya sebagian kecil dari genom secara signifikan dapat mengubah perilaku dan sifat sel. Telah diidentifikasi 32 gen yang ditranskripsi lebih dari dua kali lebih tinggi dalam sel α daripada di sel a. Kemudian, 50 gen ditranskripsi lebih dari dua kali lebih tinggi dalam sel a daripada di sel α. Produk 82 gen ini, yang awalnya diaktifkan oleh regulator transkripsi tipe spesifikasi sel, menyampaikan banyak perbedaan penting antara kedua jenis sel ini.

Transkripsi dari sejumlah gen yang jauh lebih besar, sekitar 25 persen dari total diuji, berbeda secara substansial pada sel diploid dibandingkan dengan sel haploid. Setiap jenis telah menetapkan gen aktifnya tersendiri; gen lainnya yang aktif dalam ketiga tipe sel. Dalam pola umum untuk banyak organisme dan jaringan, spesifikasi tipe sel dalam ragi dikendalikan oleh sejumlah kecil faktor transkripsi yang mengkoordinasikan kegiatan gen lainnya. Fitur pengaturan serupa ditemukan pada respon sel eukariotik lebih tinggi untuk sinyal lingkungan dan dalam spesifikasi dan pola sel dan jaringan selama pengembangan.

Urutan pengkode yang terbawa pada lokus MAT berbeda pada sel haploid α dan a dan sel diploid. Tiga tipe transkripsi spesifik faktor, α1, α2, dan a1, terkode pada lokus MAT yang teraktifkan dengan MCM1. Berikut ini adalah gambaran umum dari sistem aktivasi pada gen S. cerevisiae.

cb8

Keterangan :

  • asg = a – specific genes/mRNA
  • αsg = α – specific genes/mRNA
  • hsg = haploid-specific genes/mRNA

Pada S. cerevisiae, sel α memproduksi α mating factor dan a receptor; sel a memproduksi a factor dan α receptor. Penempelan dari mating factor menuju reseptor sel yang berbeda tipe mengarahkan pada aktivasi gen, menghasilkan keturunan dan produksi sel diploid. Pada ketersediaan nutrien, sel ini akan berkembang menjadi sel diploid. Sebaliknya, tanpa ketersediaan nutrien, sel akan bermeiosis dan membentuk sel haploid.

cb5

Spesifikasi dan Diferensiasi Otot

Sebagaimana ditunjukkan oleh pola ekspresi global, sel ragi dari jenis perkawinan yang berbeda agak mirip. Perkembangan biologi belum mengetahui kumpulan molekul lengkap yang membedakan satu jenis sel (misalnya, otot) dari semua jenis sel lainnya pada organisme multiseluler. Luas spesifikasi dan diferensiasi sel yang terjadi selama perkembangan hewan dan tumbuhan bergantung pada kedua perbedaan kuantitatif dan kualitatif dalam ekspresi gen, dikendalikan pada tahap transkripsi, serta pada struktur sel dan keadaan aktivitas protein.

Sebuah strategi susunan molekul yang mengesankan, beberapa kesamaan dengan yang ditemukan dalam spesifikasi jenis sel ragi, telah berevolusi untuk membawa jalan perkembangan kompleks yang mencirikan organisme multiselular.sel otot telah fokus pada banyak penelitian karena perkembangan mereka dapat dipelajari dalam sel kultur seperti pada hewan utuh. Awal kemajuan dalam pemahaman pembentukan sel-sel otot (myogenesis) berasal dari penemuan gen pengatur yang dapat mengubah sel-sel kultur menjadi sel otot. Kemudian mutasi tikus mempengaruhi gen tersebut yang diciptakan dan dipelajari untuk mempelajari fungsi protein yang dikodekan oleh gen ini, berikut ini yang mana para ilmuwan telah menyelidiki bagaimana gen pengatur otot mengontrol gen lain.

Analisis micro susunan DNA telah diterapkan untuk memahami fungsi twist(simpul, gulungan) dan gen pengatur lainnya dalam perkembangan otot. Misalnya, pola ekspresi embrio Drosophila normal baru-baru ini telah dibandingkan dengan embrio mutan dimana gen twist rusak. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa protein Twist yang dikode oleh gen ini merupakan faktor transkripsi yang diperlukan untuk membuat sel-sel otot pada lalat dan hewan lainnya. Twist menghidupkan produksi faktor transkripsi lain, yang pada gilirannya mengaktifkan gen penyandi myosin, aktin, dan protein spesifik otot lainnya. Untuk menilai seberapa banyak gen yang diperlukan untuk menentukan otot, peneliti menentukan ekspresi dari hampir 4.000 gen lalat (sekitar 30 persen dari total) dalam embrio lalat normal dan padatwist mutan. Gen yang termasuk dalam microarray, sekitar 130 (3,3 persen), termasuk banyak gen diferensiasi otot yang telah dikenal, yang ditulis pada tingkat yang lebih rendah (atau tidak sama sekali) di twist mutan. Hasil ini menunjukkan bahwa perubahan transkripsi setidaknya dalam beberapa ratus gen terlibat dengan diferensiasi tipe sel yang sangat khusus seperti otot.

