Dalam laporan awal artikel Human Genome Project yang dimuat di jurnal terkemuka dunia, Nature tahun
2011, oleh satu konsorsium melibatkan 20 kelompok peneliti dari 6 negara besar mengemukakan “it is has
not escaped our notice that the more we learn about the human genome, the more there is to explore.”
‘Tidak luput dari perhatian kami bahwa semakin banyak kita pelajari tentang genom manusia, semakin
banyak pula harus kita eksplorasi.” Ungkapan yang mirip dengan kalimat yang amat terkenal disampaikan
pertama kali oleh Watson dan Crick dalam artikel “Struktur DNA” di jurnal yang sama, tahun 1953 “It has
not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying
mechanism for the genetic material.” “Tidak luput dari perhatian kami bahwa pasangan basa spesifik yang
kami postulasikan dapat menjelaskan mekanisme replikasi materi genetik.” Kalimat yang diungkapkan ini
menjadi batu loncatan perkembangan ilmu biologi molekuler, bukan mega proyek yang mengungkapkan
berbagai mekanisme kejadian patobiologi pada tingkat genom, melainkan kemajuan pengetahuan yang
akhirnya sampai pada tingkat pengetahuan “EPIGENETIK”, yang menjelaskan semua perubahan ekspresi
gen yang mendasari perubahan fenotipe penyakit tanpa mengubah sekuensi gen, sampai pada diferensiasi
stem cell.
EPIGENETIK yaitu hasil perkembangan penelusuran genom yang belum lengkap, sehingga “ILMU BARU
GENETIK’ pantas disandang oleh “EPIGENETIK” , untuk menjelaskan permasalahan yang tidak dapat
diungkapkan oleh “ILMU GENETIK”. Oleh sebab itu, perubahan fenotipe pada tingkat stem cell, tidak luput
dari pengaruh dinamika lanskap epigenetik. Sehingga mekanisme stem cell baik pluripotensi, diferensiasi,
dediferensiasi, reprogramming, yang merupakan bagian plastisitas stem cell dapat dijelaskan, dan menjadi
landasan dalam pengembangan terapi stem cell untuk proses perbaikan dan regenerasi jaringan yang rusak
akibat proses penyakit neurodegeneratif, seperti penyakit kardiovaskuler, stroke, diabetes melitus, dan
penyakit Alzheimer.
Setiap organisme hidup yang bermukim di muka
bumi; manusia, hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi
atau mikroorganisme dibentuk oleh sel. Sel yaitu
unit dasar biologik, sebab sel mampu tumbuh dan
berkembang biak, memperbanyak diri, berespon
terhadap stimuli serta beradaptasi terhadap
lingkungan. Hal ini menunjukkan sel bersifat
dinamis dan mampu menyesuaikan diri terhadap
lingkungan mikro (niche). sebab itu, sel disebut
sebagai pembentuk kehidupan makluk hidup.
Pemahaman sel sebagai unsur pembentuk organ
tubuh yang menunjang kehidupan didasarkan atas
penemuan sel pada tahun 1665. Ilmuwan Inggris
Robert Hooke, seorang kurator instrumen di Royal
Society, London pertama kali mengamati potongan
gabus di bawah mikroskop hasil ciptaannya dengan
pembesaran 30 x. Beliau mengamati bagian kecil
gabus tersusun menyerupai sarang lebah, sehingga ia
menamakannya sebagai cell, dalam bahasa Latin,
cellula, berarti “ruang kecil.” Penemuan Hooke
dituliskan dalam buku “Micrographia” hasil
pengamatan berbagai miniatur objek mulai dari sel
hingga berbagai serangga kecil, dengan tujuan untuk
membuka cakrawala pemikiran dibawah objek yang
tidak terlihat.1
Beberapa tahun kemudian, Antonie van
Leeuwenhook, seorang pedagang tekstil dari
Belanda, menciptakan sebuah lensa mikroskop
dengan pembesar 300 x. Dengan pembesaran lensa
yang lebih superior, van Leeuwenhook dapat
mengamati sel hidup, termasuk bakteri, sel darah, sel
sperma, berbagai organisme bersel tunggal seperti
protozoa dan algae. Meskipun beliau sanggup
mengamati sel hidup, struktur sel secara detail
belum mampu diungkapkan pada abad ke-17. Pada
abad ke 19, baru ditemukan mikroskop kombinasi
menggabungkan pembesaran pada lensa pengamatan
terhadap lensa objektif dan lensa okular, sehingga
didapati pembesaran yang lebih jelas dan besar.
Namun, kontribusi penemuan mikroskop pertama
oleh Hooke meletakkan dasar bagi pengembangan
penemuan yang lebih baik. sebab itu, untuk
memperingati 350 tahun penemuan sel oleh Robert
Hooke, the Royal Society, London, mengadakan
seminar Cell – dari Robert Hooke hingga terapi
stem cell –diadakan tanggal 5-6 Oktober 2015.
Dalam pertemuan yang dihadiri para ilmuwan, saya
diundang untuk menyaksikan betapa besar pengaruh
selama perjalanan 350 tahun terhadap pemahaman
sel hingga stem cell yang digunakan dalam terapi
untuk menyembuhkan penyakit yang sulit
disembuhkan melalui obat-obatan.
Untuk mengetahui bagaimana sel digunakan sebagai
pemahaman awal hingga pada tingkat pemahaman
stem cell, perlu diketahui tentang teori sel hingga
anatomi dan fungsi sel.
Teori sel pertama kali dikemukakan oleh Matthias
Schleiden berdasar pengamatan bahwa semua
jaringan tumbuh-tumbuhan disusun oleh sel dan
tumbuhan embrio dibentuk oleh sel tunggal. Hasil
pengamatan beliau dikonfirmasi oleh ahli sel Jerman
yaitu Theodore Schwann pada jaringan hewan. Hal
ini menunjukkan bahwa baik sel tumbuh-tumbuhan
maupun sel hewan dibentuk oleh sel. Dari hasil
pengamatan ini, disusun postulasi oleh Schwann
bahwa semua organisme tersusun atas satu atau lebih
sel dan sel yaitu unit dasar pembentuk semua
organisme hidup. berdasar pengamatan oleh
Robert Brown bahwa di dalam setiap sel tumbuh-
tumbuhan didapati struktur bulat di dalamnya yang
dinamakan nukleus, maka Karl Nagali
menambahkan bahwa sel mampu membelah. sebab
itu, Rudolf Virchow tahun 1855 menyatakan bahwa
sel dibentuk oleh hasil pembelahan sel sebelumnya.
Dalam bahasa Latin dikenal dengan sebutan : omnis
cellula e cellula.
Sebagai unit dasar pembentuk organisme dan
reproduksi, sel bersifat amat dinamis, baik struktur
yang beragam, dari bentuk spiral pada bakteri
Treponema hingga berbentuk cakram pada sel darah
merah manusia. Bentuk sel dapat memberi
gambaran fungsi. Sel saraf manusia bercabang
memberi petunjuk bahwa sel ini berinteraksi dengan
berbagai sel saraf (neuron) lain.
Dengan perkembangan teknologi yang amat pesat
dalam abad ke 21 ini, maka dapat diciptakan
berbagai jenis mikroskop baik mikroskop optik
(cahaya), yang mampu mengamati sel hidup hingga
beresolusi 200 nanometer, mikroskop elektron
mampu mengamati sel hingga 100.000 x
pembesaran.
Dengan memakai mikroskop elektron trasmisi,
dapat diukur besarnya struktur sel dalam skala 100
nanometer. Dengan mikroskop elektron voltase
tinggi, dapat dipelajari struktur subseluler dengan
ketebalan 1m. Untuk menampakkan permukaan sel
dan organel, dibutuhkan mikroskop elektron
scanning. Dengan mikroskop elektron transmisi
dapat diamati membran retikulum endoplasmik di
dalam sitoplasma dalam bentuk dua dimensi
sedangkan mikroskop elektron scanning dapat
menampakkannya dalam bentuk tiga dimensi,
sehingga struktur subseluler tampak lebih nyata.
Bagaimana sel melaksanakan fungsi pertumbuhan
yang bersifat dinamis ? Apa yang terkandung dalam
struktur sel yang memberi kemungkinan
tersebut? Bentuk molekul apa yang memberi
replikasi yang amat akurat dan tak terbatas sehingga
dapat mengarahkan perkembangan organisme dan
kehidupan sel ? Jawaban terhadap pertanyaan ini
mulai muncul tahun 1940-an, saat ilmuwan
menemukan bahwa informasi genetik terutama
berfungsi sebagai instruksi pembentuk protein.
sebab protein yaitu unsur pembentuk sel,
membentuk enzim yang mengkatalisis reaksi kimia
sel, mengatur ekspresi gen, memungkinkan
komunikasi antara satu sel dengan sel lain sehingga
timbul proses pergerakan.
