Stemcell epigenetik 5

 

akhirnya dapat ditemukan 

pemecahan melalui satu landmark study oleh 

Yamanaka, yang memakai  empat faktor 

pengubah gen sebagai penentu nasib sel somatik 

menjadi sel pluripotensi. 9  Kombinasi ini 

membuka jalan untuk mengetahui aktivitas 

reprogramming nukleus. Mekanisme yang 

mendasari perubahan nasib sel secara epigenetik 

dapat dibaca di Bab 3. Akhir-akhir ini, kombinasi 

“kode” transkripsi secara langsung dapat 

mereprogram sel menjadi tipe sel yang berfungsi 

khusus, sehingga mengubah model diferensiasi sel 

yang dikemukakan oleh Waddington.                 

(Gambar 1).10 

 

Studi yang dipelopori Yamanaka mengisyaratkan 

bahwa diferensiasi bukanlah akhir kematian 

perkembangan sel, melainkan dapat dikembalikan ke 

fungsi awal sebagai stem cell pluripoten dengan 

kondisi primitif dengan cara mengubah status 

genetik dan epigenetik sehingga mengubah ekspresi 

gen dan status kromatin selama reprogramming dari 

sel somatik menjadi induced pluripotent stem cell 

(iPSC).11 Sehingga studi iPSC meletakkan fondasi 

“reprogramming” dalam teknologi transformatif 

ilmu biomedik. 3  

 

Sejak penemuan Yamanaka, maka dikembangkan 

pemakaian  kombinasi faktor transkripsi sel yang 

menghasilkan insulin dari pankreas sehingga dapat 

mengatur kondisi hiperglikemia pada model mencit 

diabetik. 12 Induksi sel neuron dengan faktor 

transkripsi membuktikan bahwa konversi dapat 

dilakukan di luar dari lapisan germinal. 13 

Reprogramming memakai  kombinasi faktor 

transkripsi juga telah menghasilkan tipe sel lain 

seperti hepatosit, dan kardiomiosit. 14,15,16 Sampai 

saat ini, beberapa  tipe sel yag telah berhasil 

dilakukan dari lineage reprogramming baik pada 

mencit maupun manusia (Gambar 2). 1 

 

 

 

Gambar 1. Model Waddington dimodifikasi untuk reprogram sel. Menurut Conrad Waddington bahwa nasib sel 

diibaratkan sebagai suatu bola yang sedang mengelinding melewati beberapa lembah yang menggambarkan tipe sel 

terdiferensiasi penuh. Transfer nukleus dan reprogram menunjukkan bahwa sel dapat digelindingkan mencapai puncak 

melalui perubahan epigenetik pada sel sehingga dapat menjelajah ke atas dan ke bawah dari satu lembah ke lembah lain.  

 

Gambar 2. Perkembangan lineage reprogramming. Kemajuan dalam perkembangan lineage reprogramming diberi 

warna berbeda; hijau, biru, dan merah dengan masing-masing menunjukkan induksi tipe sel dengan diferensiasi terminal, 

stem cell progenitor/precursor, dan in vivo lineage reprogramming. Teks di atas menunjukkan waktu kejadian studi pada 

mencit, sedangkan di bawah menunjukkan waktu kejadian pada manusia.  

 

Gambar 3. Skematik pendekatan dalam mengidentifikasi faktor pengatur yang melakukan reprogramming direk secara 

in vitro dan in vivo memakai  reprogamming jantung. (A) Metode skrining mendapatkan faktor transkripsi yang 

secara langsung mengubah fibroblast menjadi sel menyerupai kardiomiosit. (B) Pengujian faktor reprogramming secara 

in vivo menjadi sel baru dalam kondisi injuri. pemakaian  faktor reprogramming secara in vivo menghasilkan konversi 

fibroblast residen menjadi sel menyerupai kardiomiosit dengan interaksi elektrik yang berkontribusi meningkatkan fungsi 

jantung setelah injuri.