Penelitian microarray terbaru lain telah mencari transkripsi gen yang berbeda dalam beberapa subtipe otot pada tikus. Mereka telah mengidentifikasi 49 gen dari 3000 gen yang ditranskripsi diperiksa secara substansial tingkat yang berbeda dalam otot merah (kekuatan) dan otot putih (respon cepat). Petunjuk tentang dasar molekul perbedaan fungsional antara otot merah dan putih yang mungkin dari 49 gen dipelajari dan produk mereka.

Di sini kita menguji peran faktor transkripsi tertentu dalam menciptakan otot rangka pada vertebrata. Regulator otot ini menggambarkan bagaimana transkripsi terkoordinasi dari kumpulan gen target dapat menghasilkan jenis sel yang berbeda dan bagaimana kaskade(mengalir)dari kejadian dan signal pentranskripsian yang diperlukan untuk mengkoordinasikan perilaku dan fungsi sel.

Somit embrio menimbulkan myoblasts, prekursor sel-sel otot rangka Myogenesis kerangka Vertebrata terjadi melalui tiga tahap: penentuan sel otot prekursor, yang disebut myoblasts, proliferasi dan dalam beberapa migrasi myoblasts, dan diferensiasi terminal mereka ke otot dewasa (Gambar 22-14). Pada tahap pertama myoblast muncul dari cetakan selmesoderm induk, yang disebut somit, terletak di sebelah tabung neural dalam embrio. Sinyal khusus dari jaringan sekitar berperan penting dalam menentukan mana myoblasts yamg akan dibentuk pada perkembangan somite. Pada tingkat molekuler, keputusan sel mesodermal untuk mengambil sel otot secara kebetulan mencerminkan aktivasi gen pengoding faktor transkripsi tertentu.

Sebagai myoblasts berproliferasi dan bermigrasi, untuk memberitahu tunas dahan berkembang, mereka menjadi selaras/lurus, berhenti membelah dan melebur untuk membentuk sebuah syncytium (sebuah sel yang mengandung beberapa inti sel, tapi berbagi sitoplasma umum). Kami menyebut sel multinuklear ini myotubes. Pada saat yang sama dengan peleburan sel adalah peningkatan dramatis dalam ekspresi gen yang diperlukan untuk pengembangan dan fungsiotot labih lanjut.

Sinyal ekstraselular khusus yang mengarah pada penentuan setiap kelompok myoblasts dinyatakan hanya sementara saja. Sinyal ini memicu produksi faktor intraseluler yang mempertahankan program myogenic setelah sinyal pengarah hilang.Kami membahas identifikasi dan fungsi protein myogenic dan interaksi mereka, di beberapa bagian berikutnya.

Myogenic gen pertama kali diidentifikasi dalam penelitian dengan fibroblas berbudaya Dalam studi in vitro dengan garis sel fibroblas yang ditunjuk C3H 10T 1/2 memainkan peran pokok dalam memotong mekanisme transkripsi-kontrol yang mengatur myogenesis tulang.Ketika sel-sel ini diinkubasi dengan 5-azacytidine, derivatif cytidine yang tidak dapat dimetilasi sehingga merubah/mempengaruhi transkripsi, mereka berdiferensiasi menjadi myotubes.Setelah masuk ke dalam sel, 5-azacytidine diubah menjadi 5-azadeoxycytidine trifosfat dan kemudian disatukan ke dalam DNA di tempat deoxycytidine.Karena residu deoxycytidine termetilasi biasanya ditemukan di daerah DNA inaktif,penggantian dari residu cytidine dengan derivatif yang tidak dapat dimetilasi mungkin memperbolehkan aktivasi gen yang sebelumnya ditekan dengan metilasi.

Frekuensi tinggi di mana azacytidine diperlakukansel C3H 10T 1/2 dikonversi menjadi myotubes menyarankan bahwa para pekerja awal bahwa reaktivasi dari satu atau beberapa gen terkait erat cukup untuk menggerakkan program myogenic.Untuk menguji Hipotesa ini, peneliti mengisolasi DNA dari sel C3H 10T1/2 yang tumbuh dalam 5-azacytidine dan terbentuknya dalam sel yang tidak diobati. Pengamatan bahwa 1 dari 10^4 sel terbentuk dengan DNA ini diubah menjadi myotubes adalah konsisten dengan hipotesis bahwa satu atau sekelompok kecil gen terkait erat bertanggung jawab untuk mengubah broblast ke myotubes.

Studi selanjutnya menyebabkan isolasi dan karakterisasi dari empat gen yang dapat mengkonversi sel C3H 10T 1/2 ke dalam otot. Gambar 22-15 menjelaskan protocol eksperimental untuk pengidentifikasian dan penentuan salah satu gen2 ini, yang disebut gen penentuan myogenic (MyoD).SelC3H 10 T 1 / 2 terbentuk dengan MyoD cDNA dan mereka diobati dengan 5-azacytidine keduanya membentuk myotubes. MyoD cDNA juga mampu mengubah sejumlah deretan sel kultur lain menjadi otot. Berdasarkan hasil tersebut, gen MyoD diusulkan untuk memainkan kunci peranan dalam perkembangan otot. Pendekatan yang serupa telah mengidentifikasi tiga gen lainnya – myogenin, Myf5 dan Mrf4 – yang juga berfungsi dalam perkembangan otot.