Informasi genetik hasil pengamatan pada akhir abad
19 dilaksanakan oleh kromosom, struktur seperti
benang di dalam nukleus sel eukariot yang dapat
dilihat di bawah mikroskop cahaya saat sel
Stem Cell Epigenetik
3
mengalami pembelahan, pertama kali dilaporkan
oleh ahli biologi Jerma Walther Flemming. Beliau
menyebut proses pembelahan sel sebagai mitosis,
yang berasal dari kata Yunani berarti benang.
Hasil analisis biokimia mendapatkan bahwa
kromosom terdiri dari asam deoksiribonukleat dan
protein. Tahun 1930, DNA telah dikenal tersusun
oleh 4 nukleotida, sedangkan protein tersusun oleh
20 asam amino yang berbeda. Sebenarnya hingga
pertengahan abad ke 20, masih ada pemikiran
bahwa protein yaitu pembawa informasi genetik
sebab merupakan komponen nukleas satu-satunya
yang memiliki beragam komponen yang bersesuaian
dengan beragam gen.
Dalam studi bakteria yang dilaporkan ahli biokimia
dari Kanada, Oswald Avery Collin McLeod dan
ilmuwan Amerika Maclyn McCarty, sama –sama
bekerja di Univeristas Rockefeller, mendapatkan
bahwa DNA dapat mentransformasikan strain
bakteri nonpatogen menjadi strain patogen. Delapan
tahun kemudian, Alfred Hersley dan Martha Chase,
ahli biokimia Amerika, menunjukkan bahwa DNA,
bukan protein, masuk ke dalam sel bakteri saat
terinfeksi dan secara genetik diubah oleh virus.
Tahun 1940, George Beadle dan Edward Tatum,
bekerja memakai Neurospora crassa,
merumuskan konsep “satu gen –satu enzim” yaitu
satu gen mengatur pembentukan protein.
Dari pemaparan di atas, telah ditemukan bahwa
DNA yaitu pembawa informasi genetik, namun
belum diketahui bagaimana informasi ini dicopy dan
dihantarkan dari satu sel ke sel lain. Tahun 1953,
misteri ini dapat dipecahkan melalui penjelasan
James Watson dan Francis Crick, yaitu ditemukan
struktur DNA, dengan memakai X-ray
crystallography yang dihasilkan Rosalind Franklin.
Dengan diketahui bahwa DNA tersusun atas untain
ganda (double helix), maka problem tentang cara
replikasi molekul dapat diketahui. Satu untaian DNA
saling berkomplementer dan terpilin satu sama lain
dengan pasangan basa di dalamnya dan ditopang
oleh sugar phosphate.
Tahun 1960 ditemukan enzim polymerase yang
mensintesa DNA dan RNA dan diketahui “kode
genetik” yang mengemukakan hubungan urutan
nukleotida di dalam DNA atau RNA dan urutam
asam amino di dalam protein. Ahli biokimia Jacques
Monod dan ahli Genetika Francois Jacob
mengemukakan mekanisme yang mendasari
pengaturan ekspresi gen pada bakteri.
Setelah penemuan struktur DNA tahun 1953, Francis
Crick menyampaikan model informasi genetika yang
dinamakan sebagai dogma sentral biologi molekuler.
Informasi genetik melibatkan replikasi DNA untuk
menghasilkan dua copy identik, yaitu dua untaian
ganda (double helix) yang saling komplementer.
saat terjadi proses transkripsi, kedua untaian DNA
terbuka oleh enzim helicase polymerase DNA
seperti terbukanya zigzag untaian DNA. Untaian
induk akan menjadi “template” bagi untaian baru,
dengan demikian akan terbentuk dua untaian baru.
Proses pembentukan dua untaian baru DNA yang
berlangsung secara semikonservatif, dimana satu
untaian menjadi cetakan bagi pembentukan untaian
baru merupakan suatu proses replikasi DNA.
Sedangkan informasi transkripsi dari DNA dalam
pembentukan RNA dan translasi informasi RNA
menjadi protein yaitu proses untuk pembentukan
sel. Transkripsi menunjukkan bahwa sintesis RNA
memakai DNA sebagai template, sebab
ekspresi gen hanya berupa pemindahan informasi
dari satu asam nukleat menjadi yang lain. Sedangkan
dari asam nukleat menjadi urutan molekul RNA
yaitu urutan asam amino dari rantai polipeptida
dilaksanakan melalui proses translasi.
Dari pemaparan di atas, dapat dipahami bahwa sel
sebagai unit dasar pembentuk kehidupan dibentuk
dari informasi genetik yang terkandung di dalam
DNA, yang ada di dalam inti sel (nukleus),
maka dapat dikemukakan beberapa sifat dasar sel
yang menunjang kehidupan :
1. Sel yaitu struktur yang kompleks
Meskipun seluruh sel tubuh dibentuk dengan
informasi genetik yang sama, fungsi msing-masing
sel mengemban tugas berbeda. Misalnya, sel jantung
seperti kardiomiosit berfungsi untuk berdenyut.
Dengan kesatuan sel membentuk jaringan jantung,
berarti sel jantung berfungsi sebagai pompa untuk
memompakan darah ke seluruh tubuh. Sedangkan
sel epitel usus yang melapisi usus tersusun dengan
sangat rapat menyerupai susunan batu bata berfungsi
mengabsorpsi nutrien makanan, sebab pada ujung
(apical sel) ada mikrovili yang memudahkan
proses absorpsi. Pada bagian basal (bawah) sel usus
ini memiliki beberapa besar mitokondria yang
memberi energi untuk kebutuhan proses
transportasi membran, sebab masing-masing
Replikasi DNA DNA RNA Protein
Transkripsi Translasi
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
4
mitokondrion tersusun atas beberapa protein,
termasuk enzim yang mensintesis ATP (adenosin
trifosfat). sebab itu, struktur sel yang berbeda
mengemban fungsi yang berbeda pula.
2. Sel memiliki program genetik
Pembentukan sel yaitu berasal dari informasi
genetik, yang tersimpan di dalam satu set kromosom
yang menempati ruangan inti sel. Gen yaitu unit
terkecil penyimpan informasi genetik sebagai
blueprint pembentuk struktur sel. Program
pembentukan sel tersimpan dalam bentuk faktor
transkripsi, menghasilkan berbagai bentuk sel
berbeda, untuk mengemban tugas berbeda dalam
jaringan berbeda, seperti diuraikan di atas. Sel
jantung berfungsi untuk berdenyut, sel usus sebagai
pengabsorpsi makanan.
3. Sel dapat berproliferasi untuk memperbanyak
diri dan berdiferensiasi
Melalui proses pembelahan, satu sel induk
menghasilkan dua sel anak. Pembelahan secara
simetrik menghasilkan dua sel anak dengan volume
yang hampir sama. Juga ada pembelahan
asimetrik, dimana satu sel induk menghasilkan satu
sel induk baru disebut proliferasi dan satu sel anak
yang akan berdiferensiasi membentuk sel yang sama
sesuai dengan lingkungan mikro sel anak ini berada.
Plastisitas sel ini merupakan salah satu upaya sel
untuk menggantikan sel yang mengalami kerusakan,
melalui proses regenerasi.
4. Sel dapat menghasilkan dan memakai energi
Sumber energi yang diperoleh dari sinar matahari
dapat disimpan melalui pigmen pengabsorpsi cahaya
yang berada di dalam membran sel fotosintesis.
Energi cahaya diubah menjadi energi kimia melalui
proses fotosintesis, disimpan dalam bentuk sukrosa,
karbohidrat kaya energi. Pada manusia, glukosa
yang disimpan di dalam hati masuk ke dalam darah
untuk memberi energi kimia bagi semua sel
tubuh, Di dalam sel tubuh, energy ini disimpan
dalam bentuk ATP, yang digunakan dalam bentuk
energi.
5. Sel melaksanakan fungsi reaksi kimia
Sel mampu melaksanakan berbagai fungsi
transfomasi kimia sebab adanya enzim. Enzim
dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia.
Metabolisme sel menggambarkan besarnya reaksi
kimia yang terjadi di dalam sel. Semakin besar
metabolisme yang diemban oleh sel, semakin besar
pula reaksi kimia terjadi.
6. Sel mampu melakukan berbagai aktivitas sel
Sel bersifat dinamik dalam fungsi atau aktivitasnya.
Perubahan mekanik terjadi di dalam sel diawali
perubahan bentuk protein sebagai motor penggerak.
Protein penggerak hanya merupakan salah satu tipe
mesin molekul penggerak sel dalam melaksanakan
aktivitas mekanik.
