Apoptosis adalah — pengertian, penyebab, fungsi, mekanisme

Apoptosis adalah istilah yang diciptakan oleh John Foxton Ross Kerr untuk menggambarkan tipe tertentu dari kematian sel. Kematian ini tidak dipicu oleh trauma: Apoptosis adalah kematian yang direncanakan. Apoptosis bertujuan untuk memastikan pemeliharaan jaringan dan organ, mencegah sel dengan masalah atau tidak perlu kompromi berfungsinya organisme. Selain itu, apoptosis juga terjadi ketika organisme diserang oleh patogen atau DNA rusak.

Dalam apoptosis, sel mati karena satu set perubahan terkoordinasi, sehingga merupakan proses aktif. Dalam situasi ini, beberapa perubahan dalam sel memungkinkan serangkaian peristiwa molekuler dan biokimia yang diatur secara genetis. Proses apoptosis ini terjadi sebagai berikut:

  • retraksi sel karena hilangnya adhesi dengan sel lain dan dengan zat ekstraseluler;
  • kromatin mengembun dan dekat dengan membran nuklir, yang tidak rusak;
  • membran sel membentuk perpanjangan yang dikenal sebagai “blebs”;
  • inti hancur menjadi fragmen, yang dikelilingi oleh membran nuklir;
  • jumlah ekstensi membran meningkat;
  • ekstensi memanjang, membentuk bagian sel yang dikelilingi oleh membran, struktur yang disebut tubuh apoptosis;
  • tubuh apoptosis difagositosis.

Kematian sel yang diprogram atau apoptosis sel (dari apoptosis Yunani, apo – “dari” – dan ptosis – “jatuh” -, mengacu pada jatuhnya dedaunan pohon) sangat penting untuk perkembangan hewan. Dalam jaringan manusia yang sehat, setiap hari, milyaran sel (dari total sekitar 37 triliun dan 200 miliar sel) mengaktifkan program kematian intraseluler, melalui mekanisme seluler yang kompleks dan beragam.

Proses apoptosis ini membunuh sel-sel yang memulainya, terjadi secara terkontrol dan teratur – suatu proses yang dikenal sebagai kematian sel terprogram. Pada 1970-an, gagasan bahwa ada program kematian yang tertanam dalam sel-sel hewan diusulkan. Proposal apoptosis ini diterima secara umum setelah 20 tahun dan tergantung pada studi genetik yang mengidentifikasi gen pertama yang terlibat dalam kematian sel terprogram – studi yang dilakukan pada nematoda Caenorhabditis elegans.

Secara umum, kematian sel pada hewan terjadi dengan apoptosis, menjadi salah satu dari beberapa mekanisme kontrol sel. Setelah perubahan morfologis yang khas – seperti pemafatan dan penyusutan, kolapsnya sitoskeleton, pembubaran amplop nukleus dan fragmentasi sel kromatin – sel mati karena apoptosis. Ketika permukaan sel atau bagiannya – tubuh apoptosis – diubah, makrofag dengan cepat memfagositosis struktur tersebut. Di antara fungsi apoptosis, penghapusan sel yang tidak perlu (misalnya, degradasi membran interdigital) dan / atau sel yang rusak menonjol.

Tidak semua sel mati karena apoptosis; oleh karena itu, proses apoptosis tidak identik dengan kematian sel. Kematian sel dapat terjadi dalam beberapa cara, salah satunya adalah apoptosis, yang merupakan kematian terprogram, juga diperlakukan sebagai bunuh diri sel. Bentuk lain yang sangat umum dari kematian sel adalah nekrosis. Nekrosis adalah kematian sel hewan yang tidak disengaja – proses yang disebut sel nekrosis – dipicu setelah cedera, kurangnya pasokan darah, cedera akut, dan lain-lain. Sel-sel nekrotik mengembang dan menjalani lisis, sehingga menyebarkan isinya di tetangga dan menyebabkan respons peradangan, tidak seperti apoptosis.

