Gambar 12.1 neurulasi dalam embrio ayam. Pemindaian mikrograf
elektron menunjukkan peretakan embrio secara melintang pada tahap-tahap
pengembangan. (a) patahan/retakan dibuat anterior ke node Hensen dan sel-sel di
kedua sisi garis tengah dorsal (atas) menjadi kolumnar dan membentuk lempeng
saraf. (b) sel plat saraf telah membentuk alur saraf. (c) Dibesarkan lipatan
neural telah terbentuk di batas antara lempeng saraf dan epidermis ektoderm
yang berdekatan. Lipatan akan tumbuh bersama dan menutup pelat saraf ke dalam
tabung saraf. Sel membentuk otak dan sumsum tulang belakang. Dua bagian
epidermal ektoderm juga akan menutup bersama-sama dan membentuk lembaran
bersebelahan epidermis melapisi tabung saraf.
Dengan selesainya gastrulasi, terjadi perkembangan langkah embrio yang
utama. Berdasarkan lapisan germinal sekarang diatur ke posisi akhir dalam tubuh
mereka. Selama periode berikutnya pembentukan organ, atau organogenesis,
lapisan kuman berinteraksi untuk membentuk dasar-dasar organ. Pada vertebrata,
bagian yang paling mencolok dari organogenesis adalah neurulasi, awal
pembentukan otak dan sumsum tulang belakang. Kedua organ berasal dari kelainan punggung
yang sama, lempeng saraf, yang menutup untuk membentuk tabung saraf (Gambar
12.1). Neurulasi, seperti banyak peristiwa lain dalam organogenesis, dimulai
tepat setelah gastrulasi. Akhir organogenesis dipastikan kurang baik, karena
pemaduan jaringan organogenesis dan perbedaan sel dalam jangka panjang di mana
permulaan organ diubah menjadi fungsi organ. Secara keseluruhan, organogenesis
pada manusia secara mendasar dianggap akan selesai setelah mencapai 6 sampai 8
minggu pengembangan.
Sebagai kelainan organ yang terbentuk dalam posisi yang tepat,
suatu dasar tubuh yang muncul merupakan karakteristik yang tidak hanya dari
spesies tertentu tetapi juga dari seluruh kelompok filogenetik dimana ia
berasal. Misalnya,- 5- minggu-embrio lama manusia
(Gambar 12.2a) memiliki kepala dengan otak, mata, dan dasar-dasar
telinga, dan bagian punggung yang tersegmentasi dengan batang ekor dan anggota
tubuh tunas. Di dalam embrio, dasar-dasar usus, jantung, paru-paru, ginjal, dan
sebagian besar organ lainnya telah terbentuk. Bentuk dasar organ ini dan posisi
mereka relatif terhadap satu sama lain adalah karakteristik mamalia dan
vertebrata pada umumnya .
Pembentukan dasar-dasar organ melibatkan banyak perilaku seluler
yang sama yang mendorong gastrulasi. Dalam bab 10, kami telah menganalisis
proses gastrulasi yang kompleks dalam hal sejumlah kecil gerakan ephitelial
sederhana dan kegiatan selular. Dalam bab ini, kita akan melihat bagaimana
neurulasi yang sama dapat diperlakukan sebagai gabungan dari dasar epitel dan
seluler yang sama. Daya tarik analisis reduksionis ini adalah prospek memahami
berbagai gerakan morfogenetik kompleks dalam sejumlah hal kecil kegiatan
selular sederhana.
Banyak kejadian dalam organogenesis dikendalikan oleh interaksi
induktif. Sebuah landmark percobaan dengan Spemann dan Mangold (1924) telah
mengidentifikasi bibir blastopori dorsal pada gastrula amfibi sebagai
penginduksi dari sumbu embrio, yang berarti seluruh himpunan dasar organ dorsal
termasuk tabung saraf, notokord, somit, dan ginjal embrio. Jika dipindahkan ke
ektoderm ventral inang gastrula awal, bibir blastopori menginduksi jaringan
inang sekitarnya untuk bekerja sama dalam pembentukan seluruh sumbu, termasuk
yang paling mencolok plat saraf sekunder. Dalam percobaan ini, yang mana
Spemann menerima hadiah Nobel 1935 dalam Fisiologi atau Kedokteran. Secara luas
dianggap sebagai lambang embriologi eksperimental klasik.
Karena aksesibilitas dan
pentingnya pusat, neurulasi adalah contoh terbaik yang dipelajari dalam
organogenesis. Akibatnya, bab ini akan fokus pada gerakan morfogenetik yang
menghasilkan neurulasi. Contoh lain dari organogenesis akan termasuk dalam Bab
13 dan 14. Demikian pula, dalam membahas mekanisme sumbu induksi, kita akan
menekankan bagian dari saraf, yaitu, induk sisistem saraf. Penemuan Spemann
yang diikuti oleh penyelidikan struktur molekul secara sumbu induksi. Meskipun
awalnya upaya pencarian berhasil, itu telah diambil lagi dengan armamentarium
alat penelitian baru. Menjelang akhir bab ini, kita akan meninjau bagaimana
peneliti modern menggunakan kloning DNA dan teknik yang terkait untuk
menentukan induksi sumbu dalam hal molekul.
Gambar 12.2
Gambar embrio manusia selama organogenesis, menunjukkan perkembangan hidung,
mata, telinga, dan anggota badan: (a) pada 5 minggu, (b) pada 6 minggu, (c)
pada 8 minggu
12 . 1 Neurulasi sebagai Contoh dari Organogenesis
Neurulasi adalah
urutan peristiwa morpogenetik yang
menghasilkan kelainan sistem saraf pusat. Neurulasi pertama jelas ketika daerah
dorsal ektoderm diubah menjadi lempeng sel tinggi, lempeng saraf. Dalam
kebanyakan vertebrata, selanjutnya lempeng saraf menutup ke dalam tabung berongga, tabung
saraf, yang menimbulkan/ membentuk otak dan sumsum tulang belakang (Gambar
12.3). Pada tipikal ikan bagaimanapun, plat saraf pertama membentuk batang
padat, yang kemudian menjadi tabung saraf berongga. Embrio dalam proses
neurulasi yang disebut sebagai neuron (pl., neurulae), hanya sebagai embrio
penggastrula disebut gastrula a. Neurulasi terjadi dengan cara yang sama di
sebagian besar vertebrata, tetapi analisis lebih dekat juga telah mengungkapkan
beberapa perbedaan antara kelas vertebrata, seperti amfibi dan burung.
NEURULASI MERUPAKAN
BAGIAN DARI ILMIAH DAN KEPENTINGAN MEDIS
Neurulasi
merupakan kepentingan ilmiah besar karena ukuran dan aksesibilitas dari lempeng
saraf yang memfasilitasi percobaan rekayasa. Selain itu, pemahaman yang lebih
baik tentang neurulasi akan memiliki manfaat medis yang signifikan. Salah satu
cacat bawaan yang paling umum pada manusia dikenal sebagai spina bifida (Lat.
"tulang belakang dibagi"). Ini melibatkan cacat atau keterlambatan
dalam penutupan tabung saraf dan perkembangan abnormal dari tulang, otot, dan
kulit yang mengelilingi otak dan sumsum tulang belakang. Bentuk paling ringan
dari spina bifida, yang disebut spina bifida occulata (Lat. Occultus,
"jelas," "tersembunyi), hasil dari kegagalan dua lengkungan
vertebra untuk berfusi ke arah dorsal (Gambar 12.4). sebanyak 10% dari
kebanyakan orang memiliki cacat ini, yang tidak menyebabkan rasa sakit atau
gangguan neurologis (KL Moore, 1982). Satu-satunya tanda yang jelas
kehadirannya mungkin lesung pipit di kulit atau seberkas kecil rambut di daerah
yang terkena dampaknya. Jika lebih dari satu atau dua tulang belakang yang
terlibat, sumsum tulang belakang menonjol keluar dari bagian punggung, dan
kista tertutup dengan bentuk kulit di luar. Kelainan/cacat bawaan ini, yang
dikenal sebagai spina bifida cystica, terjadi sekitar sekali dalam setiap 1000
kelahiran. Hal ini terkait dengan penyakit neurulogical, tingkat keparahan yang
tergantung pada sejauh mana jaringan saraf menjorok ke kista.
Gambar 12.3 neurulasi di salamander Ambystoma maculatum.
(a,b) Awal dan tahapan lubang kunci terlambat, sehingga dinamai garis lempeng
saraf dalam pandangan dorsal. (c) tabung saraf tertutup, lihat dorsal. (d) ekor
awal tahap kuncup, tampilan lateral.
Gambar 12. 4 tingkat spina bifida dan hubungan kelainan dari sumsum
tulang belakang. (a) spina manusia normal pada bagian melintang. (b) Spina
bifida occulata, kegagalan lengkungan vertebral untuk menutupi sumsum tulang
belakang. Ini adalah cacat umum dari pinggang kelima dan/atau vertebra sakral
pertama, tidak menyebabkan gejala klinis. (c) Spina bifida cystica dengan
penonjolan selaput dan pemindahan sumsum tulang belakang. (d) Spina bifida
dengan lempeng saraf terbuka. Dura mater adalah salah satu dari tiga
membran yang membentuk bantalan berisi cairan antara sumsum tulang belakang dan
vertebrae.
Kegagalan bagian batok kepala dari tabung saraf untuk menutup
mengarah ke anencephaly (anensepalus). (Gk. a(n)- , "tidak "; enkephalos,"
otak ") yang berhubungan dengan acrania (kurangnya batok tulang
tengkorak, dari Gk Kranion, "tengkorak" ) dan spina bifida yang
parah. Frekuensi anencephaly bervariasi di kalangan populasi manusia, mulai
dari 0,1 sampai 6,7 per 1000 kelahiran (Shulman, 1974); bayi anencephaly lahir
dalam keadaan meninggal atau meninggal dunia sesaat setelah lahir. Studi
Multidisipliner telah menunjukkan bahwa meningkatkan jumlah asam folat dalam
pola makan ibu dapat menurunkan frekuensi anencephaly dan spina bifida pada
bayi manusia yang baru lahir. Asam folat adalah vitamin yang dimetabolisme
menjadi koenzim yang memainkan peran penting dalam beberapa proses biosintesis.
NEURULASI PADA AMFIBI TERJADI DI DUA FASE
Pada embrio amfibi, proses morfogenetik dari neurulasi dapat dibagi
menjadi dua tahap. Tahap pertama adalah pembentukan lempeng neural. Fase ini
diakhiri dengan tahap lubang kunci, dinamakan demikian untuk garis khas plat
saraf (lihat Gambar. 12.3). Yang utama dari fase kedua yaitu penutupan lempeng
saraf ke dalam tabung saraf.
Tahap pertama dari neurulasi dimulai dengan perubahan perilaku sel
ektoderm saraf, yang menempati permukaan dorsal embrio. Sel-sel ini telah
pindah posterior, menuju blastopori, sebagai bagian dari epiboly selama
gastrulasi. Pada awal neurulasi, mereka mulai bergerak menuju garis tengah
dorsal dan anterior. Bersamaan dengan itu, sel-sel menjadi kolumnar dalam
bentuk dan bentuk plat/ lempengan mengangkat, lempeng saraf, di sisi dorsal
embrio (Gambar 12.5). Sebuah depresi disebut alur saraf berkembang sepanjang
garis tengah dari lempeng saraf (lihat Gambar. 12.3). Pada saat yang sama,
tonjolan sel yang disebut lipatan saraf muncul di sepanjang batas antara
lempeng saraf dan epidermis sekitarnya. Setelah lipatan neural telah muncul,
lempeng saraf meluas ke anteroposterior dan lateral menyusut, khususnya
posterior. Akibatnya, luas permukaan pelat saraf berkurang, dan asumsi bentuk
lubang kunci karakteristik. Bagian anterior dari daerah lubang kunci
menimbulkan otak sedangkan bagian posterior membentuk sumsum tulang belakang.
