Perkembangan organ: anggota tubuh

Kuliah 13

Organogenesis

Blastulasi dan gastrulasi mencakup proses-proses pembentukan pola,
penentuan informasi posisional, induksi, perubahan bentuk sel dan
diferensiasi sel. Perkembangan struktur dan organ tubuh menggunakan
proses-proses yang sama

gan yang lain berjalan berdasarkan prinsip-prinsip

Perkembangan organ: anggota
tubuh

yang kurang lebih sama. Juga, prinsip yang sama
berperan dalam perkembangan sayap dan kaki se-

Dalam kuliah-kuliah yang lalu kita telah melihat

rangga.


aspek umum perkembangan yang menentukan arsitektur tubuh. Kini kita akan melihat organogene-

Anggota tubuh vertebrata

sis: perkembangan struktur dan organ tubuh.

Perkembangan anggota tubuh ayam bermula

Seperti blastulasi dan gastrulasi, perkembangan

setelah bentang tubuh ditentukan. Anggota tubuh

organ mencakup proses-proses pembentukan pola,

ini berkembang dari tunas. Tunas sayap mulai ter-

penentuan informasi posisional, induksi, perubah-

lihat pada embryo yang berumur tiga hari dan un-


an bentuk sel dan diferensiasi sel. Hanya saja me-

sur-unsur utama sayap sudah terbangun pada hari

kanisme selular organogenesis bekerja pada pola-

ke-10.

pola ruang dan waktu yang berbeda.

Anggota tubuh mempunyai tiga sumbu perkem-

Kita akan melihat proses-proses ini dalam orga-

bangan, yaitu sumbu proksimo-distal yang berjalan

nogenesis anggota tubuh ayam. Perkembangan or-

dari pangkal anggota ke ujungnya; sumbu antero-


1|8

Kuliah 13 Organogenesis
ibu jari ke kelingking; pada ayam, dari jari 2 ke jari
4); dan sumbu dorso-ventral (pada tangan manusia, berjalan dari punggung ke telapak tangan)
Pada awalnya, tunas anggota mempunyai dua
komponen utama: inti, yang terdiri dari sel-sel mesenkim mesodermal, dan selapis epitelium ektodermal. Hampir keseluruhan anggota tubuh berasal
dari inti mesenkimal, walau sel-sel ototnya diperoleh dari sel-sel somit yang bermigrasi kepadanya.
Inti mesenkimal akan membentuk unsur-unsur
anggota tubuh yang mencakup kartilago (yang
nantinya akan digantikan oleh tulang), otot dan
tendon dan juga struktur-struktur yang diperoleh
dari jaringan epidermal, misalnya bulu. Diferensiasi
ini terjadi berdasarkan interaksi antar-sel seperti
yang bekerja pada gastrulasi. Pada organogenesis
sayap burung, dua wilayah tunas yang

menjadi

sumber signal adalah rigi ektodermal puncak di

posterior yang berjalan sejajar dengan sumbu tubuh (pada tangan manusia, sumbu ini berjalan dari

ujung distal tunas dan wilayah polarisasi yang
terletak di posterior inti mesenkimal.

2|8

Kuliah 13 Organogenesis

Rigi ektodermal puncak dan
zona progres

dalam zona ini sel-sel berbiak tanpa berdiferensiasi. Baru setelah sel-sel ini keluar dari zona progres
maka mereka berdiferensiasi. Bagian yang terletak
dekat dengan tubuh adalah bagian yang mula-mula berdiferensiasi dan diferensiasi ini bergerak terus ke arah distal bersama dengan tumbuhnya
anggota tubuh.
Dalam perkembangan anggota tubuh, sel-sel
dijeniskan berdasarkan posisinya terhadap ketiga
Pada ujung tunas terdapat rigi ektodermal pun-