Keempat protein myogenic – MyoD, Myf5, myogenin dan MRF4 – semua anggota keluarga dasar-heliks loop heliks-(bHLH) dari faktor transkripsi ikatan DNA (lihat Gambar 11-22 b).Dekat pusat protein ini adalah daerah utama ikatan DNA (B) yang berdekatan dengan domain HLH, yang terlibat dalam pembentukan dimer.Mengapit ikatan DNA pusat / daerah dimerisasi adalah dua domain aktivasi.Kami mengacu pada empat protein bHLH myogenic kolektif sebagai faktor pengaturan otot atau MRFs (Gambar 22-16 a).

Bentuk protein bHLH homo-dan heterodimers yang mengikat ke tempat DNA 6-bp dengan urutan konsensus CANNTG (N = nukleotida). Yang dimaksud dengan kotak E, urutan ini ada di banyak lokasi yang berbeda dalam genom (kotak E murni acak akan ditemukan setiap 256 nukleotida). Jadi beberapa mekanisme harus memastikan bahwa MRFs khususnya mengatur gen spesifik- otot dan gen lainnya tidak mengandung kotak E di daerah kontrol transkripsi mereka. Satu petunjuk bagaimana kekhususan myogenic dicapai adalah temuan bahwa afinitas DNA-binding pada MyoD adalah sepuluh kali lebih besar ketika mengikat sebagai heterodimer dikomplekskan dengan E2A, protein bHLH lain, daripada ketika mengikat sebagai sebuah homodimer.Selain itu, dalam selC3H 10T1/2azacytidine-diperlakukan, MyoD ditemukan sebagai heterodimer dikomplekskan dengan E2A, dan kedua protein diperlukan untuk myogenesis dalam sel ini. domain DNA-mengikat dari E2A dan MyoD adalah sama tetapi tidak urutan asam aminoidentic, dan dua protein mengenali urutan kotak E. MRF lain juga membentuk heterodimers dengan E2A yang memiliki sifat mirip dengan kompleks MyoD-E2A.

Sejak E2A dinyatakan dalam banyak jaringan, syarat untuk E2A tidak cukup untuk memberikan spesifisitas myogenic. studi selanjutnya menunjukkan bahwa asam amino tertentu dalam domain bHLH dari semua MEFs dapat memberikan spesifisitas myogenic dengan membiarkan kompleks MRF-E2A untuk mengikat secara khusus untuk keluarga lain dari DNA-binding protein yang disebut faktor myocyteenhancing, atau MEFs. MEFs dianggap sebagai calon yang sangat baik untuk interaksi dengan SRPM karena dua alasan.Pertama, gen otot-khusus berisi situs pengenalan untuk kedua MEFs dan SRPM.Kedua, meskipun MEFs tidak dapat menginduksi konversi myogenic dari C3H azacytidine-diperlakukan 10T1 / 2 sel, mereka meningkatkan kemampuan SRPM untuk melakukannya.Peningkatan ini membutuhkan interaksi fisik antara MEF dan heterodimer MRF-E2A.Kemudian, MEFs yang ditemukan milik keluarga Mads domain yang mengandung faktor transkripsi dan MEF, berdekatan dengan Mads domain, yang menengahi interaksi dengan myogenin (Gambar 22-16b). Tindakan Sinergis dari homodimer MEF dan heterodimer MRF-E2A diharapkan dapat mendorong ekspresi tingkat tinggi gen otot-spesifik.

Tikus Knockout dan mutan Drosophila telah digunakan untuk mengeksplorasi peran MRF dan protein MEF dalam memberikan kekhususan myogenic pada hewan utuh daripada kultur sel. Penelitian ini menunjukkan pentingnya tiga dari protein MRF dan MEF protein untuk langkah-langkah yang berbeda dalam pengembangan otot (lihat Gambar 22-14). Fungsi dari empat protein myogenic, Mrf4, tidak sepenuhnya jelas, tetapi dapat dinyatakan kemudian, dan membantu menjaga sel-sel otot dibedakan.

Diferensiasi terminal myoblasts berada di bawah kontrol positif dan negatif

Perkembangan regulator seperti SRPM tidak bisa tak terkendali. Bahkan terdapat sirkum-terdaftar di berbagai tingkatan. Pertama, otot regulator hanya aktif dalam sel mesoderm di embrio.Protein lain menjadi tambahan menengahi mekanisme untuk memastikan kontrol yang ketat atas Myogen-genesis: protein remodeling kromatin diperlukan untuk membuat tersedia untuk SRPM, target protein gen penghambat dapat kembali ketat saat bertindak SRPM, dan hubungan berlainan antara regulator siklus sel dan faktor diferensiasi sebagai SRPM diamana tidak membagi diferensiasi sel. Semua faktor kontrol terdapat kapan dan di mana bentuk otot.

