SISTEM KONTROL SIKLUS SEL DAN FAKTOR YANG MEMPENGARUHINYA

 

SISTEM KONTROL SIKLUS SEL

Siklus sel memiliki 3 kondisi, yaitu diam , interfase dan mitosis.Atau terdiri dari 5 fase yaitu fase G0, G1, S, G2, dan Mitosis.

Fase G0 yaitu fase sel dalam keadaan diam, dimana sel tidak mengalami aktivitas apapun untuk proses pembelahan, fase ini dikenal juga dengan tahap penuaan. Misalnya yang terjadi pada sel saraf, sel otot jantung, dan sel darah merah yang telah terspesialisasi, ketiganya tidak membelah sama sekali pada manusia dewasa.

Tahap Interfase terdiri dari fase G1, S dan G2,Kemudian pada fase Mitosis terdiri dari Profase, metafase, anafase, dan telofase.

 Sel di bagian tubuh yang berbeda, memiliki waktu dan laju pembelahan yang berbeda juga, frekuensi pembelahan sel bervariasi menurut tipe sel, misalnya sel saraf dan sel otot dewasa tidak pernah lagi membelah, artinya sel ini memasuki fase G0 untuk selamanya,  sedangkan pada sel hati, dapat dipanggil kembali dari fase G0 masuk ke siklus sel oleh petunjukan eksternal, misalnya faktor pertumbuhan yang dilepaskan saat terjadi cedera. Berbeda lagi dengan sel kulit manusia, sel kulit sering membelah sepanjang hidup.

 Perbedaan-perbedaan siklus sel ini merupakan hasil regulasi di tingkat molekuler. Urutan peristiwa siklus sel diatur oleh sistem kontrol siklus sel, yaitu merupakan satu set molekul yang beroperasi secara siklik dalam sel dan memicu sekaligus mengoordinasi peristiwa-peristiwa kunci dalam siklus sel.

 Siklus sel diregulasi pada titik-titik pemeriksaan tertentu oleh sinyal internal maupun sinyal eksternal.

Titik pemeriksaan (checkpoint) pada siklus sel adalah titik kontrol saat sinyal stop dan sinyal Maju-terus dapat meregulasi siklus. Tiga titik pemeriksaan utama ditemukan pada akhir fase G1, fase G2, dan Metafase di fase Mitosis.

Untuk banyak sel, titik pemeriksaan G1 disebut titik restriksi pada sel mamalia. Jika sel menerima sinyal maju-terus pada titik pemeriksaan G1, maka biasanya sel akan menyelesaikan  fase G1, S, G2 dan M dan akan membelah. Jika tidak menerima sinyal maju terus pada titik ini, sel akan keluar dari siklus, beralih ke kondisi tak membelah yang disebut fase G0.

Sel yang berada di fase G0 yang distimulus dengan faktor pertumbuhan untuk masuk ke dalam G1 , pada awalnya akan mengekspresikan cyclin D. Kemudian cyclin D akan berikatan dengan Cdk4 dan Cdk6. Kompleks Cdk-cyclin tersebut lalu masuk ke dalam inti dan nantinya akan memfosforilasi protein Retinobla-stoma (pRb). Sinyal mitogenik yang menginduksi terbentuknya cyclin D, juga akan menginduksi terbentuknya cyclin E dan dua CDI yaitu: p21 dan p27.

 

Kedua CDI ini berikatan dengan cyclin D-Cdk4 tapi tidak menghambat aktivitas kinasenya dan hasil penelitian menunjukkan bahwa p21 dan p27 justru dibutuhkan untuk pembentukan dan impor cyclin D-Cdk4 oleh inti. Kedua CDI tersebut efektif menghambat aktivitas cyclin E-Cdk2. Dengan demikian keberadaan protein CDI di fase G 1 adalah untuk memacu pembentukan kompleks aktif cyclin D-Cdk4 dan pada saat bersamaan menunda/menghambat aktivasi dari kompleks cyclin E-Cdk2.

 

Terhambatnya kompleks cyclin E-CDK2 menyebabkan terhambatnya  keberlangsungan siklus sel, dengan kata lain kompleks cyklin E-cdk2 yang dihambat oleh CDI memberikan sinyal STOP agar siklus sel tidak berlanjut ke fase S. Sinyal STOP ini memberikan kesempatan kepada sel untuk memeriksa dan memperbaiki DNA yang rusak sebelum dilakukan transkripsi dan masuk pada fase S. Setelah DNA diperbaiki, kadar CDI akan berkurang sehingga kompleks cyclin E-CDK2 bisa teraktivasi. 

 

Protein Rb merupakan penghambat transkripsi, karena keberadaannya menonaktifkan E2F yang berperan sebagai faktor transkripsi. Setelah protein yang diperlukan dalam fase S dihasilkan dari transkripsi, maka cyclin D-Cdk4, cyclin D-Cdk6, dan cyclin E-Cdk2 akan bersama-sama memfosforilasi protein Rb menjadi tidak aktif sama sekali. Hal ini akan mengaktifkan secara penuh E2f guna melakukan proses transkripsi pada fase S. Dengan demikian sel tersebut telah memasuki fase S pada siklus sel. Pada sel mamalia jenis Cdk dan cyclin yang ditemukan pada masa transisi fase G 1 ke S adalah Cdk2 (p33), Cdk4, Cdk6, serta cyclin A, D1, D2, D3, dan E11.

Pada fase S, kompleks cyclin E-Cdk2 berperan menginisiasi replikasi DNA. Selain itu cyclin A-Cdk2 juga berperan dalam menginisiasi replikasi DNA secara lengkap dan meningkatkan ekspresi histon dan beberapa gen/protein yang akan dibutuhkan saat replikasi. Setelah fase S selesai maka akan lanjut ke fase G2.