sumbu utama ketika mereka masih berada di zona

cak yang merupakan penebalan ektoderm. Rigi ini

progres. Ketika tunas tumbuh, zona progres sema-

terbit berdasarkan ekspresi gen radical fringe. Rigi

kin jauh dari badan dan lama waktu sebuah sel di

ini berisi sel-sel kolumnar yang saling terikat oleh

dalam zona progress menentukan nasibnya selan-

gap junction. Ikatan ini sangat kuat dan memberi

jutnya. Sel-sel ini pertama-tama mendapatkan in-

rigi kemampuan untuk menjaga supaya tunas ini


formasi posisionalnya; ia kemudian menafsirkan ni-

tetap berbentuk pipih di sepanjang sumbu dorso-

lai ini berdasarkan jejak-jejak perkembangannya.

ventral.

Jejak-jejak inilah yang menyebabkan tunas tum-

Ektodermal puncak menjeniskan jaringan mesenkimal di bawahnya menjadi zona progres. Di

buh menjadi sayap atau menjadi kaki, walaupun
signal yang diperoleh sama.

3|8

Kuliah 13 Organogenesis
Ketika tunas tumbuh, struktur kartilago mulai


Perkembangan struktur sayap itu merupakan

terbentuk dari inti mesenkimal melalui kondensasi,

respons dari signal berupa protein FGF (FGF-4 dan

yaitu proses pengepakan kelompok-kelompok sel.

FGF-8) yang diberikan oleh rigi ektodermal puncak

Kelompok-kelompok sel ini kemudian akan tumbuh

ke zona progres. FGF-4 merupakan signal utama,

menjadi, pertama-tama humerus, lalu radius dan

karena bila kita memberikan protein ini ke embryo

ulna (di sepanjang sumbu proksimo-distal) dan ke-


yang riginya kita hilangkan, ia akan menginduksi

mudian ketiga jari 2, 3, dan 4 (di sepanjang sumbu

pembentukan tunas yang kemudian dapat tumbuh

antero-posterior). Urutan perkembangan sayap bu-

secara normal.

rung kira-kira sama dengan perkembangan anggota tubuh depan mamalia.

Setelah seluruh unsur sayap terbentuk, rigi
menghilang. Dalam perkembangan tunas, selain
mendapat signal, zona progres juga memberi signal kembali ke rigi ektodermal puncak dan signal
dari zona ini memelihara rigi puncak. Setelah zona
progres selesai membangun unsur-unsur anggota
tubuh, ia tidak lagi memerlukan rigi ektodermal
puncak sehingga ia menghentikan signalnya ke rigi
itu dan rigi pun mengalami degenerasi.


4|8

Kuliah 13 Organogenesis

Wilayah polarisasi: sumbu
antero-posterior

pembangunan jari 4 mempunyai ambang yang

Wilayah polarisasi yang terdapat di tunas ang-

fogen yang juga tinggi. Jari 3 mempunyai ambang

tinggi sehingga ia membutuhkan konsentrasi mor-

gota tubuh vertebrata mempunyai kemampuan pe-

yang lebih rendah; dan jari 2 lebih rendah lagi.


ngendalian yang menyamai pengendali Spemann

Signal untuk pemolaan sepanjang sumbu ante-

pada katak. Bila ia dicangkokkan ke bagian lain,

ro-posterior ini adalah protein Sonic hedgehog.

bagian ini akan membentuk unsur-unsur tunas

(Protein ini juga menentukan pola-pola pada somit

yang baru.

dan buluh saraf.) Kelebihan ekspresi gen Sonic

hedgehog di sumbu ini dapat menimbulkan struktur yang baru sehingga, misalnya, menambah jumlah jari.
Sonic hedgehog ini juga berinteraksi dengan
FGF-4 dalam umpan-balik positif. FGF-4, sebagai
signal utama rigi ektodermal puncak, menginduksi

Sonic hedgehog di mesoderm sehingga tunas tumbuh. Pada gilirannya, Sonic hedgehog menginduksi
FGF-4 sehingga rigi menjadi terpelihara. Jadi, rigi
ektodermal puncak dipelihara oleh Sonic hedgehog
dari wilayah polarisasi dan juga oleh signal dari zoWilayah polarisasi memberikan signal di sepan-

na progres.