Berbeda dengan sel ektoderm saraf, sel-sel
ektodermal yang tetap mengasumsikan bentuk skuamosa, atau pipih, berbentuk
(Gambar 12.5). karena sel-sel ini ditakdirkan untuk membentuk epidermis, mereka
disebut ektoderm epidermis.
Tahap kedua neurulasi, yang dimulai setelah
tahap lubang kunci, pendek dan dramatis. Pelat saraf mengalami percepatan
perpanjangan anteroposterior dan sekaligus menekuk sehingga lipatan saraf
bertemu sepanjang garis tengah dorsal, sehingga menutup pelat saraf ke dalam
tabung saraf. Pada saat yang sama, lembaran berdekatan epidermal ektoderm
berdifusi di atas tabung saraf sepanjang garis tengah dorsal. Sebagai tabung
saraf yang terpisah dari epidermis selanjutnya, sel-sel intervensi menghasilkan
keturunan mereka sendiri. Sel-sel ini pada awalnya terletak di puncak lipatan
neural dan karena itu disebut sel
neural crest/pial. Mereka akan bermigrasi ke posisi yang berbeda di
seluruh tubuh dan menimbulkan perbedaan diberbagai macam sel (lihat Bagian
13.2)
Gambar 12.5 perubahan dalam bentuk sel
ektodermal selama neurulasi pada kadal air Taricha torosa. Sel-sel
ektoderm saraf menjadi kolumnar, sedangkan sel-sel ektoderm epidermis menjadi
skuamosa. (Lihat juga Gambar 2.3)
TABUNG NEURAL PADA BURUNG EMBRIO MEMILIKI
DAERAH SENDI (ENGSEL)
Dalam embrio ayam dan burung lainnya, bentuk
plat saraf di belakang simpul Hensen itu sebagai regresi kedua dari anterior ke
posterior (lihat Gambar 10 24,.. Smith dan Schoenwolf, 1997). Dengan demikian,
pada setiap tahap neurulasi, anterior dari embrio berada di depan posterior.
Bagian lateral pelat saraf berasal dari epiblast tersebut. Sebaliknya,
setidaknya beberapa dari sel-sel yang membentuk kepingan rata-rata pelat saraf
milik populasi yang sama dari sel-sel yang juga membentuk notokord serta dorsal
usus dan berasal dari simpul Hensen (lihat Gambar. 10.28) .
Tak lama setelah plat saraf terbentuk, kemudian
mengalami perpanjangan konvergen, dalam proses menjadi lebih panjang, sempit,
dan lebih tebal (Gambar 12 6;. Lihat juga Gambar 12 1). Salah satu jenis
kebiasaan sel berkontribusi terhadap perpanjangan konvergen dari lempeng saraf
adalah mengkoordinasikan perubahan bentuk. Sel-sel plat saraf menjadi kolumnar,
kecuali sel-sel median yang berasal dari node Hensen, yang menjadi bentuk
irisan. Sel-sel yang terakhir, bersama dengan notokord yang mendasar, membentuk
yang disebut titik engsel median, lipatan yang memperpanjang seluruh panjang
pelat saraf. Dua lipatan yang sama, yang dikenal sebagai titik engsel
dorsolateral, memperpanjang sepanjang sisi pelat anterior. Semua tiga titik
engsel tampaknya mempermudah penekukan dan penutupan lempeng saraf anterior ke
dalam tabung yang akan membentuk otak. Pelat saraf posterior, yang kemudian
akan membentuk sumsum tulang belakang, kebiasaan yang berbeda. Ini menutup
seperti buku, hanya menggunakan titik engsel median. Berbeda dengan bakal otak,
yang memiliki lumen lebar, sumsum tulang belakang mengelilingi hanya celah
vertikal yang sempit.
Kebiasaan sel lain yang berkontribusi terhadap
perpanjangan konvergen dari lempeng saraf adalah sel interkalasi mediolateral,
yang meningkatkan jumlah sel-sel dalam dimensi anteroposterior sekaligus
mengurangi jumlah sel-sel dalam dimensi plat lateral. Selain itu, sel-sel neuro
epitel menjalani dua atau tiga divisi pemutaran pembelahan dengan orientasi
poros anteroposterior yang disukai. Karena pembelahan sel pada embrio burung
dikaitkan dengan pertumbuhan, mitosis berorientasi diterjemahkan ke dalam
perpanjangan keseluruhan dalam satu dimensi. Akhirnya, sel-sel ektoderm
epidermis yang terletak di sisi kesenjangan pelat saraf dengan orientasi
mediolateral yang lebih disukai. Akibatnya, ekspansi lateral dari epidermis
masa depan dapat membantu untuk mendorong plat naural ditutup.
Gambar 12.6 neurulasi pada burung. (a) bentuk pelat saraf menjadi
seperti kolumnar nya. (b) gerakan Morpogenetik di wilayah otak pada masa
mendatang. Sebuah lajur sel plat saraf menghubungi bentuk notokord yang disebut
titik engsel median, sel-sel ini berbentuk irisan dan tidak setinggi sel plat
saraf lainnya. Pelat saraf berkerut di sepanjang titik engsel median dan bentuk
mengangkat lipatan saraf di mana lempeng saraf dan epidermal ektoderm
disejajarkan. Lajur tambahan sel neural plate berbentuk baji terbentuk pada
yang disebut dorsolateral titik engsel, sehingga V- berbentuk penampang tabung
saraf menjadi bentuk berlian. Dengan demikian, saraf lipatan tikungan
bersama-sama dan akhirnya dekat ke dalam tabung dengan lumen lebar. (c) di
wilayah sumsum tulang belakang di masa depan, tidak ada titik engsel
dorsolateral terbentuk. Kedua bagian dari pelat poros saraf bersama-sama sampai
mereka meninggalkan hanya lumen slitlike sempit antara mereka. (Lihat Gambar.
12.1 untuk mikrograf elektron).
PADA MANUSIA, PENUTUPAN TABUNG NEURAL DIMULAI DI WILAYAH LEHER
Neurulasi pada manusia umumnya seperti pada burung, kecuali bagian
anterior dari pelat saraf, yang membentuk otak, ditutup dengan beberapa
penundaan (Gambar 12.7). pembentukan lempeng neural terutama terkait dengan
perubahan bentuk yang terkoordinasi dan sisipan sel. Alur saraf menandai lagi
titik engsel median, di mana lempeng saraf melekat pada notokord yang
mendasarinya. Meskipun pembentukan hasil lempeng saraf dari anterior ke
posterior seperti pada ayam, tabung neural menutup pertama di daerah leher dari
embrio manusia. Ternyata, sebagian besar pelat saraf anterior merupakan
hambatan mekanik untuk tumbuh bersama dari lipatan saraf. Dari daerah leher,
penutupan yang berlangsung anterior dan posterior. Lubang residu tidak
tertutup, hubungan utama sementara dengan rongga ketuban sampai mereka menutup
beberapa hari kemudian.
PADA IKAN, TABUNG NEURAL MULANYA SEBAGAI BATANG PADAT
Dalam ikan zebra dan sebagian teleosts lainnya (ikan bertulang),
bentuk plat saraf pada sisi dorsal dari epiblast (lihat Gambar. 10. 21).
Seperti dalam vertebrata lainnya, sel-sel plat saraf dibedakan oleh bentuk
kolumnar mereka. Namun, daripada meringkuk dan menutup ke dalam tabung, sel-sel
di kedua sisi titik engsel median tumbuh bersama dengan wajah apikal mereka,
membentuk struktur memanjang disebut keel saraf karena dalam penampang itu
terlihat seperti perahu (Gambar 12. 8; Langeland dan Kimmel, 1997). Keel/ baja
rantai kapal putaran menjadi batang silinder sebelum bagian disandingkan pelat
saraf terpisah lagi, sehingga menciptakan sebuah lumen. Jenis neurulasi, di
mana pembentukan lumen terjadi sebagai langkah sekunder, adalah dikenal sebagai
neurulasi sekunder, sebagai lawan neurulasi primer, di mana lumen segera
dibentuk. Neurulasi utama adalah karakteristik dari amfibi, reptil, burung, dan
mamalia, seperti yang dibahas sebelumnya dalam bagian ini, tetapi hanya untuk
kepala dan daerah batang. Dalam embrio ekor daerahnya, vertebrata darat juga
menunjukkan neurulasi sekunder.
12. 2 Mekanisme
Neurulasi pada Amfibi
Neurulasi telah menempati embriologi selama lebih dari 100 tahun
(ditinjau oleh R. Gordon, 1985; Jacobson, 1994; Schoenwolf dan Smith, 1990;
Smith dan Schoenwolf, 1997). Analisis neurulasi pada amfibi yang sederhana oleh
fakta bahwa sistem saraf mereka tidak tumbuh selama embriogenesis (Jacobson,
1978). Selain itu, pembelahan sel lambat selama neurulasi amfibi, dan dengan
tidak adanya pertumbuhan sel, efek morpogenetik mitosis yang kecil. Kebanyakan
amfibi, termasuk kadal air, memiliki keuntungan tambahan bahwa sel-sel saraf
plat membentuk satu lapisan, sehingga setiap sel memiliki wajah apikal yang
dapat dilihat dari luar. (Xenopus laevis Katak, spesies yang lebih disukai oleh
banyak peneliti modern karena mereproduksi sepanjang tahun di laboratorium,
milik minoritas amfibi dengan plat saraf yang terdiri dari lebih dari satu
lapisan sel).
Gambar 12.7 neurulasi pada manusia ditunjukkan dalam pandangan dorsal,
dengan amnion memotong. (a, b) pelat neural yang terbentuk di bangun dari
regres node Hensen. Bagian anterior dari pelat saraf, yang akan membentuk otak,
banyak bulkier daripada bagian posterior, yang akan membentuk sumsum tulang
belakang. (c, d) Penutupan saraf lipat ke dalam tabung saraf dimulai di wilayah
leher embrio dan dilanjutkan dengan anterior dan posterior. Anterior dan
posterior bentuk neuropor bukaan sementara menghubungkan lumen tabung saraf
dengan rongga ketuban.
Gambar 12.8 neurulasi pada ikan zebra. (a) Bentuk pelat neural
sebagai epitel sel kolumnar jelas. (b) lempeng saraf dalam lipatan di garis
tengah (panah), menyandingkan bagian lateral lempeng saraf dengan wajah apikal
mereka. Formasi yang dihasilkan dikenal sebagai keel saraf. (c) keel tetap
untuk lipatan dan putaran menjadi lempeng saraf terpisah lagi, membentuk lumen
cairan.