REPROGRAMMING JANTUNG SECARA 

LANGSUNG 

 

Ieda et al., memakai  kombinasi 3 faktor 

transkripsi perkembangan jantung - Gata4, 

Mef2c, dan Tbx5 (GMT), mereprogram 

fibroblast kulit atau jantung menjadi sel 

menyerupai kardiomiosit  (Gambar 3). 3  Ketiga 

faktor reprogramming, Gata4, Mef2c, dan Tbx5 

merupakan faktor transkripsi pada waktu awal  

perkembangan jantung. 17,18,19 Faktor-faktor  ini 

berinteraksi satu sama lain, koaktif terhadap 

ekspresi gen jantung (misalnya, Nppa, Gja5 

[Cx40], dan Myh6) dan meningkatkan diferensiasi 

kardiomiosit. 20, 21, 22, 23. Gata4 dianggap sebagai 

faktor “pioneer” dalam membuka struktur kromatin 

dalam loki jantung,24 sehingga memungkinkan 

ikatan dengan Mef2c dan Tbx5 pada tempat target 

yang spesifik, selanjutnya memicu  aktivitas 

terhadap program jantung. 16 

Stem Cell Epigenetik 

113 

 

 

Gambar 4. Induced cardiomyocyte (iCM) memperlihatkan denyutan spontan, dengan Ca2+ fluks dan aktivitas elektrik. 

(A dan B) iCM yang diperoleh dari fibroblast jantung menunjukkan osilasi Ca2+ dengan berbagai frekuensi (A), sama 

seperti kardiomiosit neonatus (B). Intensitas Rhod-3. (C) iCM yang diperoleh dari tail-tip dermal fibroblast (TTF) 

menunjukkan osilasi Ca2+ spontan dengan frekuensi rendah. (D) Gelombang Ca2+ spontan dapat diamati pada iCM MHC-

GFP+ (dot putih) diperoleh dari  fibroblast jantung atau kardiomiosit neonatus (tanda panah) dengan Rhod-3 pada Ca2+ 

max dan min. (E) Osilasi Ca2+ spontan diperoleh dari iCM MHC-GFP+ dengan Rhod-3 pada Ca2+ max dan min.  (F) 

Kontraksi iCM spontan dengan aktivitas elektrik diukur memakai  elektroda ekstraseluler. Kardiomiosit neonatus 

menunjukkan aktvitas elektrik yang sama. (G) Pencatatan elektrik intraseluler dari iCM yang diperoleh dari fibroblast 

jantung yang dikultur selama 10 minggu menunjukkan potensial aksi yang menyerupai kardiomiosit mencit dewasa.  

Ekspresi ektopik dari faktor ini memerlukan waktu 2 

minggu dalam konversi fibroblast menjadi sel 

kardiomiosit, setelah kondisi epigenetik stabil yang 

ditandai dengan metilasi histon dan metilasi DNA. 

Namun ekspresi gen iCM global sama, dan tidak 

menyerupai kardiomiosit neonatus. 16 Dalam studi 

ini pemakaian  GMT ini tidak melewati stadium 

progenitor jantung atau mesodermal, menunjukkan 

bahwa terjadi konversi direk dari satu tipe sel 

postnatal ke sel lain. 3 Sehingga induced 

cardiomyocyte (iCM) yang dihasilkan lebih 

menyerupai kardiomiosit ventrikel dewasa. iCM 

yang dihasilkan dapat berkontraksi spontan (Gambar 

4). 16 Meskipun inisiasi reprogramming awal 

berlangsung cepat yaitu pada hari ke-3, 

dibandingkan dengan iPSC yang dipelopori 

Takahashi dan Yamanaka memerlukan waktu 10-20 

hari, proses reprogramming berlanjut sampai 

beberapa minggu dengan perubahan pada ekspresi 

gen, kontraktilitas dan maturasi elektrofisiologi. 16 

 

Reprogramming yang mengkonversi fibroblast 

menjadi induced pluripotent stem cell (iPSC) oleh 

Yamanaka masih tergolong amat rendah (<0.1%), 

sedangkan efisiensi reprogramming direk secara in 

vitro tanpa melalui pembentukan stem cell lebih 

tinggi yaitu 20%, namun masih terbatas. Hal ini 

disebabkan sebagian besar iCM hanya direprogram 

parsial, berarti masih ada faktor lain yang dapat 

meningkatkan reprogramming, setidaknya secara in 

vitro. 3 

 

Penemuaan akhir-akhir ini mendapatkan bahwa 

faktor alternatif termasuk regulator epigenetik, 

microRNA (miRNA) dan molekul kecil dapat 

digunakan dalam lineage reprogramming 

(Gambar 5). 2 Pemahaman mekanisme molekuler 

yang mendasari lineage reprogramming dapat 

bermanfaat sebab  faktor pengubah ini 

merupakan cara alternatif dalam mengubah nasib 

sel masa mendatang. 2 

 

 

 

 

Gambar 5. Faktor-faktor yang terlibat dalam lineage reprogramming. Faktor reprogramming termasuk faktor transkripsi 

spesifik, regulator epigenetik, miRNA, dan faktor pluripotensi dimanipulasi menjadi sel yang diinginkan. Efek 

downstream yaitu  pembentukan kembali GRN (gene regulatory network) dengan target tipe sel lain. 