7. Sel mampu memberi respon terhadap stimuli
Sel memiliki reseptor terhadap hormone, faktor
pertumbuhan, dan materi ekstraseluler dan substansi
dari sel lain. sebab itu, sel dapat memberi
respon melalui sel reseptor terhadap rangsangan
yang mengubah aktivitas metabolisme, pembelahan
sel dan pergerakan serta bunuh diri.
8. Sel mampu mengatur sendiri
Bukti pengaturan sel dapat dilihat saat terjadi
kerusakan. Kegagalan koreksi pada tingkat sel dapat
terjadi akibat kegagalan duplikasi pada DNA,
sehingga terjadi mutasi, yang memicu
gangguan pada pengaturan pertumbuhan sel yang
dapat berubah menjadi sel kanker. sebab itu, semua
informasi dari sel berada di dalam asam nukleat,
yang menghasilkan protein yang membentuk sel.
9. Sel dapat berkembang
Perkembangan sel dapat dilihat dari struktur yang
berbeda antara sel yang lebih sederhana, seperti sel
prokariotik pada bakteri. Sel yang lebih kompleks
seperti sel eukariotik, termasuk gunfi, tumbuh-
tumbuhan, dan hewan. Sel prokariotik pertama kali
muncul dimuka dibumi sekitar 2,7 miliar tahun yang
lalu, seperti pada mikroba yang telah menjadi fosil,
termasuk sianobakteri. Sedangkan sel eukariotik
diperkirakan telah ada di bumi lebih dari 1 miliar
tahun lalu.
PEMBELAHAN SEL
Jumlah sel dalam tubuh seseorang kurang lebih 100
trilion sel. Pertumbuhan dan reproduksi yaitu sifat
dasar semua makluk hidup. saat protein, asam
nukleat, karbohidrat, dan lipid dibentuk yang baru,
volume sel bertambah, membran plasma
mengembang untuk mencegah sel pecah. Namun,
ukuran pertambahan sel mencapai satu ukuran
maksimal saat sel terus tumbuh berkembang,
hingga rasio permukaan dan volume mengecil
Stem Cell Epigenetik
5
dengan kapasitas pertumbuhan dipengaruhi
lingkungan.1 sebab itu, pertumbuhan sel diikuti
dengan pembelahan, dengan menghasilkan dua sel
anak (Gambar 1).
Gambar 1. Skema pembelahan mitosis dari satu sel induk
menghasilkan dua sel anak melalui proses replikasi DNA
secara semikonservatif. Pembelahan meiosis yaitu
pembelahan dari satu sel induk disebut stem cell yang
berada di dalam zigot dapat membelah menjadi satu sel
induk lain dan sel anak. Proses pembelahan dari satu sel
induk menjadi sel induk lain disebut proliferasi untuk
mempertahanakn identitas sel sedangkan sel anak akan
berdiferensiasi membentuk sel lain sesuai dengan
lingkungan mikro, bertujuan untuk proses regenerasi.
Siklus sel
Siklus sel dimulai saat dua sel baru yang dibentuk
dari hasil pembelahan satu sel induk dan berakhir
saat salah satu sel anak membelah menjadi dua
sel. Keseluruhan siklus pembelahan sel dapat terjadi
di dalam tubuh atau pada piring kultur.
Siklus sel dibagi atas 2 fase berdasar aktivitas sel
yang tampak di bawah mikroskop cahaya yaitu fase
M dan interfase. Fase M terjadi saat terjadi proses
pembelahan nukleus diikuti pembelahan sitoplasma.
Pembelahan nukleus disebut mitosis (Gambar 2),
dan pembelahan sitoplasma dikenal sebagai
pembelahan menghasilkan dua sel anak disebut
sitokinesis. Sedangkan interfase yaitu periode di
antara pembelahan sel, yaitu terjadi pertumbuhan sel
sebab adanya aktivitas metabolik, yang berlangsung
dalam hitungan hari, minggu atau lebih lama,
bergantung pada tipe dan kondisi sel.
Inti pembelahan mitosis ada di dalam
kromosom. Mitosis diawali dengan kondensasi
kromosom yaitu melingkar dan melipat dari
kromatin sel (Gambar 3).1 yang membentuk
kromosom yang dapat dilihat di bawah mikroskop
cahaya.
Gambar 2. Empat fase siklus sel. Fase G (gaps)
memisahkan kejadian pada fase S dengan fase M. G1
yaitu gap antara fase M dan fase S, sedangkan G2 gap
antara fase S dan fase M.
Dua kromosom yang terbentuk dari hasil
pembelahan dikenal sister chromatid. Kromatid
membentuk mitotic spindle yang dapat terpisah
membentuk dua kromosom sebab saling bergerak
ke arah berlawanan. saat proses mitosis telah
selesai, diikuti sitokinesis membentuk dua sel anak.
Secara rinci, fase M terdiri dari 5 fase. Awal mitosis
dikenal sebagai profase, saat kromosom
berkondensasi pada satu tempat yan dapat dilihat di
bawah mikroskop cahaya. sebab molekul DNA
kromosom telah mengalami replikasi pada fase S,
kromosom profase tersusun atas dua sister
chromatid, melekat kuat satu sama lain. Pada awal
profase, sentrosom yang mengalami duplikasi pada
fase S mulai terpisah satu sama lain dan bergerak ke
arah berlawanan dari nukleus dan kedua kromosom
tersusun atas dua sister chromatid. Pada fase
prometaphase, sister chromatid melekat pada mitotic
spindle, suatu microtubule pada pada kedua kutub.
Terjadi fragmentasi membran nukleus envelope.
Fase metaphase terjadi saat sister chromatid
melekat pada kutub berlawanan dari spindle. Kohesi
sister chromatid terlepas sehingga terbentuk fase
anafase, yang memisahkan sister chromatid. Fase
anafase merupakan fase paling singkat, berlangsung
beberapa menit. Spindle atau benang kromatin yang
terpisah namun kromosom menyatu dalam satu
nuklei yang terpisah dikenal fase telofase. Pada fase
ini, krosomom anak telah mencapai kutub spindle.
Pada sitokinesis, sel terpisah menjadi dua, sehingga
terbentuk dua nuklei yang mewarisi satu dari dua
nuklei (Gambar 4). 2
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
6
Gambar 3. Siklus sel eukariotik. (a) Fase M (mitotik), fase pembelahan sel merupakan fase terdiri dari proses saling
tumpang tindih antara mitosis dan sitokinesis. Pada mitosis, benang mitotik berkumpul dari kromosom kondensasi
menjadi dua nuklei sel anak ; sedangkan pada sitokinesis, sitoplasma membelah menjadi dua sel anak yang identik. (b)
Antara pembelahan. Sel dalam interfase, yaitu saat fase S (antara replikasi nukleus DNA) dan dua fase “gap” yaitu G1
dan G2. Sel mengalami pertumbuhan sepanjang interfase, sebab aktivitas metabolik tinggi.
________________________Hardin J and Bertoni G. Becker’s world of the cell. The cell cycle and mitosis. 9 ed. Pearson Education, Inc. , USA 2016;
p. 714- 745.
Gambar 4. Fase M (mitosis) terbagi atas 5 fase; profase, prometafase, metafase, anafase, dan telofase. Pada masa transisi
metafase ke anafase, terjadi perubahan biokimiawi yang cepat. Sel bisa berhenti pada metafase sebelum masa transisi ini,
tetapi jika fase ini bisa dilewati, proses mitosis dapat berakhir pada seluruh fase termasuk sitokinesis dan masuk ke
interfase.
________________________Alberts B et eds. Molecular biology of the cell. 5 ed. Gardland Science. 2008, p. 1053-1114.
Stem Cell Epigenetik
7
Pada sel mamalia, fase M hanya berlangsung kurang
dari 1 jam. Fase interfase berlangsung jauh lebih
lama, meliputi fase S (Sintesis), fase G1 terjadi
sebelum fase S, dan G2 memisahkan fase S dengan
fase M berikutnya (Gambar 3). 1
Seluruh siklus sel di dalam kultur pada sel mamalia
berlangsung 18-24 jam. Dengan diketahui waktu
siklus total, maka dapat ditentukan waktu masing-
masing fase berlangsung. Sel dipaparkan secara
radioaktif dengan DNA diberi label radioaktif (3H-
thymidine) dalam waktu singkat, dan diperiksa di
bawah autoradiografi. Dengan pemeriksaan
radioaktif ini, biasanya fase S pada kultur
berlangsung sekitar 0.33, artinya panjang fase S 6-8
jam. Fase M dapat ditentukan dari perkalian
lamanya waktu total dengan persentase sel pada
masa pembelahan. Persentase ini disebut indeks
mitotik. Indeks mitotik untuk sel mamalia berkisar
3-5% artinya fase M berlangsung 30-45 menit.