NEURULASI BERGANTUNG PADA JARINGAN YANG BERDEKATAN DENGAN LEMPENG SARAF
Dalam analisis dari setiap pergerakan ephitelial, adalah penting
untuk menilai apakah gerakan autonomous yaitu, hanya mengandalkan
kekuatan yang dihasilkan oleh epitel sendiri, atau apakah itu tergantung pada
kekuatan yang diciptakan di tempat lain. Dalam sebuah studi awal neurulasi, W.
Nya (1874) mengusulkan bahwa epidermis pada kedua sisi memperluas pelat saraf
aktif dan dengan demikian kompres lempeng saraf, sehingga gesper dan dekat ke
dalam tabung. Gagasan kompresi lateral diberhentikan, setidaknya untuk embrio
kadal, oleh Jacobson dan Gordon (1976), yang membuat sayatan pada epidermis di
sekitar lempeng saraf. Mereka menemukan bahwa luka menganga segera dan secara
luas terlepas dari orientasi mereka. Hasil ini menunjukkan bahwa epidermis yang
berada di bawah tekanan yang cukup besar di setiap arah dan bahwa hal itu tidak
dapat mendorong saraf lipatan bersama-sama ketika lempeng neural menutup ke
dalam tabung.
Namun demikian, ektoderm epidermis mengelilingi lempeng saraf kontribusi
untuk neurulasi pada amfibi, meskipun tidak dengan cara mendorong. Hal tersebut
diungkapkan oleh percobaan di mana pelat saraf dari axolotl (salamander)
embrio diisolasi dengan atau tanpa tepi epidermis (Jacobson dan Moury, 1995).
Pemotongan dibuat cukup dalam sehingga mesoderm dan endoderm yang secara
langsung mendasari pelat saraf termasuk dalam eksplan. Sebagian besar eksplan
yang termasuk tepi epidermis tertutup sepenuhnya ke dalam tabung. Sebaliknya,
eksplan tanpa tepi epidermal ditutup hanya di daerah ekor, mana ditakdirkan
untuk membentuk tulang belakang, tetapi tetap terbuka di wilayah tengkorak,
yang ditakdirkan untuk membentuk otak.
Jaringan lain di luar lempeng saraf yang diperlukan untuk neurulasi
lengkap mesoderm aksial, atau notokord masa depan (lihat Gambar. 6. 10).
Berbeda dengan mesoderm lain, mesoderm aksial melekat erat pada lempeng saraf
atasnya. Perkembangan plat saraf tanpa mesoderm aksial tergantung pada waktu
atau isolasi. Jika terisolasi pada awal neurulasi, plat saraf mesodermless
gagal memanjang dan tidak menganggap bentuk lubang kunci yang tepat (Jacobson
dan Gordon, 1976). Kontrol pelat saraf terisolasi pada tahap yang sama dengan
mesoderm aksial terpasang tidak membentuk lubang kunci plat bentuk. Eksperimen
serupa dilakukan pada tahap terakhir memiliki efek yang agak berbeda. Plat
saraf terisolasi dengan notokord (Jacobson, 1985).
Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan bahwa sel-sel plat saraf
harus berinteraksi dengan berdekatan epidermal ektoderm dan mesoderm aksial
dengan mendasari neurulasi untuk melanjutkan secara normal. Seperti yang akan
segera kita lihat, hubungan antara sel-sel saraf dan sel-sel plat sebelah
tampaknya diperlukan untuk perilaku sel plat saraf tertentu, yang pada
gilirannya menghasilkan kekuatan mekanik dalam lempeng saraf yang mendorong neurulasi.
LEMPENG NEURAL SEL MENGALAMI COLUMNARIZASI
Dalam perjalanan neurulasi, sel-sel plat saraf mengalami perubahan
bentuk besar sementara tetap mempertahankan volume yang sama. Selama fase
sebelum tahap lubang kunci, sel-sel saraf plat memanjang tegak lurus terhadap
permukaan embrio sedangkan permukaan apikal dan basal mereka menyusut (lihat
Gambar. 12,5). Proses ini, disebut columnarization, umumnya diamati di
daerah ephithelial pada awal gerakan morfogenetik.
Columnarizasi sel ephithelial biasanya berkorelasi dengan
penyelarasan mikrotubulus mereka. Pada awal neurulasi, saraf mikrotubulus sel
plat yang sejajar dengan sumbu pemanjangan sel berorientasi, padahal sebelumnya
mereka tersebar diseluruh sel secara acak (lihat Gambar. 2. 3). Mikrotubulus
tampaknya diperlukan untuk perpanjangan, karena proses dihentikan oleh
kolkisin, penghambat polimerisasi mikrotubulus (Burnside, 1973). Tidak jelas
apakah sebenarnya mikrotubulus menyebabkan columnarizasi sel dengan
mengorientasikan transportasi sitoplasma mereka atau apakah mereka hanya
menstabilkan bentuk sel memanjang setelah telah dihasilkan secara independen.
Tingkat columnarizasi bervariasi antara daerah yang berbeda dari
pelat saraf. Sel-sel terpanjang terjadi di daerah anterior berbentuk bulan
sabit, dan sel-sel terpendek, sepanjang garis tengah posterior (Gambar 12.9).
ketika Jacobson (1981) transplantasi potongan plat saraf dari daerah
perpanjangan yang lebih besar untuk daerah elongasi rendah dan sebaliknya, ia
menemukan bahwa sel-sel yang ditransplantasikan memanjang menurut wilayah dari
mana mereka dibawa. Holtfreter (1946) mengamati bahwa terisolasi sel plat saraf
selesai perpanjangan normal mereka dalam tabung perobaan. Oleh karena itu,
dengan kriteria transplantasi dan sel isolasi di daerah masing-masing lempeng
saraf bertekad untuk memanjang dengan jumlah tertentu.
Columnarizasi sel plat saraf individu menambahkan hingga
pengurangan secara keseluruhan dalam luas permukaan seluruh plat saraf. Namun,
ekstensi anteroposterior plat dan transformasi dengan bentuk lubang kunci tidak
dapat dijelaskan oleh columnarizasi saja.
Gambar 12. 9 pola perpanjangan sel dalam pelat saraf dari kadal air
Taricha torosa. Gambar menunjukkan aspek dorsal pelat saraf. Jumlah
dimana setiap sel memanjang (tegak lurus dengan bidang kertas) yang ditunjukkan
di sini dengan intensitas warna, dengan intensitas tertinggi yang mewakili
perpanjangan terbesar.
Gambar 12. 10 ekstensi konvergen dari notoplate (wilayah dari plat
saraf yang melapisi notokord) di kadal air Taricha torosa. (Punggung dilihat
dari seluruh embrio. (B) pengaturan kembali sel di notoplate tersebut. Dua sel
yang disorot bergerak dari a1 ke a2 dari b1 ke b2. Dengan demikian, bagian yang
berbeda dari notoplate memperpanjang secara proporsional.
INTERKALASI LEMPENG NEURAL SEL PENYEBAB
PERPANJANGAN KONVERGEN
Selain columnarizasi, lempeng saraf dibentuk
oleh ekstensi konvergen. Menggunakan selang waktu sinematografi, Burnside dan
Jacobson (1968) mengamati pergerakan sel plat saraf di kadal California,
Taricha torosa, dari akhir gastrulasi ke tahap lubang kunci (Gambar 12 10a.).
Karena kadal ini memiliki pigmentasi garam-dan-merica, mereka mampu melacak
gerakan sel idividual. Dalam analisis kerangka demi kerangka, mereka memetakan
gerakan sel di persimpangan yang ditumpangkan koordinat. Ternyata jalur
konsisten dari satu embrio ke yang lain, dan gerakan sel secara keseluruhan ke
arah garis tengah dan anterior. Perpanjangan anteroposterior paling mencolok
dari garis terjadi di not
oplate tersebut, sempit bagian median dari
pelat saraf yang melapisi notokord (Gambar 12.10b).
Analisis pergerakan sel di notoplate
mengungkapkan interkalasi sel yang luas. Pada tahap gastrula akhir, sel-sel
notoplate menempati wilayah setengah lingkaran di sisi belakang pelat saraf
(Gambar 12.10). Sebagai notoplate lateral yang menyatu lateral dan meluas
secara anteroposterior. Pada tahap lubang kunci, notoplate telah dikemas ulang
menjadi sempit membentang sepanjang sebagian besar garis tengah. Ekstensi
Konvergen juga terjadi di tempat lain di wilayah posterior dari pelat saraf,
meskipun pada tingkat yang lebih rendah.
Perilaku sel selama perpanjangan konvergen dari
lempeng saraf posterior pada kadal air dilacak dalam waktu film selang embrio
normal (Jacobson et al., 1986). Pengamatan ini menunjukkan bahwa gerakan
interkalasi sel neural plate adalah acak kecuali bahwa sel-sel tidak melewati
notoplate/batas lempeng saraf. Sel menghubungi batas dari kedua sisi terjebak
di perbatasan dan tinggal di sana selama berjam-jam. Perilaku sel ini mirip
yang diamati selama ekstensi konvergen dorsal mesodem selama Xenopus
gastrulasi (lihat Bagian 10.3). dalam kedua kasus, batas-batas tertentu
antara domain sellular yang dilintasi oleh interkalasi sel. Sebaliknya, sel-sel
menabrak melawan batas-batas ini menjadi macet, mungkin dengan menghambat
aktivitas yang diperlukan untuk memperluas lamellipods. Karena semakin banyak
sel yang berbaris di sepanjang batas-batas, hasil keseluruhan akan ekstensi
konvergen.
Sebagai analogi, seseorang bisa memikirkan
pekarangan sekolah dengan anak-anak berkeliaran secara acak. Jika seseorang
akan meregangkan tali melintasi halaman (pekarangan) dan pihaknya mewajibkan
aturan setiap anak yang menabrak tali untuk memegangnya, maka semua anak akan
segera berbaris dalam dua baris di kedua sisi tali. Jika, di samping itu, orang
akan memungkinkan untuk tali harus lebih panjang dari halaman, dan untuk
anak-anak untuk menyebar sepanjang tali sampai mereka memiliki jarak rata-rata
yang sama dari satu sama lain karena mereka telah ketika mereka berjalan secara
bebas, maka hasilnya akan menjadi perpanjangan konvergen kasus dramatis .
Pada akhir gastrula, sel dorsal mesodermal
"tetap tinggal" di sepanjang batas-batas yang memperpanjang antara
mesoderm aksial, atau notokord masa depan, dan mesoderm paraksial, atau somit
masa depan (lihat Gambar. 9.19 dan 10.19). pada plat sel saraf dari pertengahan
dan akhir neurula, batas-batas yang sama memperpanjang antara notoplate dan
bagian lateral (Gambar 12. 10). Karena notoplate terletak tepat di atas
mesoderm aksial, batas-batas dalam lempeng saraf sejajar dan tepat di atas
batas-batas dalam mesoderm dorsal.
Untuk melakukan percobaan mengenai
notoplate/ lempengan saraf untuk mengetahui apa saja yang diperlukan
dalam proses pemanjangan saraf tersebut, maka Jacobson membuat potongan
notoplate dengan ukuran mikro dari embrio kadal air pada tahap midneurula. Jika pemotongan dibuat sepanjang satu sisi saja maka bagian dari lempengan saraf dengan notoplate akan memanjang sedangkan bagian tanpa notoplate tidak
(gambar. 12.11 a). Jika pemotongan dilakukan di kedua sisi
notoplate maka bagian lateralnya tidak berubah secara signifikan panjang
sementara notoplate sendiri menyusut (gambar 12.11b). Sebagai percobaan
pengontrol, lempengan saraf dipotong sampai garis tengah untuk
menghasilkan bagian kanan dan kiri, masing-masing dengan beberapa notoplate.
