TURUNAN MESODERM DAN ENDODERM MAKALAH
UNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAH Struktur Perkembangan Hewan II yang dibina oleh Dra. Umie Lestari, M.Si.
Oleh kelompok 1/Offering G: Anggy Ningtyas
(160342606237) (160342606237)
Krismonik Dwi Maulida
(160342606270) (160342606270)
Muhammad Fadhil
(160342606235) (160342606235)
Muly Pramesti
(160342606245) (160342606245)
Nur Roudhotul Jannah
(160342606205) (160342606205)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI Oktober 2017
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan makhluk hidup merupakan suatu proses yang relatif lambat, pr progresi resiff dan dan tidak idak dapa apat ke kemba mbali sep seperti erti sem semula. la. Pe Perke rkembang angan mak makh hluk luk hid hidu up me melip liputi pe perub rubahan dari sel sel tu tunggal men menja jad di mak makhluk luk hi hidup de dewasa asa ya yang se selan lanjutn jutny ya me mengalam lami pe penuaan aan dan mati. ti. (Tenzer,dkk, 2003). Proses awal perkembangan dari makhluk hidup diawali dengan fase sebelum lahir hingga menetas, atau dapat disebut dengan fase embriologi. Pada hewan, zigot yang merupakan hasil fertilisasi akan membelah terus menerus menjadi tahapan-tahapan yang ada pada embrio seperti morula, blastula, dan gastrula. Pada fase gastrula, sel-sel yang ada akan terbagi menjadi 3 tipe sel berdasarkan lokasinya yaitu ektoderm, mesoderm, dan endoderm. Ketiga lapisan tersebut akan membentuk organ-organ spesifik pada makhluk hidup yang menunjang kehidupan makhluk hidup tersebut. Pembentukan organ-organ spesifik ini disebut sebagai tahapan organogenesis. Makalah ini akan membahas tentang organ-organ tubuh hasil dari organogenesis dari jaringan mesoderm dan ektoderm yang ada pada embrio manusia. 1.2 Tujuan Untuk mengetahui organ apa saja yang dihasilkan oleh jaringan mesoderm dan endoderm
1.3 Topik Bahasan 1.3.1
Organogenesis
1.3.2
Perkembangan jaringan mesoderm
1.3.3
Perkembangan jaringan endoderm
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Organogenesis Turunan Mesoderm
Dari mesoderm intermediat dihasilkan organ-organ yang membentuk sistem urogenitalia yang terdiri atas ginjal, gonad, dan saluran pada masingmasing ginjal dan gonad. 2.1.1 Pembentukan Ginjal
Perkembangan ginjal pada mamalia melalui 3 tahapan, tahap pertama perkembangannya bersifat sementara, sedangkan dua tahap berikutnya merupakan tahap ginjal yg fungsional. Pada perkembangan embrio manusia umur 22 hari, terjadi perkembangan mesoderm intermediat bagian ventral menuju ke arah somit anterior, sehingga terbentuk duktus pronefros. Sel-sel dari duktus ini bermigrasi ke arah kauda, dan bagian anterior duktus menginduksi mesenkim di sekelilingnya
Gambar 1: Tipe-tipe Ginjal
Tubulus pronefros berfungsi pada ikan dan larva amphibia tetapi tidak berfungsi pada kelompok Amniota. Pada mamalia, tubulus pronefros dan bagian anterior duktus pronefros mengalami degenerasi, tetapi daerah kauda duktus pronefros merupakan komponen yang tetap digunakan untuk perkembangan sistem ekskresi, duktus ini disebut duktus Wolf. Selama duktus pronefros berdegenerasi, bagian tengah duktus Wolf menginduksi mesenkim yang berada di sekitarnya sehingga terbentuk tubulus ginjal baru yang disebut ginjal mesonefros. Pada embrio mamalia umur 25 hari, terbentuk kurang lebih 30 tubulus mesonefros. Keseluruhan tubulus ini diinduksi di bagian kauda, sedangkan tubulus pronefros anterior mengalami regresi dengan cara apoptosis. Ginjal metanefros pada amniota memiliki komponen yang sama dengan tipe sebelumnya, hal ini menunjukkan bahwa bagian dari ginjal ini ada yang berasal dari ginjal sebelumnya. Pembentukan ginjal ini melalui suatu tahapan mekanisme interaksi yang kompleks antara sel epitel duktus Wolf dengan mesenkim dari mesoderm intermediat. Tahap pertama, mesenkim metanefrogenik menginduksi pasangan duktus Wolf untuk membentuk percabangannya yang disebut tunas ureter, yang akhirnya terpisah dari duktus Wolf menjadi duktus pengumpul dan ureter. Tunas ureter yang menonjol ke arah mesenkim metanefrogenik langsung induksi balik terhadap mesenkim sehingga terjadi deferensiasi pada sel mesenkim membentuk nefron-nefron. Sinyal yang merangsang pembentukan pronefros ini berasal dari jaringan mesoderm paraksial. Protein yang berperan adalah Lim1, Pax2, dan Pax8 menyebabkan mesoderm intermediat membentuk ginjal. Pada pembentukan ginjal ini terjadi interaksi timbal balik antara tunas ureter dan mesenkim metanefrogenik yang disebut induksi resiprokal. Mesenkin metanefrogenik merangsang tunas ureter agar semakin panjang dan bercabang, sedangkan tunas ureter merangsang pembentukan epitel agregat yang pada akhirnya akan membentuk sel-sel antara lain adalah sel kapsul, podosit, sel tubulus proksimal dan tubulus distal.