jang sumbu antero-posterior. Bersama tumbuhnya
tunas, konsentrasi molekul-molekul ini menjadi

Sumbu proksimo-distal

bertingkat-tingkat. Sel-sel inti mesenkimal kemudiPemolaan di sepanjang sumbu proksimo-distal

an menafsirkan nilai signal yang diperolehnya untuk membangun struktur yang sesuai. Misalnya,

tidak banyak diketahui. Mungkin sekali ia ditentukan berdasarkan lamanya
waktu sebuah sel berada
di zona progres. Di atas
kita melihat bagaimana
sel-sel keluar dari zona
progres bersama dengan
tumbuhnya tunas; pada
sayap, sel-sel keluar pertama akan membentuk
humerus dan yang terakhir akan membentuk jari-jemari.

5|8

Kuliah 13 Organogenesis
Pemolaan berdasarkan waktu ini dapat terjadi

Pemolaan otot anggota tubuh

melalui penghitungan berapa kali sel-sel telah berbelah. Semakin lama sebuah sel berada di zona
progres, ia akan membentuk struktur yang semakin distal.

Anggota tubuh mendapatkan ototnya dari selsel yang bermigrasi dari somit pada awal perkembangan. Setelah tiba di tunas, sel-sel ini berbiak
dan pertama-tama membentuk massa otot di sisi
dorsal dan ventral, baru kemudian membentuk

Sumbu dorso-ventral

berbagai jaringan otot sebenarnya.

Sayap burung mempunyai organisasi yang
kompleks di sepanjang sumbu dorso-ventral. Misalnya, bulu yang besar hanya terdapat di permukaan
dorsal. Pada jari-jemari, sisi ventral biasanya tidak
memiliki bulu sedangkan sisi dorsal memilikinya.
Pemolaan ini ditentukan oleh ektoderm.

Berbeda dengan jaringan kartilago dan jaringan
ikat yang berasal dari mesenkim di tunas itu sendiri dan mendapatkan nilai posisionalnya bersama
berkembangnya tunas, sel-sel yang akan menjadi
otot belum mempunyai nilai-nilai posisional. Jadi
mereka semua setara. Bila somit dari daerah leher
dicangkokkan ke daerah yang akan mengirimkan
sel-sel ke sayap, dari sel-sel yang bermigrasi ini tunas sayap akan membentuk otot-otot sayap yang
normal.

Gen pengendali sumbu dorso-ventral di anggota tubuh adalah Wnt-7a yang diekspresikan di ektoderm di sisi dorsal dan engrailed yang diekspresikan di ventral. Sisi ventral tampaknya merupakan
daerah “dasar” karena bila Wnt-7a mengalami mutasi sehingga rusak, sisi dorsal akan berkembang
membentuk struktur-struktur ventral. Jadi ekspresi

Wnt-7a menginduksi struktur-struktur dorsal.
Selain kehilangan struktur dorsal, mutasi Wnt-

7a juga menyebabkan jari di wilayah posterior tidak tumbuh. Hal ini menyarankan bahwa perkembangan anggota tubuh di sepanjang ketiga sumbuHal ini menunjukkan bagaimana pola otot di-

nya merupakan integrasi dari interaksi signal-signal
Wnt-7a, FGF-4 dan Sonic hedgehog.

tentukan oleh jaringan ikat yang menjadi tempat
tujuan prekursor otot bermigrasi. Tampaknya jaringan ikat ini mempunyai sifat lekat yang dikenali
6|8

Kuliah 13 Organogenesis
oleh sel-sel prekursor itu.
Bersama

dengan

ber-

kembangnya tunas, pola
jaringan ikat dan kartilago berubah dan sel-sel
prekursor bergerak juga
ke pola-pola yang baru.
Dengan demikian massa
otot menjadi terpolakan sehingga terciptalah sera-

morfogenesis anggota tubuh di mana ia diperlukan

but-serabut otot yang mempunyai pelekatan ke tu-

untuk memisahkan jari yang satu dari jari yang

lang yang sesuai.

lain. Ia juga terjadi dalam pembentukan sistem
saraf di mana neuron yang penjuluran aksonnya

Pembentukan jari-jemari

tidak mencapai target akan mengalami kematian.