Aktivasi bentuk protein kromatin MRF proteins mengatur deretan dari otot-gen tertentu, tetapi dapat terjadi apabila hanya jika faktor penyebab kromatin memungkinkan.Bentuk kromatin, yang biasanya diperlukan untuk aktivasi gen dilakukan oleh kompleks protein besar (misalnya, The SWI / SNF) yang memiliki aktivitas ATPase dan helikase. Histone mengikat acetylaseskompleks yang memodifikasi kromatin untuk memberikan gen dan dilakukan pada faktor transkripsi. Kebutuhan untuk renovasi kompleks untuk membantu faktor myogenic diuji menggunakan versi negatif dominan protein yang membentuk inti ATPase kompleks ini. Apabila membawa gen mutasi ini dominan negatif transfected ke C3H 10T 1 / 2 sel, gen myogenik selanjutnyatidak lebih panjang lagi dan mengubah sel ke dalam myotubes. Selain itu, sebuah gen spesifik yang biasanya otot aktif tidak menunjukkan pola yang biasa perubahan kromatin dalam transfected ganda 10T1 / 2 sel C3H. Hasil ini menunjukkan bahwa transkripsi ac-tivation protein myogenic tergantung pada struktur yang tepat CHRO – Matin di daerah gen otot-spesifik.

Penghambatan protein filter untuk gen yang terkait dengan myoD menyebabkan identifikasi protein tion terkait-mempertahankan wilayah tetapi tidak memiliki wilayah DNA-binding dasar dan karena itu tidak dapat mengikat kotak E urutan dalam DNA. Dengan mengikat untuk MyoD atau E2A, protein ini menghambat pembentukan heterodimers MyoD-E2A dan karenanya mereka yang tinggi-afinitas untuk DNA. Dengan demikian, protein ini disebut Id, untuk inhibitor DNA mengikat. Id mencegah sel-sel yang memproduksi MyoD dan E2A mengaktifkan transkripsi gen encoding otot-spesifik creatine kinase. Temuan pra-sumably mencerminkan pembentukan MyoD-Id atau kompleks E2A-Id, yang tidak dapat mengikat dan mengaktifkan transkripsi gen otot-spesifik. Akibatnya, sel-sel tetap dalam keadaan pertumbuhan proliferasi. Ketika sel-sel ini diinduksi untuk berdiferensiasi menjadi otot (misalnya, dengan penghapusan serum, yang mengandung faktor pertumbuhan yang diperlukan untuk pertumbuhan yang pro-liferative), konsentrasi jatuh Id. MyoD-E2A dimer sekarang dapat membentuk dan mengikat ke daerah regulasi gen target, melakukan diferensiasi C3H 10T1 / 2 sel dan sel myoblast.

MEF2 mengikat acetylase histone seperti p300/CBP, melalui protein lain yang berfungsi sebagai mediator, untuk mengaktifkan transkripsi gen target. Percobaan immunoprecipitation kromatin dengan antibodi terhadap H4 histone asetat menunjukkan bahwa tingkat asetilasi histon yang terkait dengan gen MEF2-diatur lebih tinggi pada myotubes dibedakan daripada di myoblasts. Peran deacetylases histon dalam pengembangan otot itu terungkap dalam percobaan di mana para ilmuwan pertama dimasukkan gen MyoD tambahan dalam kultur C3H 10T1 / 2 sel untuk meningkatkan tingkat MyoD. Hal ini mengakibatkan aktivasi gen target yang kusut dan lebih cepat differensiasi ke myotubes. Namun, ketika deacetylases pengkodean gen histon juga diperkenalkan ke dalam 10T1/ 2 sel C3H, merangsang otot-efek MyoD diblokir dan sel tidak berdiferensiasi menjadi myotubes.

Penjelasan tentang bagaimana deacetylase histon menghambat diferensiasi otot yang disebabkan oleh MyoD datang – menemukan berlebihan yang MEF2 dapat mengikat, melalui tangan Mads, sebuah deacetylase histon. Interaksi ini, yang dapat mencegah diferensiasi fungsi otot dan MEF2, diblokir selama diferensiasi karena deacetylases histone fosforilasi oleh kalsium/protein kinase bergantung kalmodulin terfosforilasi deacetylase ini kemudian pindah ke kernel sitoplasma. Dibawa ke asal, hasil ini menunjukkan bahwa aktivasi gen otot dengan MyoD dan MEF2 adalah bersaing dengan inaktivasi gen otot dengan struktur kromatin represif dan lokalisasi jelas versus sitoplasmik faktor kromatin adalah langkah kunci dalam regulasi.

Cell-Siklus Protein Awal terminal tipe sel diferensiasi dalam banyak dikaitkan dengan penangkapan sel siklus, paling sering di G1, menunjukkan bahwa transisi dari negara ditentukan harus dibedakan mungkin dipengaruhi oleh protein sel-siklus termasuk siklin dan kinase bergantung cyclin. Misalnya, inhibitor spesifik dari kinase bergantung cyclin untuk menginduksi diferensiasi otot dalam kultur sel, dan jumlah ini inhibitor yang nyata lebih tinggi dalam membedakan sel-sel otot dari pada nondifferentiat-ing in vivo. Sebaliknya, diferensiasi myoblasts berbudaya dapat dihambat oleh transfecting sel dengan DNA encoding cyclin D1 di bawah kendali promotor konstitutif yang aktif. Ekspresi cyclin D1, yang biasanya terjadi hanya selama G1, yang disebabkan oleh faktor mitogenik di banyak tipe sel dan drive siklus sel. Kemampuan cyclin D1 untuk mencegah diferensiasi myoblast in vitro untuk meniru aspek dalam vivo sinyal bahwa jalur diferensiasi antag-onize. Konflik antara regulator negatif dan positif dari pertumbuhan G1 akan memainkan peranan penting dalam mengontrol myogenesis in vivo.