Dalam situasi ini, kedua bagian sedikit memanjang.
Hasil percoban Jacobson dan rekannya menunjukkan
bahwa notoplate/ batas lempengan
saraf diperlukan untuk konvergen yang terjadi di bagian posterior dari lempengan saraf.
Penerimaan sel pada batas tampaknya
menjadi mekanisme utama ekstensi konvergen di lempeng saraf. Mekanisme yang sama tampaknya terjadi di dorsal mesoderm sepanjang batas-batas
antara aksial dan mesoderm paraksial. Namun, di dorsal mesoderm, batas-batas juga tampak menjadi sumber sinyal yang berorientasi menyisipkan sel ke arah mediolateral, seperti dibahas
dalam bagian 10.3. Dalam hal ini, interkalasi sel dan
perangkap sel pada
batas kedua mempromosikan ekstensi konvergen, ilustrasinya
seperti mekanisme tumpang tindih.
Gambar 12.11 Pentingnya daerah
perbatasan antara notoplate dan lempengan saraf seperti diungkapkan oleh
pemotongan mikro pada
tahap midneurula.
(a) Lempengan
saraf terputus sepanjang batas kiri notoplate. (b) Lempengan saraf terputus sepanjang kedua batas notoplate. Lempengan
saraf parsial diukur sebelum pemotongan dibuat dan lempengan saraf embrio
kontrol telah ditutup tabung. Persentase menunjukkan peningkatan relatif
atau penurunan panjang dari
potongan pinggirnya selama periode ini dan rata-rata dari 12 kasus.
COLUMNARIZATION DAN INTERKALASI SEL BERKONTRIBUSI UNTUK MENGHASILKAN BENTUK LUBANG
KUNCI
Sejauh
ini, kita telah membahas dua jenis perilaku seluler yang terlibat dalam formasi
lempengan saraf: columnarization dan interkalasi mediolateral. Keduanya berperan penting dalam pembentukan lubang kunci dari lempeng saraf
dapat dinilai jika masing-masing bisa selektif menghambat.
Namun, kedua
perilaku tersebut mungkin didorong oleh aksi microfilament, inhibitor seperti
cytochalasin B tidak berfungsi untuk mengisolasi setiap perilaku.
Dalam kasus seperti ini, simulasi
komputer dapat membantu. Jacobson dan Gordon (1976) membuat simulasi columnarization dan interkalasi dalam program komputer yang
komprehensif, yang diperkirakan merupakan generasi dari bentuk lubang kunci dalam embrio kadal (gambar
12.12a). Dengan menghilangkan interkalasi,
mereka memperoleh sedikit simulasi yang
menampilkan pengurangan luas permukaan tapi tidak ada ekstensi anteroposterior, seperti perilaku lempeng saraf yang terisolasi dari mesoderm yang
mendasarinya (gambar 12.12.c). Sebaliknya, jika menghilangkan columnarization menghasilkan simulasi yang baik dari ekstensi anteroposterior dan pembentukan lubang kunci, tapi permukaan lempeng saraf simulasi terlalu besar
(gambar 12.12d). Para peneliti menyimpulkan bahwa kedua interkalasi mediolateral dan columnarization diperlukan
untuk membentuk lempeng saraf dengan benar. Tapi interkalasi yang membuat kontribusi yang
lebih besar untuk perpanjangan anteroposterior dan generasi bentuk lubang kunci.
Gambar 12.12 Pemodelan komputer pembentukan lempeng saraf pada kadal air Taricha torosa. (a) Urutan diagram dari lempengan saraf berkembang, yang diambil dari frame dengan selang waktu. (b) simulasi komputer menggabungkan dua kekuatan: columnarization, yang sangat kuat dalam anterior
sel lempengan saraf, dan penyuluhan konvergen, yang paling banyak ditemukan di
posterior sel lempengan saraf. Transformasi yang dihasilkan dari koordinat
ditempatkan di atas ektoderm saraf mirip pembentukan lempengan saraf yang
merbentuk lubang kunci di dalam embrio. (c) Menghentikan konvergen perpanjangan bagian dari program komputer menghasilkan sedikit simulasi. (d) Menghentikan bagian columnarization menghasilkan
simulasi yang baik, tapi permukaan lempeng saraf anterior terlalu besar.
PENUTUPAN
TABUNG SARAF BERHUBUNGAN DENGAN PENYEMPITAN APIKAL, EKSTENSI ANTEROPOSTERIOR, DAN SEL RANGKAP
Selama
fase kedua neurulasi, ketika lempengan saraf menutup ke dalam tabung, permukaan
sel apikal melanjutkan proses penyusutan columnarization dimulai pada tahap
pertama (lihat gambar 12.5). Proses ini membentuk irisan sel-sel lempengan saraf agar memungkinkan lempengan dapat menggulung di dalam tabung (gambar 12.13). Burnside (1971) menyarankan bahwa perubahan bentuk ini mungkin terjadi karena penyempitan apikal yaitu, penyempitan dari sebuah pita mikrofilamen yang diatur seperti tali di bawah permukaan apikal (lihat gambar 2.3). Sesuai dengan hipotesis ini, berkas mikrofilamen
mengental selama penyempitan apikal, menunjukkan bahwa penyempitan mungkin
disebabkan oleh interdigitation dari mikrofilamen. Tentu saja, penyempitan apikal dengan sendirinya tidak menghasilkan sel berbentuk irisan melainkan piramidal atau kerucut. Namun, sel-sel berbentuk irisan mungkin akan
dihasilkan oleh kombinasi penyempitan apikal dan pemanjangan antroposterior
pada lempeng saraf, seperti simulasi komputer yang dibahas sebelumnya.
Memang, penutupan tabung saraf bertepatan dengan dorongan pemanjangan anteroposterior secara cepat. Untuk mengukur pengamatan ini, Jacobson dan Gordon (1976) memotong lempengan saraf dan tabung saraf pada kadal air, meletakkannya di baki datar agar, dan mengukur panjangnya di bawah mikroskop dengan skala yang dibangun ke dalam lensa mata. Merencanakan panjang keseluruhan dengan tahap berturut-turut, mereka menemukan bahwa tingkatpemanjangan berubah tiba-tiba dan 10 kali lebih cepat selama penutupan
tabung saraf yang sebelum dan setelah penutupan (gambar 12.14). Dengan cara yang sama, neurulation pada ayam hasil dari anterior ke posterior, proses pemanjangannya cepat menyertai penutupan tabung (Jacobson, 1981). Dengan demikian,
tampak bahwa kombinasi penyempitan apikal dan pemanjangan anteroposterior dapat
terjadi dengan penutupan tabung saraf. Model komputer menunjukkan bahwa sel-sel
konstriksi permukaan apikal dikombinasikan dengan pemanjangan anteroposterior
dari lempengan saraf dapat menjelaskan banyak fitur yang menonjol dari
neurulation, termasuk generasi dari bentuk lubang kunci, lipatan saraf, engsel
formasi, dan penutupan tabung saraf (Clausi dan Brodland, 1993). Namun demikian, mekanisme ketiga
mungkin terlibat.
Di lipatan saraf, di mana sel-sel lempengan saraf columnar disejajarkan dengan sel-sel epidermis ectoderm skuamosa, tampak bahwa sel-sel lempengan saraf mencoba merangkak di bawah sel-sel epidermis (gambar 12.15). Daya tarik yang dihasilkan pada wajah basal dari sel-sel epidermis bisa menghasilkan sebuah gerakan cepat yang mungkin akan menyebabkan pembentukan lipatan saraf dan akhirnya penutupan tabung saraf. Gagasan ini didukung oleh hasil percobaan yang dibahas sebelumnya, di mana lempeng saraf diisolasi dengan dan tanpa tepi epidermis yang berdekatan. Jika margin epidermal yang ada, lempengan terisolasi menjadi tabung lengkap dan biasanya memanjang. Namun, jika tidak ada epidermis yang disertakan, hanya bentuk U
yang terbentuk, dan lempengan saraf tidak memanjang sebanyak yang mereka biasanya lakukan.
Secara
bersama-sama, pengamatan yang dibahas dalam bagian ini menunjukkan bahwa penutupan tabung saraf didasarkan pada setidaknya tiga jenis perilaku selular: pemanjangan apikal, interkalasi, dan merangkak. Demikian, prinsip mekanisme tumpang tindih berlaku.
Ketiga
perilaku seluler biasanya bekerja sama untuk membawa penutupan tabung saraf. jika salah satu dari prilaku tersebut
terganggu, dengan menghilangkan prasyarat untuk sel merangkak dengan menghapus epidermis yang berdekatan dengan tabung saraf, perilaku sel dua lainnya akan menghasilkan parsial tetapi kurang sempurna.
Gambar 12.13 irisan sel selama penutupan tabung
saraf. (a) Perubahan bentuk ditampilkan untuk sel
lempengan saraf tunggal:
columnarization selama fase pertama
dari neurulasi, dan
irisan selama tahap kedua. (b) Irisan
selama fase kedua neurulation, ditunjukkan untuk dua baris melintang
sel.
Gambar 12.14 Perubahan mendadak
dalam tingkat perpanjangan diamati selama penutupan tabung saraf pada
kadal air Taricha torosa. (a) Lempengan atau tabung saraf yang dipotong dan
panjangnya diukur. Tingkat pemanjangan, ditunjukkan oleh kemiringan kurva, meningkat 10 kali lipat antara tahap lubang kunci dan
penutupan tabung saraf, ketika kembali ke laju
sebelumya. (b) lempengan saraf dan tabung saraf tertarik pada skala yang sama untuk menunjukkan tingkat perpanjangan antara
dua tahap ditandai pada absis di bagian a.
12.3 PERAN INDUKSI DALAM
PEMBENTUKAN SUMBU
Tabung saraf merupakan kelainan organ yang selalu dibentuk
oleh gabungan notochord yang
mendasari, somit lateral yang berdekatan, dan struktur mesodermal lainnya (lihat gambar 9.19).
Perangkat ini dari dasar-dasar organ dorsal
pada vertebrata secara kolektif disebut sumbu embrio. (Istilah “sumbu” yang
berarti perangkat dasar-dasar
organ sama dengan penggunaan istilah garis orientasi, seperti sumbu anteroposterior
dari embrio). susunan
stereotip dasar organ yang berbeda dalam sumbu embrio (telah dijelaskan
sebelumnya) menunjukkan bahwa perkembangan mereka dikoordinasikan oleh gabungan
induktif dikenal sebagai induksi sumbu. Memang, percobaan
mengenai organizer yang terkenal oleh Spamenn dan Mangold (1924) menunjukkan
bahwa semua organ dalam sumbu
kadal air yang baik dibentuk atau disebabkan oleh bibir dorsal blastopori dari gastrula awal.
BIBIR DORSAL BLASTOPORE MENGATUR PEMBENTUKAN SELURUH EMBRIO
Mengatur percobaan sebagai puncak
dari penlitian Spemann untuk memahami bagaimana sel-sel membentuk organ sumbu embrio. Dari percobaan
yang sama menggunakan telur kadal, Spemann sudah tahu bahwa kemampuan untuk
membentuk sumbu tergantung pada adanya sitoplasma dari setengah dorsal telur
(lihat gambar 1.15). Dari percobaan transplantasi sebelum dan
sesudah gastrulasi, ia juga tahu bahwa ektoderm saraf mengubah keadaan determinasi selama gastrulasi
(lihat gambar 6.11).