Gambar 2: Proses Induksi Resiprokal
Induksi Resiprokal ini terbagi menjadi beberapa tahap yaitu: 1. pembentukan duktus dan tubulus ginjal oleh gen Hox4 pada jaringan mesenkim metanefrogenik dan gen WT1 untuk merespon sinyal dari tunas ureter\ 2. sinyal dari sel mesenkim metanefrogenik posterior berupa sekret parakrin yaitu GDNF (Gilal Derived Neurothropic Factor) yang terikat pada reseptor duktus wolf yaitu tirosin kinase Ret dan GFRa1 dan terjadi induksi, sehingga membentuk tonjolan dan terbentuk tunas ureter. Faktor set parakrin ini aktif karena ada inisiasi dari Pax2 dan Hox11 pada mesenkim metanefrogenik. Reseptor GDNF disintesis pada duktus wolf, dan selanjutnya terkonsentrasi pada tunas ureter yang mengalami pertumbuhan, dan dekat dengan sumber GDNF
Gambar
3:
Induksi
resiprokal
antara
tunas
ureter
dan
sel
mesenkim
metanefrogenik 3. tunas ureter mengeluarkan sekret FGF2 dan BMP7 untuk mencegah sel mesenkim metanefrogenik melakukan apoptosis dan merangsang proliferasi 4. tunas ureter menghasilkan WNT9B dan WNT6 yang menginduksi sel mesenkim menghasilkan E-kadherin, kolagen IV, dan laminin untuk membentuk lamina basalis. 5. sel mesenkim memproduksi Wnt4 yang diperlukan untuk merubah sel mesenkim menjadi sel epitel. Ekspresi Wnt4 ditemukan pada sel-sel yang berkondensasi pada tubulus yang berbentuk S dan di tubulus ini sel epitel baru, berfusi dengan sel pada ujung tunas ureter sehingga menghasilkan FGFs, Wnt9, Wnt6 dan terjadi induksi terhadap perubahan mesenkim metanefrogenik 6.sel mesenkim mensekresikan GDNF untuk merangsang percabangan dan pembelahan sel-sel ujung tunas ureter.
2.1.2 Pembentukan Gonad
Bakal gonad awalnya bersifat bipotensial, artinya memiliki potensi untuk dapat berkembang menjadi ovarium atau testis. Penentuan bakal gonad ditentukan oleh genotip. Pada manusia, adanya dua kromosom X atau salah satunya adalah kromosom Y menentukan bahwa embrio nantinya menjadi wanita (XX) atau pria (XY). Pada manusia, gonad bipotensial/indiferen terdapat pada embrio umur 4-7 minggu dan merupakan mesoderm intermediate yang berada dekat dengan bakal ginjal. Gonad pada tahap indiferen, bagian ventralnya yaitu epitel genital ridge aktif berproliferasi dan membentuk sel somatik, seperti diketahui komponen gonad adalah sel somatik atau kelompok sel yang bukan germinal, dan bakal sel kelamin/BSK (PGC/Premordial Germ Cell) yang berasal dari endoderm yang migrasi kedalam gonad indiferen. BSK bermigrasi ke gonad indiferen selama 6 minggu. Perkembangan gonad indiferen akan menjadi gonad jantan apabila kromosom sel somatik fetus adalah XY, sehingga sel epitel pematang genital aktif berproliferasi dan diantara sel-selnya sel -selnya ada yang berdiferensiasi menjadi sel sertoli. Pada umur embrio 8 minggu, sel sertoli berkembang yang selanjutnya akan melingkupi bakal sel kelamin dan membentuk suatu kesatuan yang disebut pita testis yang semakin memanjang kearah medulla, dan bersambungan dengan rete testis yaitu suatu pembuluh tipis yang berada di lokasi dekat duktus mesonefros, sehingga terbentuk suatu jalinan pita testis yang berkembang sangat cepat dan tertutup oleh suatu matriks ekstra selluler yang disebut tunika albuginea. Pada perkembangan selanjutnya, sel sertoli menghasilkan secret yang bersifat anti terhadap perkembangan duktus betina (duktus Muller). Pada perkembangan fetus selanjutnya, sel mesenkim interestial diantar pita testis berdiferensiasi menjadi sel leydig yang menghasilkan testosterone. Pada perkembangan manusia di saat pubertas atau segera setelah lahir, pita testis berkembang membentuk tubulus seminiferus dengan cirri bakal sel kelamin bergerak kearah perifer membentuk suatu populasi stem cell spermatogonia yang
selanjutnya
berkembang
melalui
proses
spermatogenesis.