Sinyal sangat penting untuk menentukan nasib sel-sel otot dan Migrasi myoblasts

Seperti disebutkan di atas, setelah myoblasts dari somit muncul, tidak hanya berkembang biak, tetapi juga harus bergerak untuk memperbaiki dan bentuk yang benar untuk Entiat berbeda dalam sel otot (Gambar 22-17). Seringkali ekspresi gen myogenic dikembangkan organisasi tertentu yang menunjukkan peristiwa sel somite untuk delaminate dari ithelium somit ep-dan jalan ke depan. Faktor transkripsi, Pax3, terjadi pada subset dari sel-sel yang membentuk otot somit dan muncul di bagian atas pembentukan otot luka kontrol regulasi dinding tubuh dan lengan. Myoblasts yang bermigrasi, tetapi tidak sel-sel yang tetap menjadi-belakang, juga menghasilkan faktor transkripsi disebut Lbx1. Jika Pax3 tidak berfungsi, transkrip Lbx1 tidak dan tidak bermigrasi. Pax3 dan Lbx1 dapat mempengaruhi ex-pression dari MyoD.

Output myoblasts dari somit tergantung pada sinyal protein disekresikan tepat disebut pencar faktor atau faktor pertumbuhan hepatosit (SF / HGF). Sinyal ini disajikan untuk pro-embrio sel jaringan ikat (mesenkim) wabah di anggota yang myoblasts migrasi. Produksi SF / HGF di atas adalah disebabkan oleh sinyal eksternal lainnya seperti faktor pertumbuhan fibroblast dan Sonic Hedgehog, penting untuk perkembangan anggota tubuh (Bab 15). Sel reseptor permukaan SF / HGF, yang dinyatakan oleh myoblasts, yang rindu untuk kelas kinase (RTK) reseptor tirosin reseptor (Bab 14). Sel-sel bermigrasi dari kepala tingkat somit ke antrian administrasi di mana anggota badan terbentuk, tidak di tempat lain

cb6

Adanya SF / HGF di tempat lain. Jika SF / HGF reseptor sinyal atau tidak fungsional, akan menghasilkan sel somite Lbx1 tapi tidak bermigrasi, sehingga tidak akan membentuk otot-otot kaki. Myogenin ekspresi gen, yang diperlukan untuk myotube forma, dan mrf4, yang dibutuhkan untuk berbeda dari serat otot, langkah-langkah di terminal ferentiation dif-otot yang mungkin tidak kompatibel dengan migrasi. Hanya beberapa dari banyak NaLS eksternal dan faktor transkripsi yang berpartisipasi dalam mengembangkan otot motif yang benar. Fungsi dari semua molekul aturan harus dikoordinasikan baik dalam ruang dan dalam waktu selama myogenesis.

Protein peraturan bhlh fungsi dalam penciptaan jaringan lain

Empat bHLH faktor transkripsi yang sangat mirip dengan protein neurogenesis kontrol bHLH myogenic di Drosophila. Serupa protein berfungsi dalam NEUROGEN-esis di vertebrata dan, mungkin, tekad dan dif-ferentiation sel hematopoietic.

Protein Drosophila bHLH neurogenik dikodekan oleh bentangan ≈ 100 kb DNA genom, yang disebut kompleks Achaete skala (AS-C), mengandung empat gen yang ditunjuk Achaete (ac), shell (sc), mematikan tameng (sc) dan Asensi (a). Analisis dampak kehilangan fungsi mutasi menunjukkan bahwa Achaete (Ac) dan protein dari skala (Sc) yang terlibat dalam menentukan sel prekursor neuron, neuroblasts disebut, sedangkan Asense (yang) protein diperlukan untuk diferensiasi sel-sel ke neuron. Fungsi-fungsi ini analog dengan peran MyoD dan Myf5 dalam penentuan otot dan myogenin dalam diferensiasi. Dua lainnya Drosophila protein, Da ditunjuk dan EMC adalah serupa dalam struktur dan fungsinya pada E2A vertebrata dan Id, masing-masing. Sebagai contoh, Da kompleks heterodimeric dengan Ac atau mengikat Sc untuk DNA lebih baik daripada bentuk homodimeric CA dan SC EMC sebagai Id tidak memiliki pengetahuan dasar mengenai DNA, AC protein terikat dan SC, sehingga menghambat da dan hubungannya dengan DNA mengikat.

Sebuah bHLH protein yang terkait dengan protein Drosophila Achaete dan shell telah diidentifikasi di vertebrata. Salah satunya, yang disebut Neurogenin, yang telah diidentifikasi dalam tikus. Tikus dan katak, muncul untuk mengontrol pembentukan neuroblasts. Percobaan hibridisasi Situ menunjukkan bahwa Neurogenin dihasilkan pada tahap awal pengembangan UO-NERV dan dapat menginduksi produksi NeuroD, bHLH protein lain yang bertindak kemudian. Injeksi dalam jumlah besar mRNA Neurogenin Xenopus embrio juga mendemonstrasikan kemampuan untuk menginduksi neurogenesis Neurogenin. Studi-studi ini menunjukkan bahwa fungsi neurogenin adalah mirip dengan shell dan Achaete Drosophila. Demikian pula, NeuroD dan Asense mungkin memiliki fungsi yang sama di vertebrata dan Drosophila, masing-masing.