Mempelajari perkembangan embrio kadal, Spemann melakukan transplantasi diatas bibir blastoporal yang didonor gastrula awal
untuk epidermis bakal sayap
pada embrio inang (gambar 12.16). Sebagian besar embrio inang mengembangkan dua lempeng saraf. Ketika tiga spesimen tetap dan telah menutup tabung
saraf, dua dari tiga ditemukan memiliki sumbu embrio tambahan, termasuk tabung
saraf, notochord, dan somit. Percobaan ini pertama kali dilakukan pada tahun 1916, pada
saat gerakan gastrulasi pada amfibi belum
ada. Dengan tidak adanya informasi dasar seperti ini, Spemann berpikir bahwa
seluruh sumbu tambahan telah dibentuk oleh transplantasi-tabung saraf dari lapisan dangkal dari bibir blastopori,
yang diduga adalah ectodermal, dan organ-organ mesodermal dari lapisan dalam.
Ia tidak menyadari pada saat itu banyak bibir blastopori yang rumit dan zona marginal berinvolusi (IMZ) dari gastrulae kadal akan menimbulkan mesoderm.
(Hal ini berbeda
dengan Xenopus, di mana lapisan IMZ
dalam membentuk mesoderm sedangkan lapisan IMZ dangkal kontribusi untuk
endoderm, seperti yang ditunjukkan pada gambar 10.11).
Ketika percobaan dilanjutkan pada tahun 1921, Spemann telah belajar bahwa bibir dorsal blastopori dari gastrula awal tidak termasuk lapisan ectodermal.Ia
juga mengembangkan teknik transplantasi heterospecific, di mana ia
menggunakan donor dan embrio inang dari spesies yang berbeda, sehingga ia
bisa membedakan jaringan yang berasal dari jaringan
inang di dasar pigmentasi yang berbeda.
Beliau telah menjadi kepala Departemen Zoologi di Universitas Freiburg di Jerman, Spemann ditugaskan
untuk mengulangi transplantasi bibir blastopori ke salah satu mahasiswa
pascasarjananya, yaitu Hilde Proescholdt. Eksperimennya menjadi prestasi puncak dari upaya Spemann untuk memahami penentuan organ aksial dalam embrio vertebrata.
Diterbitkan atas nama Spemann dan Mangold (1924) karena Hilde telah menikah dengan seorang rekan junior Spemann, yaitu Otto Mangold, dan mengadopsi namanya. (karyanya telah dikaji dalam bahasa
Inggris oleh Spemann, 1938, dan Hamburger, 1988).
Gambar 12.16 Versi awal Spemann tentang percobaan organizer.
Bibir dorsal blastopori dari kadal, gastrula awal telah dipindahkan ke ektoderm ventral.
Penerima terbentuk dua lempeng saraf dan dua sumbu embrio. Namun, karena donor dan penerima dari spesies
yang sama, kontribusi mereka terhadap sumbu sekunder tidak dapat dibedakan dengan pasti.
PROESCHOLDT ditransplantasikan sepotong median dari bibir dorsal blastopori. Pada daerah
gastrula didefinisikan pada bagian 10.3, transplantasi terdiri dari zona
marginal berinvolusi dan tergantung pada tahap perkembangan donor, sebagian
kecil atau lebih besar zona marginal noninvolusi (lihat gambar 10.11). Transplantasi gastrula diambil dari (tidak berpigmen) Triturus Cristatus dan ditanamkan pada calon gastrula epidermis ventral (berpigmen) Triturus Teaniatus
(gambar 12.17). Pengambilan morphogenetic dilakukan secara normal:
involuted dan diperluas ke potongan
panjang di bawah dan di dalam ektoderm inang. Seperti dalam percobaan Spemann sebelumnya, embrio inang mengembangkan sumbu embrio tambahan di lokasi implantasi.
Percobaan transplantasi blastopori di
laboratorium, karena kurangnya teknik steril, banyak embrio yang meninggal
sebelum mereka dapat dianalisis. Lima kasus yang berhasil dijelaskan secara rinci. Dalam kasus
yang sempurna telah dikembangkan, yaitu donor gastrula. Pada inang, transplantasi involuted hampir sempurna. Dua hari setelah operasi, ketika embrio telah dikembangkan
untuk neurula, kedua lempeng saraf lengkap dengan lipatan saraf itu terlihat
jelas pada panggul. Sebagian besar lempeng saraf berpigmen dan itu berasal dari
inang. Potongan median, disebut notoplate dalam terminologi saat ini, itu tidak berpigmen dan dengan
demikian berasal dari transplantasi. Hari kemudian kedua embrio inang dan embrio sekunder telah maju ke tahap pembentukan ekor. Embrio sekunder lebih pendek dan tidak
memiliki bagian-bagian kepala anterio. Fiksasi dan sectioning menunjukkan bahwa embrio sekunder memiliki satu set organ
lengkap aksial termasuk tabung saraf, notochord, somit, usus, dan ginjal.
Fitur luar biasa embrio sekunder adalah embrio yang hampir selesai dan biasanya proporsional dan juga chimera yang terdiri
dari dua inang dan pengambilan jaringan. Tabung saraf terbentuk hampir
seluruhnya dari jaringan inang. Notochord
tidak berpigmen yang berasal dari transplantasi. Para somit yang terdiri dari transplantasi dan jaringan
inang, sedangkan struktur aksial lainnya sebagian
besar dibentuk oleh inang.
Pertanyaan
1.
Mungkinkah kurangnya kepala pada embrio sekunder
ditunjukkan pada Gambar 12,17 berkaitan dengan fakta bahwa pengambilan itu berasal
dari donor gastrula yang terlambat? Jelaskan
2.
Notoplate embrio sekunder ditunjukkan
pada Gambar 12.17 jelas berasal dari pengambilan. Dapatkah hal ini dibenarkan dengan pandangan bahwa zona
marginal berinvolusi tidak memberikan kontribusi ektoderm? Jika demikian, dapatkah
dilakukan percobaan sebagai pengukur apakah notoplate embrio
sekunder diberikan oleh inangnya atau diambil?
Dapat ditarik tiga kesimpulan dari
percobaan. Pertama, dicangkokkan bibir dorsal blastopori dikembangkan sesuai dengan
keadaan: hal ini sesuai dengan gerakan morphogenetic
normal dan melanjutkan untuk proses
pembentukan, sebagian besar, notochord.
Kedua, pengambilan dorsalized mesoderm inang: jaringan
yang biasanya akan terbentuk yaitu hipodermis, darah, atau struktur mesodermal
ventral lain sebagai gantinya berkontribusi dengan somit sekunder dan ginjal.
Ketiga, pengambilan bertindak sebagai inducer saraf. Hal
ini merangsang ektoderm inang untuk
berkontribusi sebagian besar lempengan saraf sekunder, yang ditutup
ke dalam tabung saraf berdampingan dengan pengambilan notochord.
Kesimpulan, bibir blastopori
ditransplantasikan dikembangkan sesuai
dengan keadaan sendiri dan
mengerahkan jaringan inang sedemikian rupa untuk
menghasilkan satu embrio yang
terintegrasi. Untuk menekankan kemampuan luar biasa dari
bibir dorsal blastopori,
Spemann menyebutnya organizer.
Induksi sumbu pada burung dan
mamalia tampaknya terjadi seperti pada amfibi. Seperti
yang dijelaskan pada bagian 10.4,
alur primitif dan lubang pada burung sesuai
dengan blastopori pada amfibi, dan Hensen mengatakan simpul setara dengan bibir dorsal
blastopori. Jika Hensen melakukan
donor bebek yang
dicangkokkan di bawah epiblast
dari inang betina, hal tersebut
menginduksi sumbu sekunder
termasuk tabung saraf, notochord, dan somit
(gambar. 12.18). Percobaan
ini sesuai dengan percobaan pada tikus
yang menghasilkan hasil serupa (Beddington, 1994).
Gambar 12.17 Percobaan terkenal Spemann dan
Mangold (1924). (a) sepotong median
diambil secara tepat di atas bibir
dorsal blastopori dari gastrula Triturus cristatus (spesies kadal tidak berpigmen, yang
ditampilkan di sini dalam warna krem)
telah dipindahkan ke ventral ectoderm dari gastrula
Triturus taeniatus (spesies berpigmen, ditampilkan
di sini dalam warna hijau). (b) pada
neurula, penerima membentuk lempeng saraf
sekunder berpigmen dengan bersamaan jaringan
berpigmen di daerah notoplate. (c) penerima
melanjutkan untuk membentuk sumbu embrio sekunder.
dD) potongan melintang dari penerima menunjukkan
struktur berasal dari transplantasi tidak berpigmen dan penerima berpigmen.
APAKAH PENGADAAN MEMILIKI "STRUKTUR"?
Pertanyaan berikutnya yang disampaikan oleh Spemann
adalah sampai sejauh mana polaritas, wenangan, dan
penempatan dari dasar-dasar
organ dalam (eksperimen
diinduksi) embrio sekunder tergantung pada "struktur" dari penyelenggara transplantasi.
Sebaliknya, efek pengorganisasian
tampaknya dari bibir
dorsal blastopori benar-benar diberikan oleh inang, yang tentu saja memiliki
sumbu polaritas sendiri
dan basa dengan hal
untuk penentuan sel? Jawaban atas pertanyaan ini ternyata menjadi kompleks (Spemann, 1931, 1938).
Di
satu sisi, bibir blastopori ditransplantasikan ke gastrula sesuai dengan
orientasi-hewan nabati, tetapi tergantung pada tempat implantasi, gerakan
gastrulasi transplantasi kurang dikuasai oleh inangnya. Akhirnya, hampir semua embrio sekunder yang masih hidup sama dengan embrio lain, dan pembentukan telinga dari dua embrio cenderung pada tingkat yang sama (lihat gambar. 12.17). Hasil ini menunjukkan bahwa transplantasi bibir dorsal blastopori tidak berperan secara sepihak pada inangnya. Sebaliknya, "organizer" berinteraksi dengan jaringan inang yang mengatur
dirinya sendiri . Di sisi lain, transplantasi bibir blastopori jangan memaksakan wenangan mereka pada embrio yang diinduksi. Hal ini
ditunjukkan oleh Goerttler (ditinjau oleh hamburger, 1988), yang menggantikan setengah lateral satu bibir blastopori dengan setengah kontralateral bibir blastopori lain, sehingga
terbentuk, misalnya, transplantasi yang terdiri
dari dua bagian kiri yang berdekatan. Mengakibatkan pembentukan dua lipatan saraf kiri parallel.
Cara lain di mana Spemann menguji
struktur organizer untuk menghancurkannya, ia ditransplantasikan bibir blastopori yang
telah terputus-putus dengan jarum kaca atau terjepit di
antara slide kaca. Namun demikian, embrio sekunder yang
terbentuk, meskipun hasilnya lebih
bervariasi daripada yang diperoleh dengan bibir dorsal blastopori yang
hidup, menunjukkan struktur dari penyelenggara tidak
diperlukan tetapi membantu. Hasil yang sama
diperoleh dengan induser
yang dibunuh oleh panas, pengeringan, pembekuan, atau perendaman dalam alkohol (bautzmann et al, 1932;. Spemann, 1938).