Dengan mempelajari siklus sel dari sel normal atau
sel kanker yang diisolasikan dan ditumbuhkan di
dalam piring kultur plastik dengan media kultur
yang diberi nutrisi dan faktor lain, maka dapat
dipelajari fase pembelahan (Gambar 5). 2 Contoh, sel
fibroblast manusia akan berhenti pembelahan secara
permanen setelah 25-40 kali proses pembelahan,
suatu proses dikenal sebagai replicatve cell
senescence.
Gambar 5. Sel mamalia berproliferasi di dalam kultur. Sel
fibroblast tikus dilihat di mikroskop elektron.
________________________Alberts B et eds. Molecular biology of the cell. 5 ed.
Gardland Science. 2008, p. 1053-1114.
Fase G1 bergantung pada tipe sel, umumnya
berlangsung 8-10 jam. Selama fase G1, ditentukan
kapan sel membelah lagi. Pada fase G1, sel
menunggu signal yang memicu masuknya kembali
ke siklus sel. Masa ini dikenal sebagai fase G0 (G
zero). Sel yang keluar dari siklus sel mengalami
diferensiasi terminal, berarti sel tidak membelah
lagi; seperti sel saraf, dengan daya diferensiasi
rendah. Ada sel yang terhenti membelah pada G2.
Namun, waktu G2 lebih pendek daripada G1 dan
lebih seragam, biasanya berlangsung 4-6 jam.
Selain pemakaian mikroskop elektron untuk
mengetahui proliferasi siklus ada media kultur.
Sintesis DNA dapat dipelajari memakai
analog timidin, sebagai pengganti timidin
radioaktif. Sel diinkubasi selama fase S dengan 5-
bromodeoxyuridine (BrdU) atau 5-ethynyl-
2′- deoxyuridine (EdU), yang masuk ke dalam
DNA. Dengan mikroskop fluorescence dan
pewarnaan immunostaining (jika memakai
BrdU) atau reaksi kimia jika memakai EdU,
dapat ditentukan sintesis DNA dalam siklus sel. 1
Sebagai implikasi yaitu pemahaman proses
regenerasi pada sel. Misalnya, dengan
memakai kultur sel kardiomiosit (sel otot
jantung) di dalam media kultur secara in vitro,
dan ditambahkan sejenis protein parakrin,
C3orf58, suatu hypoxia and Akt induced stem cell
factor (HASF) yang baru dihasilkan mesenchymal
stem cell, Beigi et al., mengubah siklus sel
kardiomiosit yang bersifat dormant sesudah lahir
menjadi sel yang mampu masuk ke dalam siklus
sel dengan sintesis DNA meningkat sebesar 60%,
diukur memakai bromodeocyuridine (BrdU)
(Gambar 6). 3
Dari hasil pemeriksaan kardiomiosit neonatal
secara in vitro, peneliti melanjutkan penelitian
pada hewan coba mencit secara in vivo
memakai overekspresi HASF. Mencit wild
type (WT) (sham operated) sebagai kontrol atau
mencit transgenic(Tg) overekspresi HASF yang
telah dilakukan infark miokard atau injuri pada
kardiomiosit, disuntikan EdU or BrdU secara
intraperitoneal untuk mengukur sintesis DNA dua
hari setelah pembedahan. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa sintesis DNA meningkat
secara signifikan pada kardiomiosit dewasa pada
mencit overekspresi HASF dibandingkan dengan
mencit wild type (infark miokard sebesar 54%)
dengan nilai p< 0.05 (Gambar 7). 3
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
8
Gambar 6. HASF meningkatkan sintesis DNA pada
kardiomiosit neonatal secara in vitro. A, Ambilan BrdU
oleh kardiomiosit neonatal diukur dengan ELISA . FGF1
(5,8 nmol/L) sebagai kontrol positif. B, Image
representatif kardiomiosit BrdU+ dengan atau tanpa
pengobatan hypoxia and Akt induced stem cell factor
(HASF) dilihat di bawah mikrokop konfokal. Pembesaran
dapat dilihat pada gambar inset di sebelah kanan. C,
perhitungan kardiomiosit neonatal BrdU +cTnT + 7 hari
setelah pengobatan dengan HASF. Cardiac troponin T
(cTnT; merah), BrdU (hijau), dan nuclear 4',6-diamidino-
2-phenylindole (biru). *P<0.05 versus tidak diberi
pengobatan.
________________________Beigi F, Schmeckpeper J, Pow-anpongkul P, Payne
JA, Zhang L, Zhang Z, Huang J, Mirotsou M, Dzau VJ. C3orf58,
a novel paracrine protein, stimulates cardiomyocyte cell-cycle
progression through the PI3K–AKT–CDK7 pathway. Circ Res.
2013;113:372-380.
Selain itu, siklus sel juga dapat dipelajari dengan alat
flow cytometry. Flow cytometry yaitu suatu teknik
pengukuran (metry) terhadap sifat sel (cyto) saat
sel bergerak di dalam aliran cairan (flow).4
Pemeriksaan ini juga memungkinkan analisis kimia
pada satu sel. 1 Proses pemisahan sel dengan
memakai pewarna fluorescence atau antibody
dengan flow cytometry dikenal sebagai
fluorescence-activated cell sorting (FACS). Dengan
memakai FACS Calibur, saya dapat
mempelajari marker stem cell endotel yaitu CD34+
sebagai antigen. Dengan memakai monoclonal
antibody, memungkinkan pemeriksaan stem cell
CD34+ seseorang, sehingga saya dapat mengetahui
kapasitas regeneratif stem sel.
Gambar 7. Hypoxia and Akt induced stem cell factor
(HASF) menginduksi sintesis DNA pada kardiomiosit
dewasa secara in vivo. A. Image representatif jaringan
jantung dewasa pada area peri-infark 2 minggu pasca
infark miokard (MI) dilihat di bawah mikroskop konfokal
(Å~40), menunjukkan proliferasi kardiomiosit cTnT+
9panah putih) dan proliferasi cTnTneg nonkardiomiosit
(panah kuning). Contoh kardiomiosit proliferasi (kotak)
dapat dilihat pada nset yang diperbesar di bawah. 5-
ethynyl-2′-deoxyuridine (EdU) (merah), cardiac troponin
T (cTnT; hijau) dan lamini (Lam; biru). B, perhitungan
jumlah total EdU+ atau BrdU + dari kardiomiosit cTnT+
yang berproliferasi. ‡P≤0.05 for ‡Tg versus WT untuk
efek pengobatan for dan *P≤0.05 untuk Tg-MI versus
WT-MI.
________________________Beigi F, Schmeckpeper J, Pow-anpongkul P, Payne
JA, Zhang L, Zhang Z, Huang J, Mirotsou M, Dzau VJ. C3orf58,
a novel paracrine protein, stimulates cardiomyocyte cell-cycle
progression through the PI3K–AKT–CDK7 pathway. Circ Res.
2013;113:372-380.
Stem Cell Epigenetik
9
STEM CELL
Sel membentuk berbagai jaringan tubuh dapat
menjalankan berbagai fungsi berbeda. Misalnya, sel
saraf mengirimkan sinyal elektrik, sel retina
berespon terhadap cahaya. Sel tulang sebagai
penyangga tubuh dan mengatur kadar kalsium, sel
darah merah mengangkut oksigen, dan sel otot
berfungsi untuk pergerakan.
Apa yang membedakan stem cell dari sel. Apa yang
membuat sel dalam berbagai jaringan memiliki
fungsi yang berbeda dengan proses siklus sel yang
sama ? Mengapa hal ini bisa terjadi ?
Semua jenis sel didalam tubuh berasal dari stem cell
selama proses perkembangan fetus. ada tiga
sifat yang membedakan stem cell dengan sel :
1. Mampu memperbanyak diri (self renewal)
dan berdiferensiasi menghasilkan sel anak.
2. Dalam kondisi tidak berdiferensiasi
(unspecialized).
3. Dapat berdiferensiasi menjadi jenis sel lain
dalam kondisi sesuai. 5
Dengan sifat ini, stem cell merupakan sumber
pengganti sel dengan potensi mengobati berbagai
penyakit pada manusia. Misalnya, ada dua juta
stem cell di dalam sumsum tulang membelah setiap
detik untuk mempertahankan jumlah sel darah
merah yang memadai di dalam tubuh. 1 Stem cell
berada di dalam “niche” atau lingkungan mikro
jaringan seperti di sumsum tulang dalam kondisi
“diam” atau “dormant”, namun dapat diaktivasi
masuk ke dalam siklus sel atau setelah mengalami
injuri. 6,7
Meskipun pemakaian stem cell baru berkembang
dalam satu atau lebih dekade ini, stem cell sebenarnya
telah dikenal lebih dari satu abad yang lalu oleh
Alexander A. Moximow. 8 Dalam 2 dekade ini,
embryonic human stem cell dapat dikultur di luar tubuh
sehingga dapat dipelajari perilaku stem cell, dilakukan
rekayasa genetik atau diubah menjadi tipe sel lain
dengan faktor kimia, sehingga dapat digunakan sebagai
awal perkembangan terapi stem cell. 9
Telah diketahui bahwa stem cell bersifat self
renewal, berproliferasi untuk memperbanyak diri
dan berdiferensiasi, sebab stem cell sendiri dalam
kondisi undifferentiated. Hanya saja, perlu diketahui
bahwa stem cell pada tahap perkembangan yang
berbeda memiliki kapasitas self renewal dan
diferensiasi berbeda. sebab itu, jenis stem cell
mana terbaik digunakan dalam aplikasi klinis masih
menimbulkan perdebatan.
