Proliferasi Sel - Definisi, pengujian, diferensiasi dan penyakit

Pengertian, pengujian, diferensiasi, penyakit dari Proliferasi Sel :

Definisi proliferasi sel

apa itu Proliferasi sel ?

Proliferasi sel adalah proses peningkatan jumlah sel yang terjadi sebagai akibat dari pertumbuhan sel yang diatur dan pembelahan sel.

• Proliferasi sel bertanggung jawab atas peningkatan eksponensial jumlah sel, menghasilkan pertumbuhan jaringan yang cepat.
• Prosesnya diimbangi dengan pembelahan sel dan diferensiasi sel atau kematian sel, yang mempertahankan jumlah sel yang sesuai di dalam tubuh.
• Proliferasi sel adalah proses penting yang penting untuk proses kehidupan fundamental seperti perkembangan embrio, pertumbuhan organ, dan proses fisiologis lainnya.
• Meskipun pertumbuhan merupakan konsekuensi dari peningkatan jumlah sel dan juga ukuran sel, istilah 'proliferasi' menunjukkan peningkatan jumlah sel sebagai fungsi waktu.
• Peningkatan jumlah sel terjadi melalui serangkaian langkah yang melibatkan pertumbuhan sel dan pembelahan sel.
• Namun, proliferasi sel, jika terganggu atau dipengaruhi oleh faktor-faktor yang tidak diinginkan, dapat mengakibatkan pembelahan sel yang tidak normal yang menyebabkan penyakit mengerikan seperti kanker.
• Perkembangan melalui siklus sel atau proliferasi sel diatur oleh faktor-faktor yang terkait erat di dalam tubuh.

Proliferasi sel normal

Proliferasi sel normal ditunjukkan dengan keseimbangan antara pertumbuhan sel, pembelahan sel, diferensiasi sel, dan kematian sel.

• Semua proses ini sama pentingnya selama proliferasi sel normal, dan setiap perubahan dalam proses ini dapat menyebabkan proliferasi sel abnormal yang menyebabkan penyakit.
• Selama proses siklus sel normal, proliferasi dan apoptosis sel memainkan peran penting.
• Proses proliferasi sel normal sangat diatur untuk memastikan bahwa jumlah sel dalam tubuh tetap tidak berubah dengan jumlah sel baru yang terbentuk sama dengan jumlah kematian sel.
• Dalam kasus proliferasi sel normal, ketika jumlah sel yang sesuai diproduksi, faktor penghambat memicu mekanisme umpan balik negatif untuk mengurangi dan akhirnya menghentikan laju pertumbuhan sel. Ini memastikan bahwa jumlah sel tidak melebihi jumlah yang diminta.
• Sebagian besar sel yang ditemukan pada makhluk hidup (kecuali sel sumsum tulang dan epidermis) tetap dalam keadaan non-proliferatif kecuali jika dirangsang untuk membelah untuk diperbaiki, yang dianggap sebagai tahap normal.
• Ada berbagai gen di dalam tubuh yang memastikan bahwa proliferasi sel terjadi secara normal. Dua dari gen penting termasuk proto-onkogen dan gen penekan tumor.
• Proliferasi sel normal membutuhkan pembelahan sel normal dan diferensiasi sel. Dalam pembelahan sel normal, siklus sel terjadi melalui langkah-langkah yang diatur secara ketat yang bersama-sama memastikan pembelahan sel.
• Dalam kasus diferensiasi sel normal, sel-sel baru yang terbentuk baik berdiferensiasi menjadi sel yang berbeda dengan fungsi berbeda (sel punca) atau membantu dalam perbaikan jaringan.
• Untuk memastikan proliferasi sel normal, penting bahwa setiap langkah dalam siklus sel terjadi dengan cara yang ditentukan untuk memastikan pertumbuhan, pembelahan, dan diferensiasi sel normal.

