Diferensiasi sel adalah proses di mana sel mengalami perubahan dalam ekspresi gen untuk menjadi jenis sel yang lebih spesifik. Proses diferensiasi sel memungkinkan organisme multi-sel untuk menciptakan tipe sel dan rencana tubuh fungsional yang unik. Proses diferensiasi sel didorong oleh genetika, dan interaksinya dengan lingkungan.
Semua organisme dimulai dari satu sel. Sel tunggal ini membawa kode DNA untuk semua protein yang digunakan organisme dewasa. Namun, jika sel ini mengekspresikan semua protein ini sekaligus tidak akan berfungsi. Sel ini harus membelah berulang kali, dan sel-sel harus memulai proses diferensiasi sel saat mereka membagi. Garis sel mulai muncul, dan sel-sel menjadi lebih dan lebih spesifik. Akhirnya, seluruh organisme terbentuk dengan ratusan jenis sel yang berbeda dari proses diferensiasi sel ini.
Massa sel asli, yang belum mengalami diferensiasi, dikenal sebagai sel induk. Tidak seperti pembelahan sel normal, yang menciptakan dua sel anak anak yang identik, pembagian sel punca adalah pembelahan sel asimetris. Dalam hal ini, salah satu sel tetap identik dengan sel punca induk. Di sel lain, pemicu kimia mengaktifkan proses diferensiasi sel, dan sel akan mulai mengekspresikan DNA dari jenis sel tertentu. Sel induk yang dapat berdiferensiasi menjadi seluruh organisme dikenal sebagai sel induk embrio dan dikatakan sebagai totipoten.
Sebaliknya, tubuh juga memiliki banyak sel yang hanya berpotensi majemuk. Sel-sel ini telah mengalami diferensiasi sel. Sel-sel induk ini hanya dapat membelah menjadi rentang tipe sel yang sempit. Sumsum tulang, misalnya, mengandung sel punca somatik yang hanya bisa menjadi sel darah merah. Sel-sel ini diperlukan untuk pengisian sel darah secara konstan, yang sebagian besar tidak aktif selain kemampuan membawa oksigen.
Contoh Diferensiasi Sel
Dalam Hewan
Setelah proses pembuahan pada hewan, organisme bersel tunggal yang disebut zigot terbentuk. Zigot adalah totipoten, dan akhirnya akan menjadi keseluruhan organisme. Bahkan hewan terbesar di Bumi, paus biru, dimulai sebagai sel tunggal. Jaringan dan sistem organ yang rumit, yang benar-benar berbeda dalam bentuk dan fungsinya, semuanya berasal dari zigot. Proses diferensiasi sel dimulai pada awal organisme. Pada saat gastrula terbentuk, sel-sel sudah mulai mengekspresikan berbagai bagian DNA.
Perubahan ini mendorong proses pelipatan pertama dalam embrio. Ketika jaringan terus terbentuk, beberapa sel mulai melepaskan hormon, atau pemicu kimia yang memberi sinyal pada berbagai sel untuk bereaksi. Hormon sinyal mengarahkan ekspresi DNA di berbagai bagian tubuh, yang mendorong diferensiasi sel mereka lebih lanjut. Pada manusia hanya membutuhkan sedikit lebih dari satu bulan untuk jantung yang belum sempurna dan sistem sirkulasi untuk terbentuk.
Ketika sistem terus terbentuk, banyak sel induk kehilangan totipotensi mereka, mereka sendiri menjalani diferensiasi sel. Ini memungkinkan produksi sel khusus yang lebih cepat, yang dibutuhkan organisme yang sedang tumbuh untuk mempertahankan pertumbuhannya dan memasuki dunia dengan sukses. Melalui diferensiasi sel, jaringan yang berbeda seperti jaringan otak dan otot terbentuk dari sel tunggal yang sama.
Pada Tanaman
Sementara siklus hidup tanaman kadang-kadang tampak asing dan kompleks, proses diferensiasi sel sangat mirip. Sementara ada hormon berbeda yang terlibat, semua tanaman juga berkembang dari satu sel. Benih adalah kandang pelindung untuk zigot, yang juga menyediakan pasokan makanan. Ini sangat mirip dengan telur di dunia hewan. Zigot di dalamnya mengalami pembelahan sel, dan menjadi embrio kecil. Pembangunan terhenti, karena benih didistribusikan ke dunia.
Setelah musim dingin, atau kapan pun saat lingkungan prima, benih akan menyerap kelembapan dan memulai kembali proses pengembangan. Embrio akan mulai membentuk dua meristem. Meristem adalah bagian unik dari sel induk, yang mengalami diferensiasi sel ketika mereka tumbuh keluar. Satu akan tumbuh ke permukaan, sementara yang lain akan menjadi akar.
Di dalam akar, lapisan sel terbentuk di sekitar meristem, membentuk tutup akar. Lapisan sel ini terlepas ketika akar bergerak melalui tanah, dan secara konsisten digantikan oleh meristem. Di bagian dalam meristem, diferensiasi sel terjadi dalam arah yang berbeda. Hormon dan lingkungan di sini mengarahkan sel untuk menjadi jaringan vaskular dan sel pendukung. Ini pada akhirnya akan membawa air dan nutrisi ke bagian atas tanaman.
Di permukaan, meristem bertindak dengan cara yang sama. Ketika ia membelah ke atas, ia menciptakan sel-sel ke dalam dan keluar. Sel-sel dalam menjalani diferensiasi yang mirip dengan akar, menciptakan lebih banyak jaringan vaskular. Di luar, sel-sel menjalani diferensiasi sel menjadi batang dan daun. Ini setara dengan organ-organ hewan yang berbeda, dan berbeda dari sel awal seperti sel hewan. Jika Anda tidak yakin, ambil biji pohon beringin dan bandingkan dengan pohon besar itu. Tidak hanya itu jauh lebih kecil, itu juga mengandung jenis sel yang sama sekali berbeda. Ini dapat dipertanggungjawabkan melalui proses diferensiasi sel.
Proses Diferensiasi Sel
Salah satu kunci untuk proses diferensiasi sel adalah faktor transkripsi. Hormon dan zat kimia ini mengarahkan aktivitas di sekitar DNA, menentukan apa yang ditranskripsikan dan apa yang diabaikan. Faktor-faktor yang ada dalam sel sejak lahir sampai mati ditentukan oleh tubuh, dan sel-sel lain di sekitarnya.
Misalnya, pankreas atau tiroid dapat melepaskan hormon yang meminta pertumbuhan sel. Faktor transkripsi ini secara langsung berdampak pada protein yang mentranskripsikan DNA, mengubahnya pada akhirnya menjadi protein fungsional dan lebih banyak sel. Namun, ketika sel mulai saling berdempetan, mereka juga akan memberi sinyal satu sama lain bahwa tidak ada ruang lagi. Dengan demikian, proses diferensiasi sel memiliki banyak masukan dan hasil yang mungkin.
Proses rumit ini masih sedang dipelajari. Ilmuwan telah membuat banyak kemajuan dalam memahami diferensiasi sel, dimulai dengan pemahaman lengkap dari nematoda C. elegans. Makhluk kecil seperti cacing ini memiliki total 959 sel saat betina dewasa. Dengan jumlah yang kecil, mereka relatif mudah untuk melacak dari zigot ke dewasa. Melacak garis keturunan sel mereka, para ilmuwan telah mulai menentukan beberapa kekuatan kompleks dan epigenetik yang bekerja pada diferensiasi sel. Dengan kata lain, tidak hanya masalah apa yang dimiliki sebuah sel DNA, tetapi di mana dan bagaimana DNA itu diekspresikan.