Gambar 8. Sel niche (hijau) ada di basement membrane memberi signal ke stem cell (merah) untuk memblok
diferensiasi dan mengatur pembelahan. Jika mekanisme lineage dominan (sel mitotik rendah), stem cell membelah
dengan satu sel anak berhubungan dengan niche, sedangkan sel lain (kuning) mengadakan diferensiasi. saat
mekanisme populasi dominan (sel mitotic tinggi), pembelahan stem cell dapat berlangsung simetrik atau asimetrik (tidak
ditunjukan), bergantung pada faktor lokal. ECM, extracellular matrix.
________________________Spradling A, Drummond-Barbosa D, Kai T. Stem cells find their niche. Nature 2001; 414: 98-104.
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
10
JENIS STEM CELL
Tiga jenis stem cell yang telah digunakan dalam
penelitian : stem cell dewasa (adult stem cell), stem
cell embrio (embryonic stem cell, ESC) dan induced
pluripotent stem cell. Embryonic stem cell biasanya
berasal dari hasil invitro fertilization (IVF), atau
hasil fertilisasi secara in vitro dikenal sebagai bayi
tabung, yang disumbangkan untuk penelitian dengan
informed consent dari donor. ESC berasal dari inner
cell mass blastocyst yang memiliki sifat
pluripoten, artinya dapat membentuk ketiga lapisan
sel germinal, baik endoderm, mesoderm dan
ectoderm (Gambar 9). 10
Gambar 9. Embryonic stem cell berasal dari inner cell
mass blastocyst; sel yang menyusun inner cell mass
diisolasikan dan dikultur pada media kultur, dengan
selapis feeder cells.
________________________Gearhart J. New human embryonic stem-cell lines -
more is better. N Engl J Med 2004; 350: 1275-1276.
EMBRYONIC STEM CELL
Embryonic stem cell (ESC) pertama kali
diisolasikan dari mencit tahun 1981 oleh Martin
Evans, dan Kaufman yang diperoleh dari
blastocyst.11 ES lines yang dikultur di media
membuka lembaran baru untuk mendapatkan stem
cell pluripotent yang dapat menghasilkan semua
jenis tubuh. 12 Meskipun diferensiasi ESC ini dapat
membentuk tumor teratoma pada tempat ektopik,
namun lebih mudah dikontrol daripada sel
embryonic carcinoma. 13 Tahun 1998, James
Thomson melaporkan pertama kali penemuan
embryonic stem cell manusia dan sejak itu, terapi
stem cell mendapat perhatian dari para ilmuwan dan
publik. 9 Satu tim peneliti dari Advanced Cell
Techonology melaporkan bahwa transplantasi
memakai embryonic stem cell pluripoten yaitu
sel retinal pigment epithelial (RPE) pada pasien
dengan degenerasi makula mendapatkan perbaikan
tajam penglihatan 4 bulan tanpa pembentukan tumor
atau rejeksi imun. (Gambar 10). 14 Hasil penelitian
yang juga dilaporkan kelompok peneliti yang sama
mendapatkan keamanan pemakaian hESC jangka
panjang pada pasien dengan degenerasi makula dan
distrofi makula Stargardt. 15
sebab itu, embryonic stem cell dapat digunakan
dalam kedokteran regeneratif sebagai sumber sel
baru untuk berbagai penyakit yang memerlukan
perbaikan dan pergantian jaringan akibat hilangnya
atau disfungsi jaringan oleh berbagai penyakit
kronik 14,14
Optimisasi kultur human embryonic stem cell
(hESCs) lines atau embryonic stem cell manusia
secara in vitro telah mengalami perkembangan
dalam satu dekade ini. hESC semula dikultur
memakai media pertumbuhan mengandung
fetal calf serum atau derivat hewan lainnya, bersama
dengan selapis fibroblast sebagai “feeder” cell untuk
menopang faktor pertumbuhan (Gambar 9).10
pemakaian produk hewan menghalangi
pemakaian dalam terapi, sebab dikhawatirkan
adanya patogen hewan atau terkomtaminasi prion
selama kultur. sebab itu, dikembangkan serum
bukan produk hewan (xeno-free) malah media tanpa
serum (serum-free) yang digunakan sekarang agar
dapat digunakan dalam klinis. 16
Kardiomiosit yang diperoleh dari hESC, diisolasi
dari embryoid bodies melalui metode diseksi
mekanik atau enzimatik, 17 memperlihatkan
Stem Cell Epigenetik
11
morfologi kardiomiosit dewasa dengan struktur
sarkomerik dan ekspresi faktor transkriptor seperti
NK2 hoeobox 5 (Nkx2.5), GATA binding protein
(GATA-4), myocyte-specific enhancer factor 2C
(MEF2C). 18 Sel ini juga memperlihatkan aktivitas
denyutan spontan dengan potensial aksi atrium,
ventrikel dan nodal. 19,20 Dalam studi Manard et
al., mengggunakan ESC jantung mencit,
ditransplantasikan ke miokard domba dengan infark
mengalami diferensiasi menjadi kardiomiosit dan
meningkatkan fungsi jantung. 21 Penelitian Cai et al.,
melaporkan bahwa terjadi pembentukan graft
kardiomiosit dengan pemakaian kardiomiosit
diperoleh dari ESC pada mencit, memicu
perbaikan fungsi jantung dan pengurangan
remodeling, namun terjadi pebentukan teratoma,
tumor pada jantung. 22
Meskipun kapasitas ESC dapat berdiferensiasi
menjadi jantung, masalah etika dan kekhawatiran
biologik seperti pembentukan teratoma, dan
rejeksi graft, 23 menghalangi pemakaian terapi
embryonic stem cell pada pasien. 24 Pembentukan
teratoma mencegah pemakaian ESC dalam uji
klinis, meskipun dilakukan manipulasi ESC. 25,26
Belum ada satu uji klinis yang memakai
ESC pada penyakit kardiovaskuler sampai saat
ini. Namun dalam kurun waktu 2 dekade
belakangan ini, pemakaian adult stem cell telah
dilakukan pada beribu-ribu pasien dengan hasil
aman digunakan, sehingga memungkinkan uji
klinis fase II dan fase III. 24
Gambar 10. Tempat transplantasi hESC-RPE (human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelium) pada
pasien distrofi makula Stargardt. Foto fundus berwarna pada makula kiri sebelum dan sesudah operasi (A-C). Regio di
dalam kotak yaitu batas transplantasi yang dilakukan sesuai dengan tempat atrofi makula. (A) image makula dengan
RPE dan atrofi makula neurosensori sebelum operasi (baseline). Tampak berkurangnya pigmentasi, menunjukkan regio
atrofi RPE baseline. Pigmentasi ini meningkat pada minggu ke 6 sesudah operasi (C). (D-G) foto fundus berwarna dan
image SD-OCT pada baseline (D) dan bulan ke 3 setelah transplantasi (F). Image berwarna menunjukkan peningkatan
pigmentasi pada level RPE dari baseline ke bulan ke 3. Image SD-OCT (E,G) menunjukkan peningkatan pigmentasi pada
level RPE dengan engrafment RPE satu lapis normal, dan survival pada bulan ke 3 (panah) dekat regio membrane Bruch
tanpa RPE. hESC=human embryonic stem cells. RPE=retinal pigment epithelium. SD-OCT=spectral domain ocular
coherence tomography.
________________________Schwartz SD, Hubschman JP, Heilwell G, Franco-Cardenas V, Pan CK, Ostrick RM, Mickunas E, Gay R, Klimanskaya I,
Lanza R. Embryonic stem cell trials for macular degeneration: a preliminary report. Lancet 2012; 379: 713–20.
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
12
Gambar 11. Sumber stem cell digunakan untuk perbaikan fungsi jantung. Yang termasuk bone marrow-derived stem cell
mencakup hematopoietic stem cell, endothelial progenitor cell dan nonhematopoietic stem cell (mesenchymal stem cello,
dan unfractionized mononuclear cell.
________________________Sanganalmath SK, Bolli R. Cell therapy for heart failure. A comprehensive overview of experimental and clinical studies.
Current challenges, and future directions. Circ Res. 2013;113:810-834.