Proliferasi sel yang tidak normal

Proliferasi sel yang tidak normal ditunjukkan oleh proliferasi sel yang berlebihan dan akumulasi sel-sel tersebut secara abnormal.

• Proliferasi sel yang tidak normal dapat terjadi karena pembelahan sel yang tidak normal atau karena diferensiasi sel yang tidak normal.
• Biologi pembelahan, diferensiasi, dan apoptosis sebagian besar serupa baik pada proliferasi sel normal maupun abnormal, dengan perbedaan proses hubungan proses tersebut.
• Dalam kasus proliferasi sel abnormal, proses ini tidak diatur, yang menyebabkan kelainan.
• Proliferasi sel yang tidak normal menghasilkan pembentukan neoplasma yang merupakan massa jaringan abnormal di mana pertumbuhan dan pembelahan sel tidak terkoordinasi dan berlanjut dengan cara yang sama berlebihan bahkan setelah penghentian rangsangan yang menyebabkannya.
• Dalam neoplasma seperti itu, empat fungsi seluler yang berbeda diatur secara tidak tepat.
• Pada awalnya, mekanisme umpan balik negatif dari proliferasi sel normal tidak efektif, diikuti oleh distorsi pada proses diferensiasi.
• Sel-sel tersebut mungkin terhalang pada tahap diferensiasi tertentu atau mungkin dibedakan menjadi jenis sel abnormal yang tidak sesuai.
• Diferensiasi abnormal kemudian mengakibatkan destabilisasi kromosom dan organisasi genetik sel. Akhirnya, proses apoptosis atau kematian sel yang diatur terpengaruh.
• Semua proses ini, secara individu atau bersama-sama, menghasilkan proliferasi sel yang tidak normal.
• Proliferasi sel yang tidak normal tidak selalu menghasilkan sel kanker. Proliferasi sel yang tidak normal dari sel non-kanker menyebabkan hiperplasia di mana pembelahan sel yang tidak terkendali mengarah pada pembentukan jaringan dengan sejumlah besar sel normal secara struktural.
• Namun, proses proliferasi sel yang tidak normal pada sel kanker menghasilkan pembentukan tumor yang bisa jinak atau ganas.
• Proses proliferasi sel abnormal pada awalnya dirangsang oleh perubahan genetik, yang disebabkan oleh berbagai faktor, seperti mutasi dan radiasi yang mempengaruhi proses proliferasi sel.

Uji proliferasi sel

• Pengukuran laju proliferasi sel memberikan informasi mendalam tentang proses proliferasi sel serta pertumbuhan sel.
• Laju proliferasi sel mungkin berbeda pada sel yang berbeda tergantung pada jenis sel, tahap perkembangan, dan adanya berbagai faktor pertumbuhan.
• Pengukuran laju proliferasi sel dalam studi in-vitro sangat membantu dalam studi sitotoksik dan apoptosis yang berbeda, di mana studi in-vivo membantu dalam memahami langkah-langkah proliferasi sel dan tahap perkembangan hewan yang berbeda.
• Studi ini juga membantu dalam memahami patologi jaringan kanker.
• Prinsip dasar dari semua proliferasi sel adalah deteksi viabilitas sel dan pengukuran jumlah sel atau perubahan laju pembelahan sel.
• Bergantung pada faktor-faktor yang dipertimbangkan selama pengukuran proliferasi sel, pengujian ini dapat dibagi menjadi empat kelas;

1. Tingkat uji berbasis sintesis asam deoksiribonukleat (DNA)

• Selama proses proliferasi sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel; dengan demikian, penentuan kecepatan replikasi DNA memiliki hubungan langsung dengan kecepatan proliferasi sel.
• Jumlah DNA yang disintesis dapat diukur dengan menambahkan nukleotida berlabel atau analog nukleosida sintetis dalam media pertumbuhan.
• Nukleosida ini kemudian dimasukkan ke dalam DNA yang kemudian dapat diukur.
• Untuk penentuan sintesis DNA, digunakan label radioaktif 3 H-timin dan BrdU (5-bromo-2'deoxiuridine).
• Jumlah DNA kemudian diukur dengan mengukur radioaktivitas yang dihasilkan oleh nukleotida ini melalui immunoassay seperti ELISA.