Proses fisiologis dan morfologis yang mirip dengan apoptosis hewan juga terjadi pada tumbuhan, selama pengembangan (dalam sel xilem) dan dalam penuaan daun dan bunga, serta dalam interaksi dengan patogen dan parasit dan di bawah tekanan lingkungan, tetapi pada tanaman tidak ada fagositosis ( vakuola pada umumnya memenuhi fungsi ini) dan tidak ada caspases (protein eksklusif untuk hewan, dijelaskan di bawah dalam Mekanisme Apoptosis), dan masih belum ada konsensus tentang apakah proses genetiknya sama, karena gen penyebabnya mungkin berbeda; gen telah dilestarikan dari nematoda ke manusia, di antara hewan, tetapi terlihat berbeda pada tanaman, yang hanya menghasilkan protease selain caspases. Proses fisiologis mirip dengan apoptosis hewan masih terjadi pada organisme bersel tunggal, termasuk ragi dan bakteri.

Apa itu

Apoptosis adalah didefinisikan sebagai kematian sel terprogram, yang terjadi sangat sistematis. Biasanya kematian sel dapat terjadi dalam dua cara. Salah satunya adalah dengan apoptosis ini dan yang lainnya adalah dengan nekrosis, yang terjadi dalam kondisi patogenik atau defisiensi.

Apoptosis adalah proses yang sangat teratur. Selama apoptosis sel-sel yang dibongkar sangat sistematis. Mereka melepaskan diri dari sel-sel tetangga dari jaringan dan protoplasma nya memadat. Organel terikat membran seperti mitokondria hancur dengan melepaskan isinya ke dalam sitoplasma. Enzim, endonuklease, bertindak pada bahan kromatin dan memecahkan DNA menjadi fragmen-fragmen. Pada tahap akhir membran sel mulai membentuk pelepuhan dan fragmen sel ke dalam tubuh apoptosis.

Jenis kematian sel adalah suatu proses fisiologi normal dan selalu terjadi selama perkembangan organ. Dibandingkan dengan apoptosis nekrosis terjadi secara teratur dan terjadi karena aksi dari racun yang dihasilkan oleh patogen pada sel.

Apoptosis memainkan peran penting dalam mengembangkan dan menjaga kesehatan tubuh dengan menghilangkan sel-sel tua, sel-sel yang tidak perlu, dan sel-sel sehat. Tubuh manusia menggantikan mungkin satu juta sel per detik. Terlalu sedikit atau terlalu banyak apoptosis dapat memainkan peran dalam banyak penyakit. Ketika apoptosis tidak bekerja dengan benar, sel-sel yang harus dihilangkan dapat bertahan dan menjadi abadi, misalnya, kanker dan leukemia. Ketika apoptosis bekerja terlalu baik, membu.nuh terlalu banyak sel dan menimbulkan kerusakan jaringan kuburan. Ini adalah kasus stroke dan gangguan neurodegenerative seperti Alzheimer, Huntington, dan penyakit Parkinson. Juga dikenal sebagai kematian sel terprogram dan sel bu.nuh diri.

Kematian sel terprogram pada tanaman memiliki sejumlah kesamaan molekuler dengan  apoptosis pada hewan, tetapi juga memiliki perbedaan, yang menyolok adalah kehadiran dinding sel dan kurangnya sistem kekebalan tubuh yang menghilangkan potongan-potongan sel mati. Alih-alih respon imun, sel mati mensintesis zat untuk memecah diri dan menempatkan mereka yang pecah dalam vakuola sebagai sel mati. Apakah seluruh proses ini menyerupai apoptosis pada hewan yang cukup erat untuk menjamin penggunaan nama apoptosis (yang bertentangan dengan kematian sel terprogram yang lebih umum) belum jelas.

Proses

Sebuah sel memulai sinyal intraseluler apoptosis dalam menanggapi stres, yang dapat membawa sel untuk bu.nuh diri. Pengikatan reseptor nuklir oleh glukokortikoid, panas, radiasi,  kekurangan gizi, infeksi virus, hipoksia dan peningkatan konsentrasi kalsium intraseluler.  Sebagai contoh, berdasarkan kerusakan membran, semua bisa memicu pelepasan sinyal apoptosis intraseluler oleh sel yang rusak. Sejumlah komponen seluler, seperti poli ADP ribose polymerase, juga dapat membantu mengatur apoptosis.