Selain neuron, sistem saraf berisi sejumlah besar sel glial, yang juga timbul dari ektoderm-neuro. sel glial mendukung dan melindungi neuron, juga menyediakan permukaan bimbingan dan kontak untuk migrasi neuron selama pengembangan dan mengirim sinyal ke neuron yang pro-motes pembentukan sinapsis. Neurogenins mengontrol nasib sel prekursor yang mampu neuron atau sel-sel glial mempromosikan pembangunan dan menekan-ing glial sel saraf. Neurogenins karena itu adalah switch yang mengontrol keputusan antara dua sasaran sel alternatif, seperti jenis ragi kawin pilih peraturan dari tiga jenis sel.

cb7

cb9

Pengaturan Pembelahan Asimetris Sel

Embriogenesis merupakan tahap awal dari perkembangan hewan, pembelahan sel asimetris sering kali menghasilkan bentuk sel-sel dengan tipe yang berbeda-beda. Bahkan pada bakteri, pembelahan sel dapat menghasilkan sel dengan anakan yang tidak sama. Misalnya, bagian tubuh dari bakteri yang masih berhubungan dengan badan berkembang menjadi flagella yang mana berfungsi sebagai alat gerak. Hal ini penting untuk polarisasi pembelahan sel asimetris dari sel induk, dan kemudian untuk penggabungan diferensial bagian dari dua sel induk betina. Berbagai mekanisme molekuler digunakan untuk membuat dan menyebarkan tanda asimetri yang berhubungan dengan parentalnya. Selain berbeda, sering kali sel anak ditempatkan dalam orientasi tertentu sesuai dengan struktur sekitarnya.

cb10
Gambar 1 Dua mekanisme pembelahan sel asimetris

Sebagai contoh yang mudah untuk memahami pembelahan sel asimetris ialah, tunas sel yeast yang berperan sebagai kompleks protein penting untuk pembelahan sel dalam organisme multiseluler. Kita melihat dalam contoh ini adalah sistem elegan yang menghubungkan pembagian asimetris dengan proses jenis sel.

Sel ragi haploid atau jenis kawin ditentukan oleh gen yang hadir dalam lokus MAT. Seperti dijelaskan dalam Bab 11, lokus MAT dalam genom S. Cerevisiae genom diapit oleh dua “diam” lokus transcriptional yang tidak aktif dan mengandung alternatif atau urutan. Sebuah penataan DNA spesifik membawa gen yang menyandi faktor transkripsi dari tempat-tempat tertentu atau diam. Lokus MAT yang aktif dapat ditranskripsi.

Menariknya, beberapa sel ragi haploid dapat beralih berulang kali antara α dan jenis a. Perkawinan-tipe switching terjadi ketika menduduki lokus alel MAT digantikan oleh alel, atau sebaliknya. Langkah pertama dalam proses ini adalah dikatalisis oleh endonuklease HO, yang dinyatakan dalam sel-sel induk betina tetapi tidak dalam sel anak. Jadi switching kawin-jenis hanya terjadi pada sel-sel ibu. Transkripsi gen HO tergantung pada kompleks chromatin remodeling kompleks Snf, di mana telah kita bahas sebelumnya dalam diskusi kita tentang myogenesis. Sel-sel yeast betina timbul dari tunas sel ibu yang mengandung protein disebut Ash1 yang mencegah perekrutan Swi / kompleks Snf ke gen HO, sehingga mencegah terjadinya transkripsi ini. Tidak adanya Ash1 dari sel-sel ibu memungkinkan mereka untuk mengkode gen HO.

Penelitian terbaru telah mengungkapkan bagaimana asimetri dalam distribusi Ash1 antara sel ibu dan anak didirikan. ASH1 mRNA terakumulasi dalam kuncup pertumbuhan yang akan membentuk sel anak di bawah aksi motor myosin protein (Bab 19). Protein ini motor yang disebut Myo4p, memindahkan mRNA ASH1 sebagai kompleks ribonucleoprotein, sepanjang filamen aktin hanya pada satu arah, ke arah tunas. Dua menambatkan konektor ASH1 protein mRNA untuk protein motor. Pada saat yang memisahkan tunas dari sel induk, sel ibu sebagian besar dari ASH1 mRNA dan dengan demikian dapat beralih jenis perkawinan dalam G1 berikut sebelum mRNA ASH1 tambahan diproduksi dan sebelum replikasi DNA pada pembelahan tahap S.

Tunas yeast menggunakan mekanisme yang relatif sederhana untuk membuat perbedaan molekuler antara dua sel yang dibentuk oleh divisi. Pada organisme tingkat tinggi, sel tua polarisasi melibatkan agen lebih banyak dan di samping itu, gelendong mitosis harus berorientasi sedemikian rupa sehingga masing-masing sel anak menerima set sendiri dalam komponen sitoplasma. Untuk menggambarkan kompleksitas ini kita fokus pada pembagian asimetris di neuroblasts Drosophila. Studi Genetik dalam C. elegans dan Drosophila sebagai langkah pertama dalam memahami pada tingkat molekul bagaimana pembelahan sel asimetris diatur dalam organisme multiseluler.