Pada fase G2, terjadi peningkatan sintesis cyclin B, molekul siklin B yang terakumulasi bergabung dengan molekul CDK1 memproduksi molekul MPF (Maturation-promoting-factor). konsentrasi molekul MPF menentukan sel apakah akan lanjut ke fase M atau tidak. jika konsentrasi MPF tidak cukup maka akan memberikan sinyal STOP sehingga siklus tidak bisa berlanjut, namun Jika konsentrasi MPF cukup maka akan memberikan sinyal lanjut-terus, dan siklus akan berlanjut ke fase M.

Pada sel mamalia jenis Cdk dan cyclin yang ditemukan pada masa transisi fase G 2 ke M adalah Cdk1 (Cdc2) serta cyclin A, B1, dan B2.

 

Pada fase M (profase, metafase, anafase, dan telofase), defosforilasi dan aktivasi MPF berpengaruh terhadap perubahan morfologi selama mitosis berlangsung.  Pada sub fase profase dan metafase, konsentrasi MPF berada pada level tertinggi dan akan mengalami penurunan pada sub fase berikutnya.

 

Sebagai contoh pada sel oosit, Sebelum memasuki subfase berikutnya (anafase), sel oosit yang telah mencapai metafase pada meiosis II (MII), akan tertahan pada kondisi tersebut karena pengaruh CSF. Apabila terjadi fertilisasi atau partenogenesis, masuknya sperma akan mengaktivasi CaMKII dalam sitoplasma. CaMKII akan memfosforilasi protein yang mengekspresikan CSF, sehingga ekspresi CSF terhambat. Selain itu CSF juga akan terdegradasi oleh sistem ubiquitin/proteosome. CSF yang mengalami degradasi menyebabkan APC dapat berperan aktif, sehingga sel oosit keluar dari fase Metafase dan masuk ke dalam anafase. APC berperan sangat dominan pada tahap anafase. Salah satu peranan APC adalah menghancurkan cyclin A dan cyclin B yang mengaktifkan MPF, sehingga konsentrasi MPF akan turun drastis seiring selesainya fase M.

 

Setelah sel terbelah menjadi 2 anakan, maka masing-masing sel anakan akam kembali memasuki fase G1 atau G0.

 

Pada sistem kontrol siklus sel, selain dipengaruhi oleh faktor internal seperti kadar molekul siklin dan CDK, juga dipengaruhi oleh faktor eksternal, diantaranya

1. Fator pertumbuhan, yaitu protein yang dilepaskan oleh sel-sel tertentu yang merangsang sel-sel lain untuk membelah.

Sebagai contoh percobaan tentang faktor pertumbuhan PDGF yang ditambahkan ke dalam kutur fibroblas, PDGF merupakan faktor pertumbuhan yang terbuat dari fragmen-fragmen keping darah.

Berikut percobaannya.

Pertama, sampel jaringan ikat manusia dipotong kecil-kecil.

Selanjutnya, enzim digunakan untuk mencerna matriks ekstraseluler dalam potongan jaringan, menghasilkan suspensi fibroblas bebas.

Selanjutnya, sel ditransfer ke bejana kultur steril yang mengandung medium pertumbuhan dasar yang terdiri atas glukosa, asam amino, garam, dan antibiotik (untuk mencegah pertumbuhan bakteri). PDGF ditambahkan ke salah satu bejana yang ada, bejana kultur diinkubasi pada 37 derajat C.

Hasilnya dalam medium pertumbuhan dasar tanpa PDGF, sel-sel gagal membelah, sedangkan dalam medium pertumbuhan dasar plus PDGF, sel-sel fibroblas memperbanyak diri (berproliferasi).

 

PDGF merangsang pembelahan fibroblas tidak hanya dalam kondisi artifisial dalam kultur sel, melainkan juga dalam tubuh hewan. Saat terjadi cedera, keping darah melepaskan PDGF di sekitar luka. Akibatnya proliferasi fibroblas akan membantu penyembuhan luka.

2. Penghambatan bergantung densitas (density- dependent inhibition), yaitu suatu fenomena saat sel-sel yang berimpit-impitan berhenti membelah.

Sel hasil kultur membelah secara normal hingga membentuk suatu lapisan tunggal sel-sel di permukaan-dalam dari wadah kultur, ketika itu sel-sel berhenti membelah. Jika beberapa sel disingkirkan, sel-sel di perbatasan ruang yang terbuka mulai membelah lagi dan berlanjut hingga ruang kosong itu terisi. Penelitian terbaru menunjukan bahwa pengikatan protein permukaan sel ke protein serupa pada sel di sebelahnya mengirimkan sinyal penghambat pertumbuhan pada kedua sel. Ini mencegah keduanya meneruskan siklus sel, meskipun ada faktor pertumbuhan.

3. Ketergantungan tambatan (anchorage dependence),

Agar membelah, sel harus melekat ke suatu substrat, misalnya bagian dalam wadah kultur atau matriks ekstraseluler jaringan. Percobaan menyiratkan bahwa, seperti densitas sel,  tambatan disinyalkan ke sistem kontrol melalui jalur jalur yang melibatkan protein membran plasma dan unsur-unsur sitoskeleton yang tertaut dengan protein tersebut.

 penghambatan bergantung densitas dan ketergantungan tambatan  tampaknya berfungsi dalam jaringan tubuh maupun kultur sel, menghentikan pertumbuhan sel  pada densitas dan lokasi yang optimal. Hal ini berbeda dengan sel-sel kanker, sel kanker tidak menunjuk penghambatan bergantung densitas maupun ketergantungan  tambahan,