ADULT STEM CELL
BONE MARROW-DERIVED STEM CELL
Sumsum tulang mengandung adult stem cell;
hematopoietic stem cell dan nonhematopoietic stem
cell, yang berpotensi berdiferensiasi menjadi
fenotipe stem cell (Gambar 11). 24 Stem cell di
dalam sumsum mudah diperoleh baik dengan cara
sentrifugasi gradient atau mobilisasi, sehingga
banyak digunakan dalam penelitian preklinis dan
klinis. 24
Yang termasuk kelompok Bone Marrow-Derived
Stem Cell yaitu :
HEMATOPOIETIC STEM CELL
Hematopoietic stem cell (HSC) yaitu satu-satunya
sel di dalam sistem hematopoietik yang memiliki
sifat multipotensi dan self renewal. Multipotensi
berarti kemampuan berdiferensiasi menjadi seluruh
sel darah, sedangkan self-renewal yaitu
kemampuan untuk menghasilkan sel yang identik
Stem Cell Epigenetik
13
dengan HSC tanpa diferensiasi.27 Konsep
hematopoietic stem cell pertama kali disampaikan
oleh James Till dan Ernest McCulloch dari hasil
penelitian terhadap sistem regenerasi di dalam darah
mencit. 27
Darah merupakan komponen sel yang memiliki
daya regenerasi amat tinggi. Setiap hari sebanyak 1
trillion sel darah (1012) dihasilkan oleh sumsum
tulang. Namun para ahli anatomi memperhatikan
adanya morfologi sel dan tingkat diferensiasi yang
berbeda di dalam sel sumsum tulang. Dr. Alexander
Maximow, pertama sekali mengemukakan bahwa
keberagaman sel di dalam sumsum tulang berasal
dari proses hematopoiesis yang tersusun di dalam
satu sel prekursor dikenal sebagai hematopoietic
stem cell (HSC). Maka lahirlan istilah stem cell
tahun 1909, yang disampaikan ilmuwan Rusia ini. 28
Kejadian jatuhnya bom atom di Hiroshima dan
Nagasaki tahun 1945 memicu ratusan ribu
korban. Penelitian retrospektif menunjukkan bahwa
para korban meninggal dengan dosis radiasi terkecil
akibat gagal hematopoetik. Namun, banyak di
antara yang selamat menderita leukemia akibat
radiasi. Pengamatan dengan mikroskop
menunjukkan bahwa sumsum tulang normal bersifat
radiosensitif. 29 Ray Owen tahun 1945 mengamati
bahwa sapi kembar jantan yang memiliki satu
plasenta dapat saling membagi sel darah. 30
Pengamatan ini mendasari penelitian Medawar dan
Bellingham tahun 1953 yang mendapatkan graft
kulit pada kembar heterozigot dan homozigot
(identik) hampir dapat ditoleransi dalam sel
hematopoietik. Penemuan Medawar ini
menghantarkan beliau mendapat hadiah Nobel
bidang kedokteran tahun 1960. 30
Penelitian pada mencit tahun 1950 mendapatkan
bahwa sindroma radiasi dapat dicegah dengan
melindungi limpa dengan tembaga, 31 atau
menyuntikan sel limpa atau sumsum tulang.32,33.
Hasil penelitian membuka jalan perkembangan
transplantasi sel hemetopoetik. 30 Pengamatan Till
dan McCulloch tahun 1961 dari penelitian
memakai mencit yang diberi sel sumsum dari
mencit lain (alogenik) mendapatkan bahwa di dalam
limpa mencit resipien terbentuk koloni sel pada hari
ke 10. 34 Koloni sel dinamakan colony-forming cell
spleen (CFU-S) yang terdiri dari berbagai sel
diferensiasi. Till dan McCulloch mengusulkan
bahwa koloni sel ini yaitu hematopoietic stem cell,
sebab sel ini bersifat self-renewal dan mampu
menghasilkan semua jenis darah. 30 Penelitian
berikutnya membuktikan bahwa CFU-S yaitu sel
klonogenik tunggal, yang mampu menghasilkan
lebih banyak myeloerythroid colony-forming cells
pada mencit yang diradiasi dengan dosis subletal. 35
Penelitian secara in vivo dilanjutkan oleh Pluznik
dan Sachs, yang meneliti karakteristik HSC dan
mengidentifikasi growth factor yaitu G-CSF untuk
sel hematopoitik. Dalam perkembangan selanjutnya,
dapat diidentifikasi CD34 sebagai marker HSC dan
progenitor cells. 36
Weissman dan kolega memakai monoclonal
antibody mengisolasikan repopulating cells jangka
panjang pada mencit, 37 dan mendapatkan bahwa
stem cell ada di dalam satu populasi dengan
marker : c-Kit+, Thy-1.1, lineage marker neg, dan
Sca+ (KTLS). Populasi HSC ini bersifat
multilineage pada mencit sebab mampu melakukan
rekonstitusi jangka panjang (3 bulan) pada seluruh
sistem hematopoiesis pada mencit yang diberikan
penyinaran dosis mematikan meskipun jumlahnya
hanya 0.05% dari sel sumsum tulang. 30 Osawa et al.,
melakukan isolasi HSC mencit dengan efisiensi
cloning 90% secara in vitro dan memberi kepada
mencit yang telah mendapat penyinaran dosis letal,
juga mampu menginduksi hematopoiesis. 38
Hal yang sama terjadi pada manusia. Dengan
pemurnian HSC yang menunjukkan marker CD34+,
Thy+, Lin-, CD38- dan CD34RA-, diberikan kepada
mencit dengan gangguan imun berat (severe
combined immunodeficiency, SCID), mampu
menimbulkan hematopoiesis.27 Hal ini menunjukkan
bahwa populasi sel HSC manusia memiliki
kemampuan daya regenerasi meskipun sulit
menentukan efek jangka panjang. Struktur hierarki
perkembangan hematopoietik sebagai multipotensi
secara progresif mengalami keterbatasan (Gambar
12).30 Pada awalnya, HSC menghasilkan MPP
(multipotent progenitors) yang tidak memiliki sifat
self-renewal, namun berdiferensiasi dalam skala
penuh, yaitu berdiferensiasi menjadi CLP (common
lymphoid progenitor) dan CMP (common myeloid
progenitor). Progenitor oligopotensi ini
menghasilkan sel efektor megakaryocyte/erythrocyte
progenitors (MEPs) and granulocyte/macrophage
progenitors (GMPs), sedangkan CLL menghasilkan
progenitor limfosit T dan B matang, natural killer
(NK) cells. Sedangkan CLL dan CMP sama-sama
menghasilkan sel dendritik (Gambar 12). 30
Marker sel permukaan pertama sekali diperoleh pada
HSC manusia yaitu CD34, suatu ligand L-selectin
yang hanya berjumlah 0.5-5% dari sel darah di
dalam hati fetus manusia, darah plasenta dan
sumsum tulang dewasa. 39,40,41 Semua sel CD34+
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
14
bersifat multipotensi 27 artinya dapat menghasilkan
semua jenis sel darah juga sel endotel vaskuler,
terutama pada ujung pembuluh darah, tempat
proliferasi paling aktif terjadi.42, Sel endotel memiliki
plastisitas tinggi untuk memberi respon terhadap
signal angiogenik. 43 Angiogenesis yaitu proses
pertumbuhan pembuluh darah melalui tumbuhnya
percabangan daripembuluh darah yang sudah ada. 43
Sel endotel menjadi motil, aktif membentuk filopodia
akibat respon terhadap signal angiogenik, seperti
vascular endothelial growth factor (VEGF), yang
dihasilkan CD34+ stem cell. Melalui pembentuk ujung
sel, terbentuk lumen dan berproliferasi untuk
menopang pemanjangan lumen (Gambar 13B). 43
Ujung sel beranastomosis dengan pertumbuhan sel lain
membentuk loop pembuluh darah. Dengan masuknya
aliran darah, pembentukan basement membrane,
rekrutmen sel mural untuk menstabilkan hubungan,
maka diakhiri dengan berhentiknya signal angiogenik,
maka kondisi ini kembali menjadi tidak aktif
(quiescence) setelah terbentuk pembuluh darah baru.
(Gambar 13 C) (Gambar 14). 43
Gambar 12. Perkembangan hematopoietic menunjukkan hierarki diferensiasi hematopoietik. Pertanda permukaan isolasi
pada manusia (atas) dan mencit (bawah) menunjukkan stem dan progenitor cell. HSC menunjukkan rekonstitusi jangka
panjang, self renewing; MPP, multipotent progenitor cell dengan self renewal terbatas ; CMP, common myeloid
progenitor; CLP, common lymphoid progenitor; BLP, B lymphocyte protenitor; ProT, T-cell progenitor; GMP,
granulocyte/macrophage progenitor; MEP, megakaryocyte/erythroid progenitor; MkP, megakaryocyte progenitor; EP,
erythroid progenitor.