Sperma
yang
dikeluarkan melalui rete testis dan duktus eferen. Duktus eferen ini merupakan tubulus mesonefros yang mengalami perubahan. Duktus eferen selanjutnya akan berhubungan dengan duktus Wolf dan dalam perkembangan selanjutnya duktus Wolf berdiferensiasi menjadi epididimis dan vasa deferensia, yang selanjutnya berhubungan dengan dengan uretra. Pada perkembangan gonad betina, BSK terakumulasi dengan sel-sel somatik bakal gonad dipermukaan luar. Pada saat akan parturasi, masing-masing BSK dikelilingi oleh sel-sel somatic, selanjutnya BSK berkembang menjadi oogonium, dan sel di sekelilingnya berdiferensiasi menjadi sel granulose, sedangkan sel mesenkim disekeliling ovarium berdiferensiasi menjadi sel teka. Sel granulosa dan sel teka melingkup oogonia disebut folikel, pada saat ini oogonia memasuki fase meiosis. Di dalam perkembangan selanjutnya, sel granulosa menghasilkan hormon steroid yang berperan untuk perkembangan folikel. Pada wanita, duktus Muller akan berdiferensiasi menjadi oviduk, uterus, leher dan bagian atas vagina. Beberapa gen terekspresi dan berperan pada perubahan pematang genital menjadi gonad jantan atau betina antara lain Wt1, Sox9, Wnt4, Lhx9, Fgf9, GATA4 dan Sf1. 2.2 Organogenesis Turunan Endoderm 2.2.1 Pembentukan faring
Bagian anterior endodermal dari tabung pencernaan dan pernapasan bermula di faring. Embrio mamalia memproduksi atau menghasilkan empat pasang kantung faring. Diantara kantung tersebut terdapat lekung faring. Pasangan pertama dari kantung faring akan menjadi ruang pendengaran yang terdapat ditengah telinga dan berasosiasi dengan tabung eustachia. Pasangan kedua dari tabung faring akan membentuk dinding tonsil. Timus merupakan derivate dari pasangan ketiga kantung faring, dan limfosit T akan langsung berdiferensiasi pada saat tahap akhir perkembangan. Satu pasang kelenjar paratiroid berasal dari derivate pasangan ketiga kantung faring, sedangkan pasangan lainnya berasal dari
derivate pasangan keempat kantung faring. Diverticulum tengah terbentuk diantara pasangan kedua kantung faring didasar faring. Kantung dari endoderm dan mesenkim akan mati dan bermigrasi turun ke leher dan menjadi kelenjar tiroid. Tabung pernapasan tumbuh dari dasar faring 9 diantara pasangan keempat kantung faring) untuk membentuk paru-paru. Sonic hedgehog dari endoderm muncul untuk mencegah apoptosis sel-sel pial neural dan berpengaruh terhadap pembentukan kantung faring. 2.2.2. Pembentukan tabung pernapasan
Paru-paru adalah derivat dari tabung pencernaan, meskipun mereka tidak berhubungan dengan digesti. Di tengah dasar faring, diantara pasangan keempat kantung faring, lekuk laryngotracheal memanjang secara ventral. Lekukan ini kemudian terbagi menjadi dua cabang yang akan menjadi cabang yang membentuk pasangan bronki dan paru-paru. Endoderm laryngotracheal menjadi lapisan dari trachea, dua bronki, dan kantung udara (alveoli) di paru-paru. Seperti di tabung pencernaan, spesifikasi daerah di mesenkim ditentukan oleh diferensiasi perkembangan tabung pernapasan. Di perkembangan pada mamalia, epitelium pernapasan merespon dalam dua cara yang berbeda. Di daerah leher, epitelium pernapasan tumbuh lurus, membentuk trachea. Setelah memasuki torax, cabang tersebut membentuk dua bronki dan kemudian paru-paru. Paru-paru
adalah
bagian
terakhir
diantara
organ-organ
mamalia
yang
berdiferensiasi sepenuhny. Paru-paru Paru -paru harus bisa menarik oksigen pada saat nafas pertama bayi yang baru lahir. Untuk menyelesaikan ini, sel aveolar mensekresi surfaktan menjadi cairan yang membasahi paru-paru. Surfaktan ini terdiri atas protein spesifik dan phospolipid seperti sphingomyelin dan lesitin. Surfaktan memungkinkan sel aveolar untuk menyentuh satu dengan lainnya tanpa menempel bersama.