2. Tes berbasis aktivitas metabolik

• Tes ini didasarkan pada pengukuran tingkat metabolit esensial seperti ATP atau potensi reduksi sel untuk garam seperti tetrazolium atau resazurin.
• Konsentrasi ATP serta rasio NADPH / NADP, FADH / FAD, FMNH / FMN, dan NADH / NAD semuanya meningkat selama proliferasi sel.
• Dengan adanya zat antara metabolit ini, garam tetrazolium direduksi menjadi formazan yang diproduksi melalui dehidrogenase seluler atau reduktase yang kemudian dapat dideteksi dengan perubahan kolorimetri yang dihasilkan.
• Dalam kasus pewarna resazurin, pewarna redoks biru nonfluorescent direduksi menjadi resorufin, yang menghasilkan fluoresensi merah.
• Pengukuran dalam pengujian ini didasarkan pada absorpsi media yang mengandung larutan pewarna menggunakan spektrofotometer atau microplate reader.

3. Antigen terkait uji proliferasi sel

• Laju proliferasi sel juga dapat ditentukan dengan mendeteksi antigen yang ada pada sel yang berproliferasi, yang tidak terdapat pada sel yang tidak berproliferasi dengan menggunakan antibodi spesifik antigen.
• Untuk ini, antibodi berbeda diproduksi yang ditargetkan pada antigen berbeda yang ditemukan dalam sel proliferatif dalam tahapan yang berbeda.
• Salah satu contoh klasiknya adalah antibodi anti-K-676 yang digunakan dalam mendeteksi protein yang diekspresikan selama fase S <G2 dan M dari siklus sel pada manusia.
• Antibodi ini, bagaimanapun, tidak mendeteksi sel dalam fase G0 dan G1 dari siklus sel karena fase S, G2, dan M dari siklus sel adalah fase proliferatif, tetapi G0 dan G1 adalah fase istirahat.
• Asosiasi antigen-antibodi kemudian dapat dideteksi dengan tes imunologi baik dengan mengamati di bawah mikroskop fluoresensi atau dengan mengukur dengan sitometer aliran.

4. Variasi konsentrasi adenosin trifosfat (ATP)

• Deteksi jumlah ATP yang ada di dalam sel berbanding lurus dengan laju proliferasi sel karena ada regulasi ketat ATP intraseluler di dalam sel.
• Kemampuan untuk mensintesis ATP hilang karena sel kehilangan integritas membran atau viabilitas sel. ATP yang tersisa di dalam sel juga dihilangkan oleh ATPase.
• Konsentrasi ATP dalam sel dapat diukur dengan menggunakan uji berbasis bioluminescence yang melibatkan enzim luciferase dan substrat luciferin.
• Dengan adanya ATP, luciferase menghasilkan cahaya, dan intensitas cahaya berbanding lurus dengan konsentrasi ATP.
• Pengujian ini memiliki keuntungan karena cepat dan tidak melibatkan langkah inkubasi untuk konversi substrat menjadi senyawa berwarna.
• Selain itu, pengujian ini juga sangat sensitif karena dapat digunakan dengan kurang dari 10 sel per sumur.
• Karena pengukuran ATP adalah metode berbasis kit, protokol yang terlibat dalam pengujian mungkin berbeda dari pabrikan.