________________________Weissman IL, Shizuru JA. The origins of the identification and isolation of hematopoietic stem cells, and their capability to
induce donor-specific transplantation tolerance and treat autoimmune diseases. Blood. 2008;112:3543-3553.
Stem Cell Epigenetik
15
Gambar 13. Pembentukan pembuluh darah (A) Angioblast berdiferensiasi menjadi sel endotel, membentuk cetakan
pembuluh darah, lumen dan sebagai awal fenotipe arteri dan vena (B) Langkah pertumbuhan pembuluh darah : !1) seleksi
ujung/batang sel; (2) navigasi ujung sel dan proliferasi batang sel; (3) koordinasi percabangan; (4) elongasi batang sel,
fusi ujung sel dan pembentukan lumen ; dan (5) perfusi dan maturasi pembuluh darah. (C) Langkah sekuensi remodeling
vaskuler dari primitif (kotak kiri) menjadi pleksus pembuluh darah yang matur (kotak kanan) termasuk fenotipe falang
endotel, deposisi basement membrane, penutupan dengan perisit dan regresi percabangan.
________________________Potente M, Gerhardt H, Carmeliet P. Basic and therapeutic aspects of angiogenesis. Cell 2011;146:873-887.
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
16
Gambar 14. Pembentukan ujung sel. (A) Sebagai respon terhadap rangsangan vascular endothelial growth factor
(VEGF) sel endotel (EC) terlepas dari basement membrane dan perisit terlepas, memungkinkan sel endotel bermigrasi
(B) VSGF/Notch signaling menyeleksi ujung dan batang sel (C) Filopodia mengarahkan ujung sel dengan melalui respon
terhadap rangsangan. Pembentukan filopodia diatur oleh CDC42 dan endositosis reseptor EphrinB2/VEGFR2. Signaling
ROBO4/UNC5B diperlukan untuk menstabilkan lapisan endotel dengan menghmbat SRC.
________________________Potente M, Gerhardt H, Carmeliet P. Basic and therapeutic aspects of angiogenesis. Cell 2011;146:873-887.
Stem Cell Epigenetik
17
Gambar 15. Peran endothelial progenitor cell (EPC) terhadap biologi vaskuler. Penyuntikan EPC memicu
reendotelialisasi dan neovaskularisasi pembuluh darh setelah injuri.
________________________Urbich C, Dimmeler S. Endothelial progenitor cells. characterization and role in vascular biology. Circ Res. 2004;95:343-
353.
sebab itu, CD34+ stem cell sebagai bagian dari
endothelial progenitor cell dapat meregenerasikan
sel endotel pada pembuluh darah yang mengalami
iskemia melalui proses neovaskularisasi dan re-
endoteliasasi (Gambar 15). 44,45
Transplantasi CD34+ secara autologous telah
dilakukan pada pasien dengan kardiomiopati
iskemik 46 dan noniskemik. 47,48 Penyuntikan CD34+
stem cell ke area periinfark saat dilakukan
coronary bypass secara off-pump meningkatkan
fungsi kontraksi dibandingkan hanya dengan
coronary bypass. 46 Penelitian memakai CD34+
atau CD133-, CD34+ secara intrakoronaria pada
pasien dengan infark miokard anterior juga
mendapatkan perbaikan perfusi regional dan
remodeling ventrikel kiri. 49 Vrtoves et al., dalam
penelitian terhadap pasien kardiomiopati noniskemik
dengan menyuntikan CD34+ cell secara
intrakoronaria juga mendapatkan peningkatan fraksi
ejeksi ventrikel kiri dan jarak jalan 6 menit serta
penurunan kadar N-terminal probrain natriuretic
peptide. 47 Penelitian lebih lanjut oleh kelompok
peneliti yang sama mendapatkan bahwa efek ini
bertahan dalam jangka waktu 5 tahun dengan
menurunnya angka kematian (Gambar 16). 48
Gambar 16. Survival dan penyebab kematian pada pasien diberikan stem cell CD34+ dan kontrol. Survival 5 tahun
dievaluasi dengan analisis Kaplan-Meier mendapatkan 2,3 kali lebih tinggi pada kelompok stem cell dibandingkan
dengan kelompok kontrol (kanan), terutama sebab mortalitas akibat gagal pompa (kiri).
________________________Vrtovec B, Poglajen G, Lezaic L, Sever M, Domanovic D, Cernelc P, Socan A, Schrepfer S, Torre Amione G, Haddad F,
Wu JC. Effects of intracoronary CD34+ stem cell transplantation in nonischemic dilated cardiomyopathy patients: 5-year follow-up.
Circ Res. 2013;112:165-173.
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
18
Gambar 17. Insiden angina per minggu pada bulan 6 dan bulan 12.
________________________Losordo DW, Henry TD, Davidson C, Lee JS, Costa MA, Bass T, Mendelsohn F, Fortuin FD, Pepine CJ, Traverse JH,
Amrani D, Ewenstein BM, Riedel N, Story K, Barker K, Povsic TJ, Harrington RA, Schatz RA, the ACT34-CMI Investigatorsa
Intramyocardial, autologous CD34+ cell therapy for refractory angina. Circ Res.2011;109: 428-436.
Penelitian Losordo et al., pada pasien angina
refrakter memakai penyuntikan CD34+
intramiokard secara autologus dengan dua dosis;
1x105 atau 5x 105 cells/kg, terhadap 167 pasien
mendapatkan penurunan frekuensi angina selama 6
bulan (6.8 1.1 versus 10.91.2, P< 0.020) dan 12
bulan (6.31.2 versus 11.0 1.2, P< 0.035), dan
durasi exercise treadmill test meningkat selama 6
bulan (139151 versus 69122 detik, P<0.014; 12
bulan : 140171 versus 58 146 detik, P< 0.017)
(Gambar 17).
Penelitian kami mendapatkan bahwa pasien dengan
angina refrakter yang tidak bisa dilakukan balonisasi
dengan tindakan angiografi koroner atau coronary
bypass dapat dilakukan penyuntikan molekul untuk
meningkatkan jumlah CD34+ stem cell dalam tubuh.
Kemudian dilakukan tindakan apheresis untuk
memisahkan jumlah stem cell di dalam satu
kantongan, lalu dilakukan transplantasi secara
intravena. Hasil penelitian ini mendapatkan bahwa
pasien yang diberikan stem cell mendapatkan
penurunan angina secara signnifikan pada minggu
keempat (dari 15.074.03 vs 3.271.49, p<0.001)
(Gambar 18), juga perbaikan toleransi olahraga dari
5.902.53 menit menjadi 8.41 2.49 menit, p<
0.001) (Gambar 19). 51 Hasil penelitian ini telah
dipresentasikan pada seminar Basic Cardiovascular
Sciences (BCVS), American Heart Association
(AHA) tertanggal 18-21 Juli 2016 di Phoenix,
Arizona, Amerika Serikat. Metode penelitian yang
bersifat non-invasif ini merupakan pertama
dilakukan di dunia dengan mendapatkan hasil yang
menggembirakan. Sehingga hasil penelitian ini
terpilih sebagai salah satu yang terbaik oleh AHA,
dan diundang untuk memberi presentasi pada
pertemuan Scientific Sessions, American Heart
Association, bulan November 2016.
Gambar 18. Frekuensi angina pada baseline dan minggu
ke 4 pada pasien dengan angina refrakter setelah dilakukan
transplantasi CD34+ stem cell (15.074.03 versus
3.271.49, p<0.001).
________________________Lim H, Lindarto D, Zein U, Hariaji I. Intravenous
mobilized autologous peripheral blood CD34+ stem cell
transplantation for angina.
Dari berbagai penelitian tersebut dapat disimpulkan
bahwa transplantasi CD34+ stem cell, baik yang
berasal dari darah perifer maupun bone marrow-
derived stem cell dapat digunakan pada berbagai
kondisi penyakit jantung; infark miokard, gagal
jantung iskemik dan noniskemik dan angina
refrakter serta memberi hasil yang baik untuk
jangka pendek dan panjang.
Stem Cell Epigenetik
19
Gambar 19. Exercise treadmill test menunjukkan
perubahan signifikan pada durasi olehraga antara baseline
dengan minggu ke 4 setelah dilakukan transplantasi stem
cell (5.902.53 versus 8.412.49, p<0.001).
________________________Lim H, Lindarto D, Zein U, Hariaji I. Intravenous
mobilized autologous peripheral blood CD34+ stem cell
transplantation for angina.