Kompleks Protein Besar Terletak Di Ujung-Ujung Membagi Neuroblasts Di dalam Drosophila

Neuroblasts muncul dari lapisan sel ektoderm, yang merupakan salah satu sel tebal berada paling luar. Seperti dalam vertebrata, bentuk ektoderm Drosophila kulit dan sistem saraf, dan beberapa dari sel ektoderm memiliki potensi untuk membentuk sel saraf atau epidermis kulit. Di bawah kendali gen yang menjadi aktif hanya dalam sel-sel tertentu, beberapa sel-sel tumbuh dalam ukuran dan mulai untuk melepaskan lapisan ektodermal. Pada tahap ini, sel-sel Notch signaling PEEL penggunaan inhibisi lateral dimediasi oleh tetangga mereka, memaksa sel-sel tersebut untuk membentuk epidermis. sel PEEL bergerak ke dalam dan menjadi bola neuroblasts, sedangkan sel-sel bakal epidermis tetap di belakang dan dekat untuk membentuk lapisan ketat.

Setelah dibentuk, neuroblasts menjalani divisi asimetris di setiap divisi untuk membuat diri mereka sendiri dan menghasilkan sel ibu ganglion (GMC) di sisi basal dari neuroblast. Sebuah neuroblast tunggal akan menghasilkan beberapa GMCs, setiap GMC dalam bentuk giliran dua neuron. Tergantung di mana mereka membentuk dalam embrio dan peristiwa sesuai ketentuannya, neuroblasts GMCs dapat dibentuk lebih atau kurang. Neuroblasts dan GMCs menunjukkan pola yang berbeda terhadap ekspresi gen dari lokasi yang berbeda sebagai bentuk cetakan mereka atau gen-gen tersebut. Analisis mutan lalat menyebabkan penemuan protein kunci yang berpartisipasi dalam menciptakan neuroblasts tertentu, sel-sel epidermal menghambat ke neuroblasts dan neuroblasts membagi secara asimetris untuk mengarahkan pembelahan.

Berikut adalah gambar pembelahan asimetris sel pada drosophila

cb11
Gambar 2 Asimetris pembelahan sel dalam neuroblasts DrosophilaBaz/Par6/PKC3

Kompleks ternary apical, kompleks protein yang dikenal sebagai kompleks apikal pada akhir sebuah neuroblasts lalat yang akan menjadi neuroblasts “baru” dalam proses pembagian. Kompleks dan terletak di sel-sel ektoderm dan tetap di ujung apikal sebagai potensi neuroblasts delaminate dari lapisan ektodermal . Tiga protein yang membentuk kompleks apikal: Baz, Par6, PKC3, dan yang terakhir adalah isoform protein kinase C. Kompleks ini tetap pada akhir Baz/Par6/PKC3 antarmuka apikal (G2) sampai anafase akhir mitosis dan kemudian didispersikan atau dihancurkan. Setelah setiap pembagian neuroblasts, kembali membentuk kompleks-neuroblasts apikal akhir progeni di antarmuka berikutnya. Tidak jelas bagaimana informasi dikelola melalui polaritas telofase, dan tidak ada protein yang dikenal berlokasi selama waktu itu. Seperti disebutkan di atas, pembelahan sel pertama C. elegans setelah pembuahan asimetris, membentuk sel AB dan sel P1, yang memiliki nasib yang sangat berbeda. Hebatnya, sebuah kompleks protein seperti kompleks Baz/Par6/PKC3 mengontrol divisi asimetris P1-AB. Protein kompleks serupa terdapat pada mamalia juga.

Dua mekanisme kontrol lokalisasi apikal kompleks Drosophila Baz/Par6/PKC3: yang pertama beroperasi di ektoderm sebelum neuroblast delaminasi, yang keduanya aktif selama pengulangan divisi delaminated neuroblasts. Mekanisme pertama melibatkan multiprotein lain kompleks yang terdiri dari setidaknya tiga protein, Scribble (Scrib), larva raksasa Cakram-besar (Dlg) dan Lethal (LGL). Kompleks ini terletak di sel ektoderm wilayah korteks (yaitu, daerah tepat di bawah membran plasma), tetapi tidak terpolarisasi sepanjang sumbu apikal-basal sel-sel ini. Jadi, meskipun kompleks diperlukan untuk Baz/Par6/PKC3 lokalisasi apikal, yang Scrib / Dlg / kompleks LGL mungkin tidak cukup. Setelah neuroblast telah dipisahkan dari ektoderm, dua protein lain yang disebut Inscuteable dan Mitra Inscuteable bergabung kompleks Baz/Par6/PKC3, membentuk sebuah kompleks lima-protein. Kedua protein tambahan mungkin menstabilkan Baz/Par6/PKC3 kompleks. Pasang kembali seluruh kompleks ke ujung apikal setelah setiap neuroblasts divisi memerlukan mikrotubulus dan mungkin mikrofilamen. Temuan ini menunjukkan bahwa protein-dimediasi transportasi motor dari kompleks protein bersama unsur cytoskeletal berperan dalam lokalisasi apikal.

