Tulisan blog ini mengupas secara mendalam bagaimana sel pada tahap embrio awal memilih nasib yang berbeda berdasarkan interaksi antara faktor-faktor utama seperti OCT4 dan CDX2, serta perbedaan dalam distribusi zat penentu bipolaritas.
Sel-sel yang tak terhitung jumlahnya di tubuh kita berasal dari zigot, sel tunggal yang terbentuk dari pembuahan sperma dan sel telur, melalui pembelahan sel yang berulang. Pada mamalia, selama tahap blastokista awal yang terbentuk dari pembelahan sel zigot, sel-sel trofoektoderm—yang kemudian menjadi bagian dari plasenta—terpisah dari massa sel bagian dalam (ICM) yang mengelilinginya. ICM ini memiliki pluripotensi, yaitu kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi semua jenis sel janin. Jadi, bagaimana massa sel bagian dalam ini terbentuk?
Zigot mengalami sekitar tiga putaran pembelahan sel untuk mencapai tahap 8 sel, yang terdiri dari delapan sel bulat. Kemudian, zigot mengalami proses pemadatan, disertai perubahan morfologi, menjadi morula 8 sel. Pada tahap selanjutnya, blastula 8 sel menjadi blastula 16 sel melalui pembelahan mitosis dan pembelahan diferensial. Pembelahan mitosis mengacu pada pembelahan di mana kedua sel yang dihasilkan identik, sedangkan pembelahan diferensial mengacu pada pembelahan di mana kedua sel yang dihasilkan menjadi berbeda. Beberapa sel dari blastokista 8 sel menjadi sel-sel yang membentuk lapisan luar blastokista 16 sel melalui pembelahan konservasi. Sel-sel yang tersisa mengalami pembelahan diferensiasi, membelah menjadi satu sel untuk lapisan luar dan satu sel untuk bagian dalam, mengisi bagian dalam. Dengan demikian, blastokista 16 sel pertama kali memperoleh bentuk yang dibedakan oleh sel-sel lapisan luar dan sel-sel bagian dalam.
Sementara itu, pola pembelahan sel ganda ini berulang dalam blastokista 16 sel, yang mengarah pada pembentukan blastokista 32 sel. Pada tahap ini, sel-sel lapisan luar berdiferensiasi menjadi sel-sel trofoektoderm yang nantinya akan membentuk blastokista awal, sementara sel-sel lapisan dalam berdiferensiasi menjadi sel-sel yang akan membentuk massa sel bagian dalam. Pertanyaan kuncinya di sini adalah bagaimana sel-sel berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel pada tahap blastokista 16 sel dan 32 sel.
Dua hipotesis utama telah diajukan. Pertama, 'hipotesis dalam-luar' menjelaskan bahwa sel tunggal berdeferensiasi dengan cara yang berbeda berdasarkan tingkat kontak dengan sel-sel tetangga dan perbedaan paparan terhadap lingkungan eksternal. Artinya, sel-sel yang berada jauh di dalam blastokista memiliki kontak yang lebih besar dengan sel-sel tetangga daripada sel-sel permukaan dan tidak terpapar langsung ke lingkungan eksternal. Perbedaan ini dianggap menyebabkan sel-sel bagian dalam dan sel-sel permukaan berdeferensiasi menjadi tipe sel yang berbeda.
Namun, penemuan bahwa zat-zat tertentu terdistribusi secara asimetris di dalam sel selama proses pemadatan pada tahap blastokista 8 sel menyebabkan munculnya 'hipotesis bipolar' baru. Zat-zat yang awalnya terdistribusi merata di dalam sel akan terdistribusi ulang ke arah luar atau dalam setelah pemadatan. Akibatnya, setiap sel dalam blastokista 8 sel memperoleh struktur bipolar. Zat-zat ini disebut 'zat penentu bipolar', dan inti dari hipotesis bipolar adalah bahwa sel-sel berdiferensiasi menjadi tipe yang berbeda berdasarkan pola distribusi zat-zat ini. Menurut hipotesis ini, ketika sel-sel dalam blastokista 8 sel mengalami pembelahan mitosis, sel-sel permukaan mempertahankan distribusi materi polarisasi yang mereka miliki sebelum pembelahan. Namun, sel-sel bagian dalam yang baru terbentuk kekurangan materi polarisasi yang awalnya terkonsentrasi di sisi luar. Perbedaan antara sel permukaan dan sel bagian dalam ini dijelaskan sebagai penyebab yang mengarah pada diferensiasi mereka menjadi tipe sel yang berbeda.
Para ilmuwan memfokuskan perhatian pada OCT4, yang berperan dalam mempertahankan pluripotensi, dan CDX2, yang berperan dalam pembentukan puncak saraf, selama proses diferensiasi sel luar dan sel dalam blastokista. Pada blastokista tahap 8 sel, OCT4 terdistribusi merata di seluruh sel, tetapi CDX2 tidak. Hal ini karena sebagian material kristal bipolar hanya ada di daerah luar sel, sehingga CDX2 terkonsentrasi di sisi luar. Selanjutnya, pada tahap 16 sel, OCT4 secara bertahap menghilang dari sel luar, sementara sisa CDX2 di sel dalam secara bertahap menghilang. Hal ini terjadi karena CDX2 menekan ekspresi OCT4 di sel luar, dan OCT4 menekan ekspresi CDX2 di sel dalam.
Sementara itu, jalur pensinyalan 'Hippo', yang menekan fungsi zat-zat yang mendorong ekspresi CDX2, juga telah dipelajari sebagai fenomena penting yang terkait dengan proses ini. Menurut mekanisme ini, pensinyalan Hippo, yang ada di semua sel embrio tahap 16 sel, aktif ketika area kontak dengan sel-sel di sekitarnya meningkat, sehingga mengurangi kadar CDX2. Temuan ini menunjukkan bahwa interaksi antara CDX2 dan OCT4 adalah faktor kunci yang menentukan nasib berbeda dari dua sel yang dihasilkan oleh diferensiasi dan pembelahan. Studi terbaru telah mengungkapkan bahwa mekanisme kompleks ini juga secara organik terkait dengan perbedaan gaya mekanik intraseluler, regulasi epigenetik, dan pensinyalan fosforilasi protein. Ini menegaskan bahwa proses penentuan nasib sel selama perkembangan embrio awal adalah hasil dari interaksi yang sangat canggih.