Sebelum proses kematian sel yang dipicu oleh enzim, sinyal apoptosis harus menyebabkan protein regulator untuk memulai jalur apoptosis. Langkah ini memungkinkan sinyal apoptosis menyebabkan kematian sel, atau proses harus dihentikan, sehingga sel tidak perlu lagi mati. Beberapa protein yang terlibat, tetapi dua metode utama regulasi telah diidentifikasi: menargetkan fungsi mitokondria, atau langsung pentransduksi sinyal melalui protein adaptor ke mekanisme apoptosis. Jalur ekstrinsik lain untuk inisiasi diidentifikasi dalam beberapa studi toksin adalah peningkatan konsentrasi kalsium dalam sel yang disebabkan oleh aktivitas obat, yang juga dapat menyebabkan apoptosis.

Dalam situasi apa apoptosis terjadi pada manusia?

Apoptosis terjadi pada berbagai waktu dalam kehidupan manusia. Berikut ini beberapa contohnya:

  • Renovasi organ dan jaringan selama perkembangan. Contoh: Morfogenesis normal pada tangan dan kaki.
  • Kegagalan dalam apoptosis dalam proses ini menghasilkan jari-jari dengan selaput yang mirip dengan yang ditemukan pada burung.
  • Respon imun.
  • Keterlibatan kelenjar susu setelah masa menyusui.
  • Penyakit Alzheimer dipicu oleh apoptosis berlebihan, yang mungkin dimulai karena jumlah neuron yang berubah.
  • Kanker dapat menjadi hasil dari kegagalan dalam apoptosis.

Penyebab Apoptosis

Apoptosis adalah mekanisme yang berguna untuk menjaga keseimbangan internal organisme multiseluler dan dapat terjadi secara fisiologis pada manusia dalam beberapa kasus, seperti:

Dalam perkembangan embrionik, beberapa struktur janin (seperti saluran tiroglos dan notochord) mengalami involusi sepanjang periode kehamilan. Involusi ini adalah karena kematian sel yang diprogram yang membentuk struktur ini.

Dalam kasus pemotongan pasokan hormon stimulasi. Ini terjadi secara fisiologis selama menopause, suatu periode di mana jaringan endometrium dan payudara mengalami atrofi karena penurunan kadar serum hormon seks wanita. Jika stimulus hormon tidak dilanjutkan, atrofi tidak akan reversibel dan sel-sel dalam jaringan ini akan menjadi apoptosis.

Pembaruan sel labil yang terletak di jaringan yang selnya terus diperbarui. Ini adalah kasus epitel yang melapisi kulit. Sel-sel basal berkembang biak terus-menerus untuk menggantikan sel-sel tua yang ada di ekstrak apikal jaringan. Sel-sel yang lebih tua, pada gilirannya, menjalani apoptosis sehingga jumlah sel dalam jaringan tetap konstan.

Apoptosis dirangsang oleh limfosit T sitotoksik. Dalam kasus ini, apoptosis terjadi ketika sebuah sel dalam organisme terinfeksi oleh virus dan mulai menunjukkan antigen pada membrannya (melalui kompleks histokompatibilitas tipe 1, atau MHC-1). Sel T sitotoksik akan mengenali antigen ini dan menginduksi apoptosis pada sel yang terinfeksi, proses ini menjadi sangat penting dalam menghilangkan virus dari tubuh dan juga dalam menghasilkan gejala pada berbagai patologi.

Setelah respon imun individu terhadap agen biologis, perlu untuk menghilangkan kelebihan populasi leukosit yang digunakan untuk mempertahankan organisme. Mekanisme untuk eliminasi ini adalah apoptosis.

Di sel berserat itu akan memunculkan lensa. Sel-sel ini akan mengalami apoptosis nuklir (hanya nukleus yang dihancurkan), sedangkan sitoplasma tetap utuh.

Apoptosis karena Penyebab Patologis

Induksi apoptosis karena kerusakan bahan genetik seluler, yang dapat disebabkan oleh rangsangan radioaktif, kimia atau virus. Ketika kerusakan DNA lebih besar dari kemampuan sel untuk membalikkannya, itu lebih aman bagi organisme bahwa program kematian sel diaktifkan, karena penggandaan sel mutan dapat menimbulkan neoplasma.