Hasil ini menunjukkan situasi yang
kompleks, yang umumnya ditemukan antara merangsang dan menanggapi jaringan. Batas, sinyal induktif merupakan instruktif karena mereka memberikan sinyal tertentu ke jaringan yang merespon. Namun,
sampai batas yang bervariasi, khususnya induksi bergantung pada polaritas
jaringan yang merespons sendiri dan basa, yang berasal dari interaksi induktif
sebelumnya dan / atau dari lokalisasi sitoplasma. Dalam hal ini, sinyal induktif hanya memicu atau melepaskan. Kami akan
memperbaiki masalah ini dalam bagian 12.5, di mana kita akan
membahas beberapa mekanisme molekuler yang terlibat
dalam induksi sumbu.
Gambar 12.18 induksi sumbu embrio sekunder pada burung. (a) Hensen melakukan
pencangkokkan yaitu bebek
sebagai pendonor dan ayam sebagai penerima. (b) penerima mengembangkan tabung saraf aksesori. (c) bagian histologi mengungkapkan
bahwa pengambilan tersebut membentuk notochord dan tabung saraf di bawahnya.
Selain itu, pengambilan disebabkan pembentukan tabung saraf dari jaringan inang.
SUMBU INDUKSI MENUNJUKKAN KEKHUSUSAN DAERAH
Peran instruktif jaringan dijelaskan pada eksperimen pengamatan
bahwa embrio sekunder biasanya hilang baik anterior atau bagian posterior. Sebagai kemungkinan
penyebab incompleteless ini dan
keragamannya, Spemann dan rekannya dianggap sebagai
pengukur percobaan. Beberapa di antaranya, termasuk tempat yang bagus
untuk transplantasi pada inang
sebagai sel orientasi transplantasi, memiliki efek yang kecil, dan selanjutnya sebagian besar peneliti
menggunakan metode transplantasi jaringan organizer potensial
secara sederhana. Dengan sungguh-sungguh mengambil potongan ektoderm ventral inang, mereka
hanya memasukannya ke blastocoels inang melalui celah di atas blastocoels (Gambar 12.19 dan 12.20). Selama gastrulasi, dasar tumbuhan inang kemudian akan mendorong pengambilan terhadap ektoderm ventral. Metode
transplantasi ini menjadi dikenal sebagai metode penyisipan.
Parameter yang memiliki efek besar pada hasil percobaan organizer termasuk kapan dan di
mana jaringan merangsang dan diisolasi dari donor. Percobaan Proescholdt
terbaik yang dikembangkan mengenai embrio, yang ditunjukkan
pada Gambar 12,17, pengambilan berasal dari donor gastrula. Sebaliknya,
ketika Spemann (1931) mencangkokkan bibir blastopori dari gastrula awal, embrio tambahan memiliki kepala lengkap tetapi tidak
ada ekor (lihat gambar 12.19a). Demikian,
awal-berinvolusi mesoderm, yang bergerak sejauh anterioly, untuk mendorong anterior struktur aksial, sedangkan akhir-berinvolusi mesoderm,
yang tetap dalam posisi posterior, hal ini mungkin untuk
menginduksi batang dan ekor.
Sebuah kekhususan regional dari mesoderm yang merangsang ditunjukkan
oleh Otto Mangold (1933). Beliau menghilangkan lempeng saraf dari naurula untuk mengekspos jaringan di
bawahnya, yang telah menjadi lapisan bibir dorsal blastopori sebelum involuted. Setelah involusi, jaringan yang
sama disebut sebagai chordamesoderm, meskipun keadaannya tidak hanya
mencakup notochord tetapi juga somit yang berdekatan. Dalam percobaan Otto Mngold, chordamesoderm dibagi menjadi
empat bagian sepanjang sumbu anteroposterior, dan
bagian-bagian terdalam dimasukkan ke dalam blastocoels gastrulae
inangnya (gambar. 12.20). Struktur sekunder yang menonjol dari perut inang bervariasi tergantung pada bagian chordamesoderm yang telah dicangkokkan.
Bulan pertama
chordamesoderm disebabkan oleh sebagian besar struktur yang terletak di depan
otak dalam embrio. Hasil ini mirip dengan
yang diperoleh setelah pengabilan awal bibir dorsal blastopori, yang membentuk chordamesoderm anterior setelah involusi. Bulan kedua chordamesoderm diinduksi membentuk kepala
dengan vesikel otak, hidung, mata, dan telinga. Bulan ketiga diinduksi terutama membentuk otak belakang, sumsum tulang
belakang, somit, ginjal, dan ekor. Ada berlekatan antara struktur yang disebabkan
oleh daerah chordamesoderm. Namun, bulan keempat memiliki efek yang sama dengan yang diperoleh dalam penencangkokan akhir bibir dorsal blastopori, yang membentuk posterior chordamesoderm setelah involusi. Jelas bahwa, bibir blastopori
dihilagkan pada berbagai tahap gastrulasi, dan daerah anteroposterior yang sesuai dengan chordamesoderm dari akhir gastrulae, menginduksi seperangkat struktur dorsal. Pengamatan ini
menunjukkan bahwa jumlah jaringan yang dinamis akan menempati posisi yang
berbeda setelah gastrulasi dan memiliki
kemampuan induktif berbeda.
Memang, percobaan yang baru menunjukkan
bahwa percobaan
tersebut setara dengan percobaan Spemann pada kuda laut dan tikus embrio dibagi dalam komponen yang terletak
di anterior dan posterior
yang pada berakhirnya
sumbu dorsal berkembang. Dalam gastrulae kuda laut, notochord dewasa terletak di vegetal (posterior) yang melindungi margin embrio ,
setelah transplantasi, hal tersebut
menunjukkan aktivitas organizer (ho, 1992; Shih dan Fraser 1996). Namun, perkembangan otak juga tergantung
pada populasi sel ectodermal anterior. Penghapusan
sel-sel ini menyebabkan gangguan dalam pola otak yang memperpanjang
menghilangnya keadaan sel, sedangkan transplantasi heterotopic dari sel
anterior ke posterior penyebab lempeng saraf yang mengelilingi sel inang untuk
mengekspresikan gen penanda anterior (Houart et al., 1998). Kedua hasil menunjukkan bahwa sel-sel ectodermal anterior melepaskan
sinyal induktif yang mempengaruhi pola anteroposterior.
Demikian pula, dalam embrio tikus, transplantasi heterotopic node henses yang menyebabkan
pembentukan sumbu ektopik seperti yang disebutkan sebelumnya. Namun, endoderm embrio anterior dan anterior jaringan ekstraembrionik juga mampu mengubah mengekspresikan gen penanda sepanjang sumbu anteroposterior (tam dan steiner, 1999). Dengan
demikian, tampak bahwa dalam evolusi vertebrata jaringan embrio yang berbeda telah datang untuk
berpartisipasi dalam mengatur pola anteroposterior organ dorsal.
Demikian pula, dalam embrio tikus, menurut Hensen transplantasi heterotopic yang menyebabkan
pembentukan sumbu ektopik seperti yang disebutkan sebelumnya. Namun, endoderm anterior embrionik dan anterior jaringan ekstraembrionik juga mampu mengubah ekspresi gen penanda sepanjang sumbu anteroposterior (Tam dan Tteiner, 1999). Dengan
demikian, tampak bahwa dalam evolusi vertebrata jaringan embrio yang berbeda telah datang untuk
berpartisipasi dalam mengatur pola anteroposterior organ dorsal.
Gambar 12.19 ketergantungan tahap kapasitas induktif dari dorsal blastopori. (a) bibir dorsal blastopori dari gastrula awal, setelah penyisipan ke dalam blastocoels dari inang, merangsang
pembentukan kepala sekunder.
(b) memasukkan akhir bibir blastopori dengan cara
yang sama menyebabkan pembentukan batang sekunder dan ekor.
Gambar 12.20
kekhususan daerah induksi saraf. (a) desain percobaan yang dilakukan oleh Otto Mangold (1933). Ia memperoleh berbagai daerah chordamesoderm (warna merah) setelah
menghilangkan lempengn saraf atasnya dari neurulae awal dan memasukkan potongan chordamesoderm ke blastocoels dari gastrulae awal. (b) jika chordamesoderm anterior dimasukkan, penerima membentuk kepala sekunder dengan balancers, otak depan, dan mata. (c) chordamesoerm posterior dimasukkan dengan cara
yang sama diinduksi batang sekunder dan ekor.
12.4 JALUR INDUKSI
SARAF
Induksi embrio
mempengaruhi tiga lapisan kuman : embrio yang kedua terinduksi kedalam pengatur
penelitian organ yang diambil dari ektoderm serta dari mesoderm dan endoderm
(lihat gambar 12.17). Peristiwa dalam ektoderm yang menjadi cakupan perhatian
yang paling menarik. Sama seperti neurulasi
adalah bagian yang paling menonjol
dari pembentukan sumbu,
aspek yang paling ekstensif dipelajari
sumbu induksi saraf,
pengembangan ektoderm ke dalam tabung saraf di
bawah pengaruh dorsal mesoderm
yang berdekatan. Pada bagian ini,
kita akan fokus pada induksi saraf, seperti Spemann
dan rekan-rekannya lakukan, sebelum kita kembali ke seluruh proses pembentukan sumbu pada akhir bab
ini ketika kita membahas beberapa
aspek molekuler induksi sumbu.
ADA DUA JALUR SINYAL-PLANAR DAN VERTICAL-DARI INDUKSI SARAF
Berpikir dengan sistematis tentang
eksperimennya, Spemann menganggap ada dua jalur
sinyal untuk induksi saraf
(Gambar 12.21). Pertama,
dalam blastula atau
gastrula awal, ketika penyelenggara membentuk dorsal involunting zona
marginal, mungkin mengirim sinyal
planar melalui bidang
ektoderm. Pada tahap ini, lempeng calon saraf menempati area pendek dan lebar yang dapat dengan mudah
dicapai dengan sinyal planar dari mulut dorsal
blastopori (R. Keller
et al., 1992b).
Kedua, setelah involusi,
ketika penyelenggara telah membentuk chordamesoderm, mungkin
mengirim sinyal vertikal ke dalam ektoderm di
atasnya. Pada tahap selanjutnya
ini, calon platehas
saraf diperpanjang dalam arah anteroposterior dan lebih mudah diakses oleh sinyal vertikal dari chordamesoderm
tersebut.
Awalnya , Spemann menyukai gagasan sinyal
planar . Namun, tanggapan induktif yang berbeda untuk segmen yang berbeda dari
chordamesoderm ( lihat Gambar . 12.20 ) yang lebih mudah diinterpretasikan oleh
sinyal vertikal . Hasil tambahan dari Holtfreter ( 1993) , kolaborator lain
dengan Spemann itu , juga menunjukkan sinyal vertikal . Holtfreter dilucuti
axolotl gastrulae awal amplop pemupukan mereka dan membuat mereka dalam larutan
garam hipertonik . Sebagai hasilnya, gerakan gastrulasi sepenuhnya abnormal yang
disebut exogastrulation . Calon endoderm dan mesoderm , bukannya berubah di
dalam embrio , melainkan beralih ke luar dan meninggalkan ektoderm di belakang
sebagai lambung kosong (Gambar 12.22 ) . dalam situasi seperti ini , sinyal
planar masih bisa melewati jaringan yang menghubungkan chordamesoderm
exogastrulated dengan lambung ectodermal , sedangkan kemungkinan sinyal
vertikal dikecualikan . Dalam exogasrtulae berkembang , endodermal dan
mesodermal derivatif - termasuk notochord , somit , dan embrio ginjal
dikembangkan normal. Namun, lambung
ectodermal , kehilangan mesoderm yang mendasarinya , gagal mengembangkan
jaringan saraf yang bisa telah diidentifikasi berdasarkan penampilan di bagian
histologis . Jadi, meskipun jaringan merangsang dikembangkan hampir normal ,
dan meskipun sinyal memdorong planar bisa dilewatkan ke ektoderm , tidak ada
respon saraf yang terdeteksi .