Wilayah di mana jari-jemari terbentuk pada awalnya berupa lempeng karena tunas memipih sepanjang sumbu dorso-ventral. Unsur-unsur kartilago berkembang dari jaringan mesenkimal di dalam
lempeng ini. Pemisahan jari yang satu dari jari
yang lain membutuhkan kematian sel-sel yang terdapat di antara kartilago jari-jari itu. Kematian sel
ini dipengaruhi oleh BMP-4. Bila reseptor bagi
BMP-4 pada sel-sel ini dihambat, sel-sel ini tidak
mati sehingga di antara jari yang satu dengan jari
yang lain akan ada selaput. Perbedaan bentuk kaki
bebek yang berselaput dan kaki ayam yang tidak
semata-mata terjadi karena tunas kaki bebek

Dalam peristiwa ini, sel yang mati mengalami
proses yang disebut sebagai apoptosis. Apoptosis
membutuhkan sintesis RNA dan protein tertentu
yang mengakibatkan konsentrasi kalsium meningkat dan mengaktifkan enzim endonuklease yang
menyebabkan kromatin terputus-putus. Dalam kematian ini isi sel tetap terbungkus di dalam membran sel untuk kemudian keseluruhan sel yang mati ini difagositosis oleh sel-sel pembersih. Sifat ini
berbeda dari sel yang mengalami kematian karena
sakit, di mana keseluruhan sel membengkak untuk
kemudian pecah. Kematian sel karena sakit ini
disebut dengan nekrosis.

mengalami lebih sedikit kematian sel.
Signal BMP-4 diperoleh dari jaringan mesodermal dan signal ini menentukan kematian sel baik di

Penafsiran signal-signal
perkembangan

jaringan mesodermal maupun jaringan ektodermal
di atasnya. Prinsip bahwa mesodem menginduksi

Signal-signal posisional yang mengendalikan

ektoderm adalah prinsip umu perkembangan.

anggota badan depan sama dengan yang mengendalikan anggota badan belakang. Misalnya, bila wi-

Kematian sel terprogram

layah polarisasi dari tunas sayap dicangkokkan ke
Kematian sel secara terpilih merupakan bagian
normal perkembangan. Kematian ini terjadi dalam

tunas kaki, signal yang diberikannya akan membentuk jari-jemari kaki dan bukannya jari-jemari

7|8

Kuliah 13 Organogenesis
annya sendiri. Anggota
badan

depan

berkem-

bang berbeda dari anggota badan belakang karena jejak perkembangan
mereka berbeda berdasarkan letak tunas di sepanjang sumbu anteroposterior tubuh. Demikian

juga,

unsur-unsur

proksimal berbeda dari
unsur-unsur distal karena
letak yang berbeda di sesayap. Demikian juga, signal-signal yang sama ini

panjang sumbu proksimo-distal.

bekerja menentukan bermacam-macam anggota
tubuh berbagai spesies vertebrata. Bila wilayah polarisasi dari tunas kaki mencit dicangkokkan ke tunas sayap burung, burung akan mendapatkan
tambahan tunas sayap, bukannya tunas kaki.

Selain jejak perkembangan, embryo menafsirkan signal yang diperolehnya berdasarkan genom
yang dipunyainya. Misalnya, tunas sayap ayam tidak akan membentuk kaki mencit karena genom
ayam akan menentukan pembentukan sayap di tu-

Jadi, setiap embryo menafsirkan signal-signal

nas itu.

perkembangan menurut jejak-jejak perkembang-

8|8