Cedera karena iskemia sedang atau hipoksia dapat menyebabkan sel-sel jaringan tertentu, baik untuk nekrosis dan apoptosis. Banyak rangsangan terhadap kematian sel akibat nekrosis juga memicu kematian sel akibat apoptosis.

Fungsi

Apoptosis bertanggung jawab, misalnya, untuk menggambarkan desain anatomi kita selama perkembangan intrauterin. Terutama dalam kasus ini, menarik bahwa tidak ada respon inflamasi, karena ketika tubuh ibu bekerja di bawah kondisi imunosupresi – agar tidak mengeluarkan benda asing yang telah terpasang sendiri di endometrium -, untuk menghasilkan aksi sistem kekebalan tubuh untuk merespons Faktor-faktor proinflamasi dapat menyebabkan hilangnya embrio atau janin.

Ukuran organ juga dapat dikontrol dengan cara apoptosis ini. Keseimbangan antara tingkat pembelahan sel dan apoptosis bertindak cukup tepat dalam kasus ini, seperti ketika konsumsi obat meningkatkan pembelahan sel dan hati yang membesar kembali ke ukuran aslinya karena apoptosis, sebuah fakta yang sudah diamati pada tikus. Ini juga sering terjadi di sumsum tulang manusia di mana perlu untuk mempertahankan stok sel yang siap digunakan kapan saja, fakta yang terjadi, yaitu, dengan neutrofil. Ini juga terkait dengan penghancuran endometrium selama menstruasi dan degradasi crypts dalam sel-sel epitel usus.

Apoptosis juga dapat terjadi ketika ada identifikasi organel yang tidak berfungsi dengan baik. Sel akan memilih untuk melakukan apoptosis untuk menghilangkan masalah sesuai dengan luas dan keparahannya, karena, dalam beberapa konteks, dimungkinkan untuk autofagi tertentu untuk menyelesaikan situasi. Kasus klasik terkait dengan fakta bahwa mutasi yang tidak menguntungkan pada materi genetik muncul yang dapat berujung pada kanker.

Dalam konteks ini, di antara beberapa mekanisme, pensinyalan dapat dikirim ke sitoplasma dari gen p53, yang berpartisipasi dalam kontrol pembelahan sel. Dengan demikian, sebuah molekul tidak aktif protein Bcl2, yang terletak dan aktif dalam membran mitokondria, memulai induksi apoptosis melalui jalur intrinsik.

Selama perkembangan, apoptosis dapat melakukan beberapa fungsi dasar, seperti: memahat dan menghilangkan struktur, mengatur jumlah sel dan menghilangkan sel yang rusak.

Kemungkinan Manfaat

Apoptosis memiliki potensi penggunaan terapeutik, karena modulasinya dapat digunakan untuk mengobati penyakit. Beberapa penelitian dalam hal ini mencari alternatif untuk mengatasi masalah seperti kanker, juga menggunakan alat biologis lainnya seperti mikro-RNA. Dalam studi “Peran mikro-RNA dalam resistensi obat multiple myeloma”, ada sejumlah pengamatan yang mendukung aplikasi ini. Dalam konteks ini, mikro-RNA yang paling banyak dipelajari adalah: miR-137/197, miR-21 dan miR-221/222. Mereka diyakini terkait dengan modulasi negatif dari sensitivitas obat oleh beberapa sel myeloma.

Micro-RNAs (miRNAs) adalah molekul RNA non-coding kecil yang berperan dalam regulasi pasca-transkripsi beberapa gen manusia, seperti onkogen dan penekan tumor (regulasi ini bisa positif atau negatif). Mereka juga dapat mengatur respons sel tumor terhadap obat dengan memodulasi apoptosis, anti-apoptosis, atau jalur proliferatif. Namun, studi tentang modulasi ini menantang, karena proses resistensi terhadap pengobatan cukup rumit, selain fakta bahwa beberapa miRNA memiliki kapasitas untuk menargetkan setidaknya 200 gen yang berbeda.