NONHEMATOPOIETIC STEM CELL
MESENCHYMAL STEM CELL (MSC)
MSC, juga dikenal sebagai bone marrow stromal
cells, yaitu nonhematopoietic stem cell bersifat
multipoten dan melekat pada kultur. MSC
berdiferensasi menjadi kondrosit, adiposit,
osteoblast dan sel otot skeletal dan dilaporkan
berdiferensiasi menjadi kardiomiosit 52 dan sel
endotel, 53,54 namun potensi kardiogenik ini masih
kontroversial. 55 Ekspresi MSC secara khusus
yaitu CD105, CD73, CD90 dan STRO-1, tidak
memiliki marker hematopoietic seperti CD45,
CD34, da CD14/11b). 56,57 Selain ada di
sumsum tulang, MSC juga dapat diisolasi dari darah
perifer, 58,59 darah tali pusat, 60 jaringan adiposa, 61
jaringan sinovia, 62 dan jaringan paru, 63 bersifat
heterogen sebab potensi pertumbuhan berbeda
namun marker permukaan dan potensi diferensiasi
sama. 64
Semua jaringan pembentuk MSC memiliki suplai
pembuluh darah yang baik. saat sel perivaskuler
diisolasikan, dikultur dan diperiksa memakai
dengan fluorescence activated cell sorting (FACS),
maka tampak marker khas perisit dan MSC. 65
sebab itu, Caplan mengusulkan bahwa semua MSC
yaitu perisit.66 Namun pericyte dengan diferensiasi
tinggi bukan MSC. Dengan MSC sebagai perisit,
maka MSC memiliki respon terhadap sel endotel.
Perisit yang keluar dari pembuluh darah atau akibat
inflamasi menjadi MSC. MSC aktif mensekresi dua
jenis molekul bioaktif; imunomodulasi dan faktor
trofik (Gambar 20). 67 Aktivitas imunomodulasi
menghambat limfosit sehingga mencegah kerusakan
jaringan, yang berpotensi menimbulkan reaksi
autoimun. Molekul trofik menghambat apoptosis
akibat iskemia, pembentukan jaringan parut (scar)
dan meningkatkan angiogenesis dengan mensekresi
vascular endothelial growth factor (VEGF), yang
menarik sel endotel (Gambar 14).43
Gambar 20. Injuri menginduksi pelepasan perisit yang
memicu MSC teraktivasi (A). MSC teraktivasi
mensekresi beberapa molekul bioaktif berperan sebagai
(B) imunomodulasi dan trofik.
________________________Caplan AI. MSCs: the new medicine. In : Vertes AA
eds. Stem cells in regenerative medicine. : science, regulation
and business strategies. Ed 1, John Wiley & Sons, Ltd, 2015, p.
415-421.
Dengan fungsi ganda MSC tersebut, maka MSC
merupakan ‘pabrik obat’ yang bersifat spefisik
terhadap tempat injuri, berfungsi memperbaiki
kerusakan jaringan di tempat yang dituju. sebab
itu, kunci efikasi pengobatan MSC yaitu membawa
sedikit MSC ke tempat tujuan dengan
mempertimbangkan tempat dan waktu yang tepat.
Dengan demikian, MSC berfungsi sebagai pengantar
sekresi beragam obat. sebab itu, Caplan
menamakan MSC sebagai medicinal signaling cells
(MSCs). 68 Pemahaman ini akan memberi arah
yang jelas terhadap pemakaian MSC untuk tujuan
1. Sel, Stem Cell dan Epigenetik
20
terapeutik. 67
Berbagai penelitian preklinis dan klinis
menunjukkan bahwa transplantasi MSC pada zona
perbatasan infark miokard menunjukkan reduksi
miosit yang mengalami apoptotik dan meningkatkan
jumlah vaskularisasi, 69,70 reduksi jaringan parut dan
kardioproteksi. Amado et al., menunjukkan bahwa
dengan pencitraan computed tomography tampak
restorasi kontraksi jaringan miokard pada penelitian
memakai model babi.71,72 Gnecchi et al.
mendapatkan bahwa pemakaian MSC dikutur di
media hipoksik mengurangi apoptosis dan nekrosis
pada kadiomiosit tikus yang dipapar dengan oksigen
rendah. 73 MSC yang direkayasa dengan ekspressi
Akt akan meningkatkan kardioproteksi.73
Kardioproteksi MSC secara in vivo mengurangi
jumlah sel apoptotik pada tempat penyuntikan
MSC.74 Hal ini menunjukkan bahwa MSC dapat
memproteksi atau mengurangi stimuli yang
memicu kerusakan miosit (Gambar 21). 75
Mekanisme kerja MSC terhadap penyakit
kardiovaskular : reduksi fibrosis, 76 stimulasi
angiogenesis,77 dan restorasi fungsi kontraksi
jantung melalui proses engraftment,53 diferensiasi
dan stimulasi cardiac stem cell secara endogen
untuk proliferasi dan diferensiasi (Gambar 21). 75
Efek ini terjadi secara serentak dalam memperbaiki
jaringan parut atau disfungsi miokard dengan
jaringan kontraksi sehingga dapat memperbaiki
perfusi jaringan. Sebagian besar studi mendapatkan
bahwa engraftment terapi stem cell memperlihatkan
retensi sel yang rendah. Toma et al., mendapatkan
bahwa setelah 4 hari, jumlah MSC yang
ditransplantasi yang masih tertinggal didalam
miokardium berkisar 0.44%. 53 Pada model
kardiomiopati iskemik kronik dengan model babi,
yang memiliki anatomi dan fisiologi seperti
manusia,78 Quevedo et al., melaporkan bahwa MSC
alogenik dapat mengadakan engraftment dan
berdiferensiasi menjadi kardiomiosit, sel otot
polosm dan endothelium.80 MSC sumsum tulang
babi jantan yang disuntikan ke babi betina
mendapatkan kolokalisasi dengan kromosom Y
dengan pemeriksaan fluorencence in-situ
hybridization (FISH). Diferensiasi kardiomiosit
didapati sebanyak 14% dengan kromosom Y
positive pada MSC yang diidentifikasi dengan
costaining untuk protein struktur jantung -
sarcomeric actinin dan tropomyosin, faktor
transkripsi GATA-4 dan Nkx2.5. 79 Meskipun
engraftment dan diferensiasi MSC rendah
dibandingkan dengan pemulihan fungsional jantung
setelah transplantasi sel, maka timbul pertanyaan
apakah engraftment dan diferensiasi merupakan
faktor dominan ? 80
MSC dapat menghasilkan beberapa soluble
paracrine factors yang berkontribusi terhadap
kardiomiogenesis dan angiogenesis. 73,81,82,82,83,84,85
MSC juga mensekresi beberapa sitokin dan growth
factor yang menekan sistem imun, inhibisi fibrosis
dan apoptosis, meningkatkan angiogenesis dan
merangsang diferensiasi stem cell yang spesifik
terhadap jaringan. 86,87 Pemberian MSC intramiokard
pada model babi dengan infark miokard dapat
mengurangi besarnya infark dengan menrekrut
cardiac stem cell c-kit endogen, sedangkan
pemberian media kultur MSC tidak memberi
efek. 88 Hal ini menunjukkan bahwa efek parakrin
MSC merupakan mekanisme kerja utama yang
mendasari perbaikan fungsi dan regenerasi jaringan
miokard (Gambar 21). 75
Sejak 2011, MSC dan preparat sel kultur telah diuji
untuk gagal jantung kronik dengan jumlah sampel
kecil. Uji klinis ini secara konsisten menunjukkan
bahwa sel terapi dapat mengurangi ukuran jaringan
parut infark miokard, memulihkan remodeling
ventrikel, meningkatkan jarak jalan 6 menit dan
meningkatkan kualitas hidup diukur dengan
kuesioner (Tabel 1).89,90,91,92,93,94
Saat ini tercatat pada clinicaltrials.gov sebanyak 34
uji klinis memakai MSC untuk berbagai
gangguan jantung pada dewasa (infark miokard akut,
gagal jantung iskemik, dan noniskemik).
Kebanyakan studi masih dalam fase I dan II
(Gambar 22A), 94 dan ada beberapa studi fase yang
sedang berlangsung atau ongoing dan sudah selesai.
ada beragam uji klinis MSC. Ada 7 uji klinis
bersifat multicentered dan 1 double-centered.
Kebanyakan (27) yaitu uji klini skala kecil, dengan
jumlah pasien < 100 per uji (Gambar 22 B dan C) dan
hanya beberapa bersifat placebo-controlled. Rute MSC
(intravena, intrakoronaria, intramiokard, transendokard;
Gambar 22 D), dosis dan asal sel (fetal-umbilical vs
dewasa, autologus vs allogenik, dan sumsum tulang vs
adiposa). Hal ini mendasari beragam rancang studi, asal
sel, dosis dan cara pemberian. Tahun 2009, uji klinis
dengan MSC alogenik diberikan secara intravena
menunjukkan pengurangan kejadian aritmia dan nyeri
dada. 95 Uji ini merupakan awal pema
.jpeg)
.jpeg)