Kompleks basal dalam kompleks basal neuroblasts membagi dua berada di akhir untuk membentuk sel ganglion ibu (GMC) di Divisi. Lokalisasi kompleks ini, yang disebut kompleks Miranda dan kompleks tidur, akhir basal neuroblasts membutuhkan kompleks apikal Baz/Par6/PKC3. Kompleks Numb terletak di sepanjang sel selama interfase, profase adalah awal. Sebaliknya, kompleks awalnya bertemu Miranda akhir apikal, kemudian bergerak ke ujung basal profase. Kompleks apikal Baz/Par6/PKC3 bentuk bahkan ketika salah satu kompleks basal tidak dapat merakit karena mutasi. Mutasi dalam setiap komponen kompleks apikal, bagaimanapun, mencegah Miranda kompleks dan Numb ke daerah basal. Sebaliknya mereka menumpuk di daerah kortikal atau dalam kelompok-kelompok di sepanjang sel. Gagasan sederhana, bahwa bentuk dasar kompleks dimanapun kompleks apikal tidak ada, mungkin salah, karena tidak satupun dari kompleks mengandung bagian dari sel.

Miranda kompleks basal memiliki empat komponen: protein Prospero, faktor transkripsi dianggap yang berisi homeodomain DNA-mengikat; Miranda protein, yang memiliki struktur gulungan; Staufen, sebuah protein RNA-mengikat, dan mRNA Prospero. Dalam setiap divisi neuroblast bulat, Prospero menciptakan protein baru selama interfase dan dimasukkan ke dalam kompleks Miranda basal, yang dibagikan kepada GMC pada saat belahan dada. Dengan tidak adanya Prospero, GMCs tidak menulis gen yang sesuai dan tidak berkembang menjadi neuron normal. Partisipasi faktor transkripsi di sebuah kompleks sitoplasmik lokal menyediakan link antara asimetri dari sitoplasma dan selanjutnya penentuan sel-nasib. Karena kompleks apikal dan basal yang dapat dilokalisasi oleh sitoskeleton dalam konser dengan protein motor, faktor transkripsi yang terlibat di salah satu kompleks memiliki potensi untuk menjelaskan bagaimana faktor-faktor transkripsi yang preferentially didistribusikan ke salah satu dari dua sel anak. Keterlibatan dari mRNA dan RNA-mengikat kompleks protein pada Miranda menunjukkan bahwa ia juga memediasi kontrol translasi di GMCs.

Orientasi dari gelendong mitosis ini terkait dengan faktor sel sitoplasma-asimetri

Untuk kompleks protein lokal untuk diferensial dimasukkan ke dalam dua sel anak mengharuskan bidang pembelahan sel untuk diarahkan tepat. Membagi neuroblasts lalat, pertama kali tegak lurus sejajar dengan sumbu basal apikal dan berubah 90 derajat untuk menyesuaikan dengan itu sepanjang dasar kompleks menjadi lokal di bagian basal (Gambar 22-25) . Kompleks apikal, yang sudah di tempat sebelum sumbu rotasi, mengendalikan orientasi akhir kumparan. Hal ini didukung oleh temuan bahwa mutasi pada salah satu komponen dari koordinasi menghilangkan kompleks apikal apicalbasal polaritas kumparan, menyebabkan orientasi poros menjadi acak.

cb12
Gambar 3 Asimetrik pembagian sel batang dalam sel Drosophila jantan garis germ (GSCs) dan neuroblasts

Axis orientasi ini terkait dengan protein aktin dan myosin-terkait. Mamalia Par6, sebuah komponen dari kompleks apikal, dapat mengikat dua kecil GTPase protein, Cdc42 dan Rac1, yang mengendalikan disposisi mikrofilamen aktin dalam sitoskeleton (Gambar 19-29). Raksasa protein larva mematikan (LGL), komponen asimetri / kompleks Dlg Scrib / LGL, membantu untuk mencari kompleks basally di neuroblasts Miranda lalat, meskipun LGL sendiri terletak di apikal. LGL mengikat myosin II, yang berfungsi dalam sitokinesis (lihat Gambar 19-20), menunjukkan bahwa lokasi alur pembelahan dapat dikoordinasikan dengan lokalisasi kompleks apikal.

cb13
Gambar 4 mekanisme yang mendasari rotasi dikendalikan dari sebuah kumparan mitosis

Dua protein ragi yang terkait dengan LGL juga mengikat myosin II; mereka telah terlibat dalam exocytosis dan sekresi, terutama di pasca-docking vesikel Golgi dengan membran plasma (Bab 17). Mutasi dalam protein ragi menekan dua mutasi pada myosin gen II. Pengamatan ini ditafsirkan bahwa fungsi myosin II dalam orientasi poros berlawanan dengan protein LGL-seperti: penurunan fungsi protein dibantu oleh pengurangan orang lain, mengembalikan keseimbangan normal kesamaan. Dalam hal ini, oleh karena itu, myosin dan LGL dapat bertindak dalam arah yang berlawanan: II myosin bergerak Miranda atau materi lainnya untuk mengontrol orientasi kumparan dan tahan LGL.

Bukti lebih lanjut tentang pentingnya myosin dalam orientasi poros dari kesimpulan bahwa myosin VI mengikat langsung ke Miranda. Selain itu, mutasi pada myosin VI dalam mencegah lalat basal penargetan Miranda dan sekaligus blok poros orientasi yang tepat. Berbagai temuan ini memberi kita gambaran awal tentang bagaimana protein kompleks lokal dikoordinasikan dengan pembelahan sel sehingga setiap sel anak menerima jumlah yang tepat dari berbagai kompleks.

DAFTAR PUSTAKA

Lodish, H. 2006. Molecular Cell Biology

Tinggalkan Balasan

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