Proliferasi dan diferensiasi sel

• Pertumbuhan organisme multiseluler ditandai dengan perkembangbiakan sel embrionik yang cepat, diikuti oleh diferensiasi mereka untuk menghasilkan sel-sel khusus yang berbeda yang bersama-sama membentuk jaringan dan organ yang berbeda.
• Proliferasi sel embrio menghasilkan pembentukan massa sel yang kemudian mengalami diferensiasi, yang merupakan langkah penting pertumbuhan sel.
• Dengan diferensiasi sel-sel semacam itu, laju proliferasi biasanya menurun karena sel-sel yang berdiferensiasi baik biasanya tidak berkembang biak.
• Sebagian besar sel pada makhluk hidup dewasa ditahan dalam tahap G0 dari siklus sel.
• Sangat sedikit jenis sel yang terdiferensiasi tidak pernah membelah lagi, tetapi yang lain dapat melanjutkan proliferasi sesuai kebutuhan untuk menggantikan sel yang hilang selama cedera atau kematian sel.
• Laju proliferasi juga bergantung pada tingkat diferensiasi dengan sel-sel yang berdiferensiasi buruk menjadi sangat berproliferatif dan sel-sel yang berdiferensiasi baik tidak dapat berproliferasi atau berproliferasi pada kecepatan yang lama.
• Dalam kasus proliferasi abnormal sel kanker, neoplasma berdiferensiasi buruk atau berdiferensiasi sedang.
• Dengan demikian, derajat diferensiasi mempengaruhi sifat kanker. Kanker agresif umumnya berdiferensiasi buruk, sedangkan kanker yang kurang agresif berdiferensiasi sedang atau baik.
• Proliferasi dan diferensiasi sel sangat erat kaitannya dan memiliki hubungan terbalik.
• Sel prekursor terus membelah sampai keadaan terdiferensiasi penuh, sedangkan diferensiasi terminal sel biasanya bertepatan dengan penghentian proliferasi dan keluarnya permanen dari siklus pembelahan.
• Selain itu, keputusan antara proliferasi dan diferensiasi dibuat selama fase G1 bergantung pada respons sel terhadap sinyal eksternal.
• Dengan demikian, proses proliferasi dan diferensiasi sel dapat terjadi satu demi satu tergantung pada sinyal eksternal atau mekanisme seluler.

Proliferasi sel dan sel kanker

Gambar : Perkembangbiakan sel kanker. Sel hijau adalah sel normal dan sel darah merah adalah sel tumor. Aktivitas proliferasi sel normal dan tumor dapat diukur dengan melihat aktivasi protein proliferasi, yang digerakkan oleh jaringan kompleks berdasarkan interaksi protein. Dalam suatu populasi sel, aktivitas proliferasi dapat dijelaskan melalui kepadatan probabilitas untuk protein proliferasi; misalnya, bentuk terfosforilasi dari kinase yang diatur sinyal ekstraseluler (ERK). Plot di bagian bawah menunjukkan contoh kepadatan probabilitas indikator proliferasi masing-masing di tumor (garis merah) dan sel normal (garis hijau). Sumber Gambar : https://doi.org/10.1186/s12918-015-0216-5