Gambar
12.21 Planar dan sinyal vertikal dalam induksi saraf. (a) gastrula awal. Sinyal
planar perjalanan dalam pesawat dari ektoderm saraf yang berdekatan. (b) akhir
gastrula. Sinyal vertikal lulus dari jaringan Mendorong yang sama, sekarang
chordamesoderm, ke ektoderm saraf atasnya. Kepentingan relatif dari dua set
sinyal bervariasi antara spesies
Gambar 12.22 Exogastrulation dalam embrio
axolotl. (a, b) sel zona Marginal bergerak (panah) menuju wilayah blastopori
(penyempitan), tapi bukannya berinvolusi, ini dan sel-sel dasar vegetal
didorong di luar, di mana mesoderm tetap mengalami ekstensi konvergen. (c)
bagian median melalui exogastrula, menunjukkan ectodermal lambung kosong
dipisahkan oleh wilayah blastopori terbatas dari endodermal dan mesodermal
struktur. Ektoderm dari tidak ada struktur saraf morfologis diidentifikasi.
Dari hasil percobaan ini dengan embrio
kadal, Spemann dan
rekan-rekannya menyimpulkan bahwa sinyal vertikal yang
diperlukan untuk induksi saraf, dan bahwa sinyal
planar sendiri tidak
cukup. Kemudian peneliti mencapai kesimpulan hampir
terbalik dari data
molekuler diperoleh dengan
Xenopus embrio.
INDUKSI PLANAR BERPERAN BESAR DI EMBRIO
Mengulangi percobaan organizer dengan Xenopus embrio
confermed hasil Spemann
dan Mangold (Gimlich
dan Cook, 1983). Namun, percobaan
selanjutnya menggunakan penanda
molekuler sebagian besar pembangunan saraf telah
menunjukkan bahwa induksi saraf
lebih bergantung pada induksi planar di Xenopus
daripada yang dilakukannya dalam kadal
air dan salamander lain (Slack
dan Tannajill, 1992).
Belajar induksi saraf di Xenopus, Kinter dan
Melton (1987) menemukan bahwa sel-sel ektoderm mengekspresikan N-CAM, molekul
adhesi sel saraf dibahas bagian dalam. Mereka menunjukkan bahwa dalam embrio
normal, plat saraf dan tabung saraf mengekspresikan N-CAM sementara calon
epidermis tidak. Dalam percobaan in vitro, ektoderm terisolasi tidak mensintesis N-CAM kecuali itu dalam kontak
dengan Mendorong mesoderm. Setelah
penetapkan kegunaan N-CAM sebagai penanda untuk induksi saraf, para peneliti
memeriksa ekspresi N-CAM di exogastrulae. Tanpa diduga, mereka menemukan bahwa
exogastrulae disintesis hampir sebanyak N-CAM sebagai embrio normal, dan bahwa
hampir semua sintesis N-CAM terjadi di ectodermal yang tidak mengekspresikan
penanda molekuler untuk perkembangan saraf dalam kondisi yang memungkinkan
planar tetapi tidak vertikal induksi.
Sebagai tes alternatif pembangunan ektoderm
Xenopus dalam kondisi induksi planar saja, Keller dan Danilchik ( 1988) patch
terisolasi yang terdiri berinvolusi dan noninvoluting zona marginal dari sisi
dorsal gastrulae awal (Gambar 12.23a , b ) . Untuk menjaga patch ini dari menekuk, mereka
menggabungkan dua dari mereka dengan zona mereka dalam tatap muka, menciptakan yang disebut Keller sandwich. Persiapan ini
memungkinkan sinyal planar untuk perjalanan antara zona berinvolusi marginal (
mulut dorsal blastopori , organizer ) dan zona marginal noninvoluting ( bagian
yang biasanya akan membentuk lempeng saraf ) . Karena persiapan sandwich yang
tidak memungkinkan terjadinya involusi, calon chordamesoderm tidak pernah
datang untuk mendasari neuroectoderm , dan karenanya tidak ada sinyal vertikal
bisa lulus di antara mereka . Meskipun kendala ini , gerakan morfogenetik lain
dan diferensiasi sel dalam sandwich menyerupai orang-orang dalam embrio utuh
(Gambar 12.23c ) . Khususnya, zona marginal noninvoluting membentuk lempeng saraf, yang berkembang
menjadi massa sel yang menyerupai neuron multipolar dan kemudian
ditampilkan untuk mewarnai dengan probe molekul neuronspecific.
Atas dasar percobaan Otto Mangold dengan kadal
air (lihat Gambar. 12.20), itu telah diasumsikan bahwa pola anteroposterior
daerah otak yang berbeda dan sumsum tulang belakang mengandalkan sinyal
vertikal dari chordamesoderm tersebut. Namun, hasil baru yang diperoleh dengan
Xenopus memunculkan pertanyaan apakah pola ini juga bisa dihasilkan oleh
induksi planar saja.
Gambar 12.23 Tes untuk induksi saraf di Zenopus
oleh sinyal planar saja. (a, b) dua lipatan dorsal jaringan yang terdiri
berinvolusi zona marginal, noninvoluting zona marginal, dan topi hewan dipotong
dari dua gastrulae awal dan terjebak bersama-sama dengan lapisan sel batin
mereka hadapi dan dengan sumbu-hewan vegetal mereka selaras. (c) Setelah
beberapa jam budaya, zona berinvolusi marjinal (di bawah panah) membentuk
notochord dan somit sedangkan zona noninvoluting marginal (di atas panah)
membentuk jaringan saraf.
Untuk mengeksplorasi kemungkinan ini, Doniach et al. (1992) menggunakan cara
persilangan in situ (lihat Metode 8.1) untuk mendeteksi produk mRNA gen penanda tertentu yang dinyatakan
hanya di daerah tertentu dari sistem saraf
pusat (SSP). Metode ini
memungkinkan untuk mengidentifikasi produk dari tiga gen penanda ( engrailed –
2 ̄ , Krox – 20 ̄ , dan X1Hbox6 ̄ )
sebagai rangkaian yang berbeda dari garis-garis melintang berkembang di otak tengah, otak belakang ,
dan sumsum tulang belakang embrio utuh (Gambar 12.24a ) . untuk melihat apakah
pola ini akan berasal dari tidak adanya sinyal induksi vertikal , para peneliti
Keller sandwich , yang memungkinkan hanya pertukaran sinyal planar antara
dorsal berinvolusi zona marginal dan calon neuroectoderm ( lihat Gambar . 12.23
) . Dalam budaya , isolat ini menjalani perpanjangan konvergen dan diferensiasi
saraf gen penanda wilayah tertentu , mereka memang menunjukkan pola yang sama
dari garis-garis melintang sebagai embrio normal ( Gambar 12.24b ) . para peneliti menyimpulkan bahwa pola yang sangat
mirip pola anteroposterior dari otak normal dan sumsum tulang
belakang dapat disebabkan oleh sinyal planar saja.
Gambar 12.24 Expession gen penanda saraf di
seluruh embrio Xenopus dan sandwich punggung jaringan gastrula . ( a) embrio
Utuh , anterior ke kiri , sisi dorsal up . Area gelap di otak dan sumsum tulang
belakang adalah mRNA berlabel oleh hibridisasi in situ (lihat Metode 8,1 ) .
The anteriormost band ( diisi panah ) merupakan mRNA ditranskripsi dari batas
antara otak tengah dan otak belakang . Doublet band ( arrowsheads terbuka )
merupakan Krox - 20 mRNA , yang disintesis dalam dua segmen otak belakang . The
streak gelap ( di sebelah kanan panah ) merupakan XIHbox6 mRNA , yang menumpuk
sepanjang sumsum tulang belakang . ( b ) Tissue dikembangkan dari sandwich
disiapkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 12.23 , tiang hewan ke kiri.
Wilayah norrowest ( di sebelah kanan panah ) adalah sumsum tulang belakang
calon , wilayah berkobar di sebelah kiri adalah calon otak , dan wilayah
melengkung di sebelah kanan adalah calon mesoderm . Perhatikan bahwa kontak
antara wilayah saraf dan mesoderm yang ketat planar . Namun demikian, mRNA
penanda disintesis dalam pola yang sama seperti dalam embrio utuh .
Dalam percobaan serupa,
Zimmerman dan rekan kerjanya (1993) memantau ekspresi
gen penanda lain
saraf, XASH-3⁺, Dalam embrio Xenopus
normal dan Keller Sandwich. Mereka menemukan bahwa pola ekspresi normal
dari gen dalam neurulae awal meliputi dua garis memanjang di kedua
sisi garis tengah. Garis-garis ini
juga disajikan dalam berbudaya
Keller sandwich, menunjukkan
bahwa beberapa pola mediolateral dari pelat saraf dapat
terjadi secara independen dari
induksi saraf vertikal.
pertanyaan
1.
Hasil yang ditunjukkan pada Gambar 12.24 diperoleh dengan probe insitu
hibridisasi tiga mRNA
yang berbeda. Bisakah beberapa probe tersebut
diterapkan secara bersamaan ke bagian jaringan yang
sama atau embrio?
2.
Sebagai alternatif untuk hibridisasi in situ, apa
metode lain yang bisa para peneliti telah digunakan
untuk membandingkan pola ekspresi gen-wilayah tertentu dalam embrio dibandingkan Keller
sandwich?
3.
Hasil
menakjubkan dilaporkan oleh Doniach dan rekan kerjanya bisa berasal migrasi
planar tanpa disadari sel mesoderm dari
zona marginal berinvolusi
dalam dan respon berikutnya
dari "menginvasi" noninvolutting
wilayah marginal terhadap
sinyal vertikal dari sel-sel
migrasi diduga. Bagaimana
mungkin para peneliti telah
menguji (dan mereka lakukan!)
Apakah migrasi sel planar seperti memang
terjadi?
Pengamatan yang dibahas sejauh
ini menunjukkan bahwa induksi saraf pada amfibi tergantung pada setidaknya dua jenis sinyal, planar dan vertikal. Sinyal planar dikirim dalam pesawat luar gastrula awal dari bibir dorsal blastopori (organizer) ke dorsal ektoderm yang berdekatan. sinyal vertikal dikirim dalam gastrula akhir dari penyelenggara yang sama, kemudian
disebut chordamesodrm, ke atasnya dorsal ecroderm. Hasil klasik menunjukkan bahwa pada
embrio kadal sinyal vertikal memainkan peran yang dominan sedangkan sinyal
Aplikasi Pandu sendiri tidak cukup . Sebaliknya , percobaan yang lebih baru
sedikit pun Xenopus Leavis menunjukkan bahwa spesies ini sinyal planar saja
menyebabkan diferensiasi saraf, termasuk pola yang tepat anteroposterior dari
ekspresi gen di otak tengah , otak belakang, dan sumsum tulang belakang. Namun,
struktur otak depan tampaknya membutuhkan sinyal induktif vertikal juga. Hasil
ini membuktikan menjadi kekhususan induksi saraf planar di Xenopus , tetapi
mereka menunjukkan dengan necessisty sinyal induktif vertikal , khususnya untuk
pengembangan otak depan .