2.2.3 Pembentukan Saluran Pencernaan Makanan
Endoderm memiliki dua fungsi utama, pertama pertama berfungsi menginduksi terbentuknya beberapa organ turunan mesoderm, misalnya jantung, notokord, peredaran darah dan lapisan germinal, kedua adalah membentuk dua tabung sepanjang tubuh hewan. Saluran pencernaan merupakan tabung yang memanjang sepanjang tubuh, kemudian dari saluran pencernaan terbentuk tunas yang selanjutnya membentuk hati, kantung empedu, dan pankreas. Saluran pernapasan, yang kemudian bercabang dua membenuk paru. Kantung yang keluar dari faring membentuk kelenjar antara lain tonsil, tiroid, timus, dan kelenjar paratiroid, yang selanjutnya sekret yang dihasilkan memasuki saluran pernapasan. Perkembangan tabung usus dimulai dari dua lokasi lapisan endoderm yang bergerak ke arah bagian sentral. Di daerah bakal usus bagian depan ( foregut), foregut), selsel dari bagian lateral anterior endoderm bergerak ke bagian ventral untuk membentuk tabung Anterior Intestinal Portal (AIP), (AIP), sedangkan Caudal Intestinal Portal (CIP) (CIP) terbentuk dari migrasi endoderm posterior. AIP dan CIP bermigrasi bersama untuk membentuk usus bagian bagian tengah. Pada kedua ujung tabung usus, berbatasan dengan ektoderm. Bagian oral yang dibatasi oleh ektoderm disebut stomodeum, stomodeum, ektoderm stomodeum masuk ke dalam rongga mulut. Oleh karena itu, epitel rongga mulut adalah ektoderm, demikian pula di bagian kaudal, epitel saluran anus atau kloaka adalah ektoderm yang berasal dari ektoderm proktodeum.
Gambar 4: Pembentukan saluran pencernaan mamalia (Sumber: Gilbert, 2010) Bagian
posterior
faring
mengalami
penyempitan
sehingga
terbentuk saluran pencernaan yang diawali dan berurutan oleh esophagus, lambung, usus halus, usus besar.Endoderm membentuk tiga kelenjar asesori yang berkembang dari daerah kauda ke daerah lambung embrio yaitu hati, pankreas dan kantung empedu. Pembentukan hati berawal dari terbentuknya di vertikulum hati, merupakan suatu tunas hati yang menonjol keluar dari usus bagian depan/foregut menuju ke arah mesenkin sekitarnya. Endoderm tunas hati ini, berasal dari dua populasi sel endoderm yaitu endoderm bagian lateral dan endoderm ventral medial daerah midgut. Mesenkin menginduksi endoderm untuk berproloferasi, membentuk cabang, dan membentuk epitel kelenjar hati. Sebagian dari vertikulum hati yaitu wilayah yang paling dekat dengan saluran pencernaan, berfungsi sebagai saluran pengeluaran sekret yang diproduksi hati, dan cabang dari saluran ini menghasilkan kantung empedu.