• Kanker, pada tingkat fundamental, adalah proliferasi sel yang tidak normal, yang mengakibatkan peningkatan jumlah sel tumor, yang pada akhirnya menyebabkan efek buruk pada inang.
• Berdasarkan berbagai penelitian, telah berspekulasi bahwa proliferasi sel memainkan peran penting dalam berbagai langkah perkembangan kanker.
• Proliferasi sel baik dalam siklus terbatas atau dalam beberapa siklus mempengaruhi inisiasi, promosi atau seleksi, dan perkembangan selama perkembangan kanker.
• Meskipun proliferasi sel dianggap sebagai faktor risiko yang signifikan untuk kanker, belum ada penelitian yang menunjukkan bahwa proliferasi sel berperan sebagai karsinogen.
• Karena proliferasi sel adalah ekspresi fenotipik sentral dan kunci dalam semua jenis tumor ganas, keterlibatannya dalam kanker tidak perlu dipersoalkan, tetapi sejauh mana efeknya belum dipahami.
• Proliferasi sel pada kanker tidak hanya disertai dengan gangguan keseimbangan antara pembelahan sel dan kematian sel, tetapi juga oleh perubahan terkait lainnya seperti invasi dan metastasis.
• Telah diamati bahwa dalam perkembangan kanker in vivo dan in vitro, agen karsinogenik yang berbeda memerlukan setidaknya satu proliferasi sel bulat untuk memulai proses.
• Agen karsinogenik yang berbeda seperti bahan kimia, radiasi, dan virus berinteraksi dengan genom sel target dan menghasilkan berbagai bentuk mutasi.
• Fiksasi perubahan genom untuk menghasilkan mutasi seringkali membutuhkan putaran proliferasi.
• Jadi, dalam kasus kanker di mana mutasi memainkan peran penting, putaran proliferasi sel sangat penting.
• Diasumsikan bahwa langkah yang membatasi laju proses karsinogenik dari proliferasi sel dan bukan pemaparan ke tingkat karsinogen yang memadai.
• Namun, ada beberapa kritik terhadap keyakinan ini yang didukung oleh bukti seperti kurangnya hubungan antara proliferasi sel dan kejadian kanker di beberapa organ dan jaringan.
• Oleh karena itu, proliferasi sel abnormal merupakan faktor penting yang mempengaruhi permulaan dan perkembangan kanker berbagai organ tetapi tidak dapat dianggap sebagai faktor pendorong dalam semua bentuk kanker.

Proliferasi sel dan sel induk

• Jaringan makhluk hidup yang memperbaharui diri seperti sistem hematopoietik dan kulit mampu memperbarui dirinya sendiri karena mengandung sejumlah kecil sel prekursor, yang disebut sel induk.
• Sel punca memiliki kapasitas pembaruan diri proliferatif yang tidak berubah hingga setidaknya satu umur organisme.
• Dalam kasus sel induk embrionik, mekanisme siklus sel sangat berbeda. Siklus sel pertama dari sel-sel ini kekurangan fase gap tetapi terdiri dari fase S dan M.
• Sel induk baik dalam tahap embrionik atau yang lebih baru, membelah untuk membentuk sel anak yang berdiferensiasi atau tetap sebagai sel induk.
• Proses proliferasi sel punca dapat diamati dengan jelas dalam kasus diferensiasi sel darah.
• Sebagian besar sel darah memiliki masa hidup yang terbatas, mulai dari kurang dari satu hari hingga beberapa bulan. Sel-sel ini kemudian secara terus menerus digantikan oleh sel-sel lain yang diproduksi dari sel induk yang sama.
• Sel anak dari sel induk kemudian berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel yang memiliki fungsi berbeda.
• Di antara semua sel punca, sel punca embrionik memiliki kapasitas diferensiasi terluas karena mereka dapat memunculkan semua jenis sel yang terdiferensiasi pada organisme dewasa.
• Proliferasi sel punca merupakan proses penting yang memiliki aplikasi terapeutik karena sel punca yang diisolasi dari jaringan dewasa tidak hanya menghasilkan sel darah tetapi juga banyak jenis sel lain seperti neuron dan jaringan ikat.

Penyakit proliferasi sel

Berdasarkan pemahaman tentang mekanisme biokimia patogenesis beberapa penyakit, telah diamati bahwa proliferasi dan pergantian matriks seluler yang berlebihan berkontribusi pada patogenesis. Proliferasi sel memainkan peran penting dalam penyakit degeneratif di mana sel tidak cukup mereplikasi seperti halnya pada kanker, di mana sel berkembang biak secara berlebihan. Beberapa penyakit umum yang disebabkan oleh perkembangbiakan yang berlebihan meliputi;

1. Kanker

• Kanker adalah penyakit yang diakibatkan oleh perkembangbiakan abnormal berbagai jenis sel di dalam sel; dengan demikian, ada ratusan jenis kanker berbeda yang mungkin berbeda dalam perilaku dan respons terhadap pengobatan.
• Ciri terpenting dari kanker adalah klonalitas tumor, di mana tumor besar berkembang dari sel tunggal yang berkembang biak secara berlebihan.
• Perkembangbiakan abnormal dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti mutasi, radiasi, bahan kimia, atau bahkan virus.
• Pada tingkat molekuler, kanker adalah proses multistep yang dimulai dengan mutasi diikuti oleh pemilihan sel dengan kapasitas sel yang semakin meningkat untuk proliferasi, kelangsungan hidup, dan invasi.