Mengapa kadal air Xenopus berbeda dalam
kepentingan relatif dari planar dan induksi saraf vertikal sinyal? Perbedaan
ini mungkin berkaitan dengan perbedaan lain yang juga membedakan dua bentuk
ini, Pertama, Xenopus mesoderm terletak jauh di dalam gastrula (lihat Gambar.
10.11), sedangkan mesoderm kadal termasuk lapisan permukaan. Xenopus
develpoment juga sangat cepat, antara tercepat dari amfibi. Spesies yang
berkembang pesat sering berevolusi dengan cara yang menekankan penggunaan
sinyal perkembangan dipertukarkan selama tahap-tahap awal, dengan demikian,
induksi saraf planar, yang terjadi sebelum induksi vertikal, memainkan peran
lebih besar dalam Xenopus daripada yang dilakukannya dalam kadal air. Memang,
percobaan yang dijelaskan selanjutnya menunjukkan bahwa bahkan peristiwa
sebelumnya di Xenopus embrio mempersiapkan, atau bias, ektoderm dorsal untuk
merespon sinyal induksi saraf berikutnya.
INDUKSI SEL SARAF MERUPAKAN PROSES BERTAHAP
Apakah ektoderm berkembang menjadi lempeng
saraf ataukah tergantung tidak hanya pada seberapa dekat saraf merangsang.
Tetapi juga seberapa siap saraf merespon (seperti penjelasan pada bagian 9.4,
kesiapan saraf untuk merespon sinyal induksi tertentu disebut kompetensi, atau
anggapan dari respon saraf). Setidaknya di Xenopus , ektoderm dorsal lebih
kompeten merespon sinyal induksi saraf yang berasal dari mesoderm dorsal
daripada ektoderm ventral.
Perbedaan antara ektoderm dorsal, yang akan membentuk piringan
saraf, dan ektoderm ventral, yang akan membentuk epidermis, dapat ditelusuri
kembali ke tahap 8-blastomere
di Xenopus. Ini ditunjukan dalm percobaan yang menggunakan penanda molekuler
Epi 1, antigen permukaan sel yng hadir di dalam sel-sel epidermis yang
selanjutnya bukan di dalam calon sel-sel saraf (London et al., 1988).
Para peneliti telah mengisolasi daerah blastomer dan blastula pada Xenopus
embrio dan tetap memeliharanya sampai kontrol embrio telah mencapai tahap
pertengahan. Keturunan sel yang terisolasi kemudian diperbaiki untuk
immunostaining (lihat metode 4.1) dengan antibodi terhadap Epi 1. Keturunan
ventral sel-sel hewan sebagai awal tahap 8-blastomere menyatakan Epi 1 antigen lebih kuat dan lebih konsisten
daripada keturunan dorsal sel-sel hewan.
Pada eksperimen selanjutnya, Savage dah Philips
(1989) menggunakan prosedur immunostaining yang sama untuk melihat efek
inhibitory (penghambat) pada penginduksi saraf atas pergerakan Epi 1. Memang,
Ektoderm ventral yang dijaga ditepi-tepi dengan mulut dorsal tidak menunjukan
adanyakontak Epi 1. Demikian pula, chordamesoderm terjepit antara lapisan
entoderm ventral yang menghambat pergerakan Epi 1.
Hasil penelitian dari pergerakan Epi 1
menunjukan bahwa blastomer ventral pada hewan sudah siap untuk membentuk
epidermisakan tetapi kecendrungan awal ini dapat dikalahkan oleh penginduksi
saraf. Sebaliknya, praduga pada dorsal sel hewan tidak cukup untuk membentuk
piringan saraf ; mereka masih menyatakan Epi 1 ada pada level rendah dan mereka
membangun epidermis ketika telah jelas sebagai kelompok selama tahap blastula.
Namun, sinyal induksi saraf yang berikutnya benar-benar menghambat pergerakan
Epi 1 dan menentukan perkembangan sel-sel saraf. Singkatnya, penghambatan
tahapan dari pergerakan Epi 1 pada sel-sel ektodermal dorsal disejajarkan oleh
penentu tahapan menuju pewmbentukan lempengan (piringan) saraf.
Pada percobaan komplementer, Sharpe dan rekan
kerjanya (1987) memantau sintesis dari dua penanda mRNA yang mencirikan
perkembangan saraf : satu pengkodean N-CAM dan yang lainnya di transkripsi dari
XIHbox6⁺, sebuah gen di
expresikan secara khusus dalam sel-sel saraf bibit gratula, sebagai respon
terhadap sinyal induktif dari chordamesoderm, kedua penanda disintesis dalam
jumlah yang lebih besar di ektoderm dorsal daripada dibagian pusat ektoderm
dorsal dan ventral yang disimpan tanpa chordamesodrm tidak termasuk prnada
mRNA. Kompetensi yang lebih besar dari ektoderm dorsal adalah kemampuan yang
lebih baik untuk merespon sinyal indukatif dari chordamesoderm, harus berasal
dari sinyal yang diterima sebelumnya oleh ektoderm dorsal bukan ektodern
ventral.
Berkaitan dengan itu, percobaaan ynag
dijelaskan di bab ini dan bab 9 mendukung pandangan induksi saraf merupakan proses
bertahap (gambar 12,25). Dengan awal dorsoventral dikenal melalui gerakan
sitoplasma dalam telur yang dibuahi selama tahap siklus pembelahan pertama.
Dugaan ini datang dari kurangnya ekspresi Epi 1 pada blastomer dorsal hewan dan
dari meningkatnya respon dorsal hewan pada tahap blastula untuk meniru
penginduksi mesoderm (lihat bagian 9.6). Selama pembelahan, hanya blastomer
vegetal dorsal yang mampu menyebabkan sel-sel hewan membentuk mesoderm dorsal
sel-sel mesoderm dorsal menghasilkan mulut blastopori (penyusun Spemann), ynag
mengirimkan sinyal saraf induksi planar pada tahap gastrula awal. Setelah mulut
blastopori dorsal berbentuk spiral dam membentuk chordamesoderm, ia
menggandsakan induksi saraf dengan mengirim sinyal vertikal. Yang terakhir tampaknya
sangat penting untuk mendorong stuktur otak sebelunya, stuktur ini berkembang
dari neuroektoderm sebelumnya, yang terletak paling jauh dari sumber sinyal
planar.
Gambar 12.25 induksi Neural sebagai proses tahapan. Lihat teks
Dalam rangkaian kejadian yang
menyebabkan induksi saraf, langkah-langkah eksperimental individu dapat dicegah dengan hasil penurunan
tingkat perkembangan saraf.pengamatan ini sesuai dengan prinsip-prinsip mekanisme tumpang
tindih, yang melengkapi banyak proses perkembangan (lihat bab 4, 10,18, dan
22). Prinsip ini sangat jelas dalam interaksi induksi, tidak hanya di induksi
saraf, tetapi juga di induksi hidung, mata, telinga, dan jantung (Jacobson
1996; Jacobson and Sater 1988). Efek tumpang tindih dari beberapa mekanisme dalam
induksi saraf juga dapat menjelaskan perbedaan antara kadal air dan Xenopus
berkaitan dengan induksi planar dan vertikal yang mungkin telah berevolusi.
Jika fungsi biologis di dasarkan pada beberapa mekanisme dengan efek tumpang
tindih, salsh satu mekanisme mampu meningkatkan penurunan tanpa membahayakan
efek keseluruhan. Dengan cara ini, spesies seperti Xenopus berkembang cepat
menjadi lebih kuat dari sebelumnya yang mengarah pada perkembangan saraf.
12,5 AXIS INDUKSI DENGAN DISHINBISI
Penemuan di tahun 1930-an bahwa jaringan organizer mati masih berfungsi
dalam induksi saraf memicu kebingungan penyelidikan
sifat kimia dari sinyal perangsang. Namun,
antusiasme para peneliti segera terjawab dengan ditemukannya ajaringan asing dengan jumlah besar dan beragam fraksi biokimia bahwa semua disebabkan induksi saraf. Hasil ini
membuat frustrasi memuncak dalam penemuan bahwa neuralization dapat dirangsang oleh rangsangan sebagai tidak spesifik seperti
perubahan komposisi ionik atau PH dari media kultur
(Holtfreter, 1945). Spemann itu sedih
oleh penampilan yang "organizer" nya bisa ditiru oleh
rangsangan grotesquely yang tidak
spesifik, tetapi pada saat yang
sama ia menegaskan dalam bukunya veiw
yang diterbitkan 3 tahun sebelum terkenal organizer
percobaan-bagian dari
kekhususan interaksi induktif
yang melekat ke jaringan merespon.
Setelah
munculnya teknik kloning DNA, upaya untuk mengidentifikasi dasar molekul
induksi saraf diangkat lagi dengan semangat baru. Penyidik telah
mengidentifikasi gen individu yang diekspresikan selektif dalam organizer dan
encode protein Spemann yang meniru efek penyelenggara. Sebuah produk gen yang
efektif antagonizes tindakan penyelenggara juga telah diidentifikasi. Dari
investigasi ini, kita tidak hanya mulai memahami induksi saraf dalam hal
molekul tetapi juga datang untuk menghargai lagi bahwa sinyal induksi saraf
mempengaruhi aspek lain dari pembentukan poros dorsal juga.
PENGEMBANGAN DORSAL TERJADI PROGRAM DEFAULT DI XENOPUS
Kekhususan yang berada di mitra yang merespon dari interaksi
induktif mungkin memiliki dua penyebab , yang dapat bertindak sendiri-sendiri
atau dalam kombinasi . Pertama, seperti yang telah dibahas sebelumnya , induksi
embrio cenderung terjadi dalam beberapa langkah . Dalam kasus induksi saraf ,
saraf ektoderm dapat prima dengan baik
oleh peristiwa sebelum interaksi dengan chordamesoderm bahwa banyak jenis
rangsangan yang dapat memberikan dorongan terakhir untuk membentuk jaringan
saraf . Kedua, sinyal induktif dapat bertindak dengan inhibisa - yaitu ,
biasanya dapat mengganggu dengan yang program penghambatan blok standar sinyal
. Dalam kasus induksi axis, ini berarti bahwa sel-sel embrio vertebrata setelah
transisi midblastula mengembangkan dasar-dasar organ dorsal kecuali mereka
diberitahu berbeda ( gbr. 12.26 : Hemmati - brivanlou dan melton , 1997) . Yang
terakhir mungkin terjadi oleh sinyal yang menghambat pengembangan dorsal dan
mempromosikan pembangunan ventral gantinya. Axis induksi dapat mengganggu
sinyal penghambatan ini , sehingga melepaskan –dengan disinhibisi - program
default pembangunan dorsal . Gangguan tersebut dengan berbagai sinyal
penghambatan bisa saja dilakukan, tidak perlu spesifik , rangsangan .
No comments:
Post a Comment