Gambar 5: Saluran pencernaan mamalia (Sumber: Gilbert, 2010)
2.2.4 Pembentukan hati
Pembentukan hati terjadi karena ekspresi gen spesifik untuk sintesis komponen-komponen komponen-komponen hati, misalnya gen untuk α -fetoprotein dan albumin. Gen ini terdapat dibagian endoderm bakal saluran pencernaan yang berdekatan dengan mesoderm kardiak dan endothelium pembuluh darah yang sedang berkembang, sehingga terjadi induksi dan endoderm responsive terhadap faktor parakrin yang disekresikan oleh kedua macam jaringan ini, factor parakrin berupa Fibroblast Growth Factors (FGFs) sehingga terbentuk hati. Jadi endothelium jantung dan pembuluh darah yang sedang berkembang menginduksi pembentukan hati melalui factor parakrin berupa Fibroblast Growth Factors (FGFs), jika notokorda masih belum tereduksi dan endothelium jantung serta pembuluh darah belum berkembang maka hati tidak akan terbentuk. terbentuk. Kompeten endoderm terhadap factor parakrin FGF sehingga terbentuk bakal hati hanya dimiliki oleh endoderm usus depan (foregut) karena endoderm ini yang memiliki reseptor yang dapat mengikat FGF, misalnya pada endoderm
Gambar 6: Pembentukan Hati mencit berdampak pada terekspresinya gen Foxa1 dan Foxa2 sehingga terbentuk tunas bakal hati dan enzim spesifik hati.
2.2.5 Pembentukan pancreas
Pembentukan pancreas berbanding terbalik dengan pembentukan hati, adanya notokord dan mesoderm bakal pembuluh darah mengakibatkan terbentuknya pancreas, sedangkan adanya mesoderm bakal jantung justru menghambat pembentukan pancreas. Protein Sonic Hedgehog (Shh) terdapat pada keseluruhan endoderm bakal usus kecuali di endoderm bakal usus depan tempat terbentuknya bakal pancreas. Notokord yang berada dekat daerah bakal usus mensekresikan factor parakin yaitu FGF2 dan aktivin yang berperan untuk menekan ekspresi gen Shh pada endoderm, sehingga produksi protein Shh menjadi menurun. Keadaan ini memungkinkan endoderm bakal pancreas yang terletak di wilayah usus depan, menjadi kompeten terhadap signal yang diberikan oleh endothelium pembuluh darah. Signal dari pembuluh darah mengakibatkan factor transkripsi pdx1 dan pdx2 diproduksi sehingga terbentuk insulin, protein structural untuk sel endokrin, protein structural untuk sel Langerhans, serta sel eksokrin yang menghasilkan enzim pencernaan seperti khimotripsin.
Gambar 6.1 ekspresi gen pdxl di epitelusus. (A) ekspresi pdxl ditunjukkan dengan warna ungu (diperlihatkan dengan tanda panah hitam) yang terdapat pada tabung usus embrio ayam, terjadi Karena induksi oleh aorta dan
vena vitelin. Daerah ekspresi gen pdxl terdapat di bagian dorsal dan ventral tabung usus sehingga menjadi bakal pancreas, (B) vena vitelin saja yang kontak dengan tabung usus embriotikus. Ekspresi den pdxl terlihat hanya pada sisi ventral (tanda panah hitam), dan hanya satu tunas pancreas ventral muncul. (C) melalui potongan melintang jaringan pembuluh darah dan tabung usus embrio ayam, dan dengan mengunakan teknik hibridasasi in situ terlihat ekspresi mRNA pdxl, ditunjukkan dengan warna biru (ditunjukkan dengan panah hitam), (D) menggunakan teknik pewarnaan dan pemberian antibody terhadap insulin, tampak warna merah yaitu pembuluh darah dan warna hijau adalah insulin yang dihasilkan oleh sel pulau lagerhans embrio ayam (Lestari, 2013 dikutipdari Gilbert, 2010). Dari penjelasan diatas menunjukkan bahwa asosiasi pembuluh darah dengan endoderm bakal bakal pancreas, serta peranan factor transkripsi pdx1 pada endoderm endoderm bakal pancreas ini sangat penting untuk perkembangan perkembangan pancreas.
BAB III KESIMPULAN
1. Proses organogenesis yang terjadi pada lapisan mesoderm dan endoderm menghasilkan organ yang bervariasi dan tentunya diatur oleh gen tertentu 2. Organ yang dihasilkan oleh mesoderm adalah organ pada sistem urogenital 3. Organ yang yang dihasilkan pada lapisan endoderm adalah organ pada pada sistem respirasi dan digesti
Daftar Rujukan
Tenzer, Amy., Judani, Titi., dkk. 2003. Buku Ajar Struktur Hewan II . Malang: Universitas Negeri Malang Gilbert, F., Scott.2010. Scott.2010. Developmental Biology 9th. 9th. Sunderland : Sinauer Associates Inc. Lestari, U., Amy, T., dkk.2016. Perkembangan Embio Vertebrata. Vertebrata . Malang : Universitas Negeri Malang.