2. Fibrosis paru

• Fibrosis paru adalah penyakit paru-paru kronis yang disebabkan oleh akumulasi matriks ekstraseluler yang berlebihan yang mengakibatkan renovasi arsitektur paru-paru.
• Fibrosis paru idiopatik adalah bentuk paling umum dari penyakit ini tanpa terapi efektif yang diketahui.
• Berdasarkan temuan patologis penyakit, diduga bahwa penyakit tersebut disebabkan oleh ketidakseimbangan antara proliferasi dan apoptosis fibroblas serta akumulasi substansi matriks.
• Selama penyakit ini, proliferasi fibroblast melampaui apoptosis yang mengakibatkan akumulasi matriks ekstraseluler.
• Ada spekulasi bahwa faktor-faktor seperti peradangan, stres oksidatif, dan gangguan koagulasi membantu perkembangan penyakit.

3. Artritis reumatoid

• Artritis reumatoid adalah penyakit radang kronis yang disebabkan oleh radang sendi sinovial.
• Artritis reumatoid dirangsang oleh proliferasi sel-T yang tidak diatur. Selama penyakit, keseimbangan antara apoptosis dan proliferasi sel terganggu, yang menyebabkan keseimbangan menuju kelangsungan hidup sel.
• Fenomena ini sering disebut sebagai 'resistensi apoptosis' di mana sel sinoviosit mirip fibroblast berkembang biak secara berlebihan.

Faktor yang mempengaruhi proliferasi sel

Proses keseluruhan proliferasi sel terjadi melalui fase siklus sel yang berbeda. Siklus sel dan, pada gilirannya, proliferasi sel dipengaruhi oleh kombinasi interaksi atau faktor intrinsik sel dan ekstrinsik sel. Beberapa faktor umum yang mempengaruhi proliferasi sel meliputi;

1. Faktor pertumbuhan

• Faktor pertumbuhan adalah protein besar dan kompleks yang sebagian besar terdapat pada membran plasma.
• Faktor-faktor ini, setelah mengikat reseptor, dapat menginduksi transmisi sinyal ke sitoplasma melalui aktivasi kinase.
• Sinyal tersebut kemudian ditransduksi ke inti sel melalui pembawa pesan sekunder.

2. Enzim

• Berbagai protein dan enzim juga terlibat dalam regulasi proliferasi sel di mana mereka bertindak untuk menyediakan energi dan membantu sintesis energi yang cepat.
• Protein lain mungkin memiliki fungsi rumah tangga yang membantu pertumbuhan sel untuk menjaga keseimbangan metabolisme.
• Selain itu, kompleks multi enzim kompleks juga diketahui mengatur proses sintesis DNA dan replikasi sel.
• Kinase yang bergantung pada siklin adalah kelompok enzim penting yang menangkap sel dalam fase G1 sebagai respons terhadap rangsangan seperti faktor pertumbuhan, kerusakan DNA, tekanan sel, dan diferensiasi.

3. Gen

• Ada gen spesifik berbeda yang terlibat dalam regulasi proliferasi sel.
• Beberapa yang umum termasuk proto-onkogen yang terlibat dalam pertumbuhan sel normal tetapi mungkin menjadi onkogen setelah terlalu aktif dan menyebabkan pertumbuhan sel kanker.
• Gen penekan tumor adalah jenis gen lain yang bertanggung jawab untuk produksi protein penekan tumor yang membantu pertumbuhan sel.
• Selain itu, ada beberapa gen lain seperti H2AFZ dan EXO1 yang secara langsung mempengaruhi beberapa tahapan proses proliferasi sel.