REGULATOR EPIGENETIK 

 

Regulasi epigenetik memegang peranan penting 

dalam membentuk dan mempertahankan identitas sel 

selama reprogramming perkembangan dan 

reprogramming sel. 25 Studi akhir-akhir ini terhadap 

diferensiasi jantung pada embryonic stem cell secara 

in vitro menunjukkan bahwa gen jantung 

memerlukan pengaturan struktur kromatin secara 

terprogram.26,27 Demikian juga reprogramming sel 

diikuti oleh perubahan terhadap lanskap epigenetik. 

28,29,30,31,32 Zhou et al, mendapatkan bahwa efisiensi 

induced cardiomyocyte (iCM) yang rendah 

disebabkan oleh regulator epigenetik Bmi1 yang 

bekerja sebagai penghalang epigenetik selama fase 

awal reprogramming iCM, 16sebab  Bmi1 secara 

langsung berikatan dengan regio gen kardiogenik 

termasuk Gata4 yang ditempati bersama oleh 

polycomb repressive complex (PRC). Dengan 

menghilangkan atau melakukan knockdown Bmi1 

memicu  terlepasnya represi Gata4 secara 

endogen sehingga Gata4 dapat menginduksi 

denyutan terhadap iCM. Jadi, dengan knockdown 

Bmi1 memicu  hilangnya level H2AK119ub 

dan meningkatnya H3K4me3 pada loki jantung 

sehingga terjadi ekspresi gen kardiogenik. 25 Hal ini 

konsisten dengan penemuan sebelumnya bahwa 

monoubikuitilasi H2AK119 oleh PRC1 

berhubungan dengan represi gen. 33,34  Knockdown 

Bmi1 juga merelaksasikan kromatin dan 

meningkatkan aksesibilitas DNA, 35,36,37,38 sehingga 

melepaskan represi terhadap Gata4. Dengan 

menghilangkan penghalang Bmi1 juga 

memungkinkan untuk memakai  jumlah faktor 

transkripsi yang lebih kecil misalnya hanya MT 

(Mef2c, dan Tbx5). 25  

 

Penghalang epigenetik selama reprogramming iPSC 

juga diketahui. 40,41 Melakukan knockdown terhadap 

Plu1 dapat meningkatkan efisiensi reprogramming, 

42  sedangkan melakukan silencing Plu1 mengurangi 

efisiensi reprogramming iCM, menunjukkan bahwa 

mekanisme pengaturan epigenetik berbeda antara 

reprogramming iPSC dengan reprogramming direk 

pada sel somatik ke sel lain. 25 Hal ini terjadi sebab  

ada  interaksi antara regulator epigenetik dengan 

faktor pengubah gen selama konversi lineage. 2   

 

Manipulasi regulator epigenetik saja dapat 

mengubah lineage reprogramming. Defisiensi DNA 

methyltransferase Dnmt1 pada sel ß pankreas  

memicu  konversi ke sel lain. 28 Analisis lebih 

lanjut mendapatkan bahwa Arx, suatu master gene 

mengalami reaktivasi pada sel ß setelah mutasi 

Dnmt1.43  sebab  itu, menghilangkan metilasi DNA 

dapat mereaktivasi master gene dan cukup 

mengubah nasib sel. Selain itu, manipulasi terhadap 

histone-modifying enzyme dapat berpengaruh 

terhadap proses konversi lineage sebab  modifikasi 

histon juga berhubungan dengan keadaan kromatin 

aktif atau silent. 44 

 

 

MIKRO RNA  

 

Pada saat terjadi injuri jantung yang luas bersifat 

subletal, sebab  penyumbatan arteri koronaria 

ekstensif, maka regenerasi jantung yang tidak adekuat 

dengan fibrosis yang luas oleh jaringan fibroblast dapat 

memicu  gangguan struktur dan fungsi jantung.45 

Kondisi hilangnya kardiomiosit yang masif sebagai 

akibat infark miokard ini dengan apoptosis pasca infark 

merupakan kontribusi utama terhadap progresivitas 

gagal jantung, dan menimbulkan perburukan terhadap 

miokardium yang masih viable. 46 Dengan penemuan 

bahwa regenerasi jantung dapat terjadi, maka 

pemakaian  miRNA untuk mereprogram sel somatik 

ke sel lain secara langsung merupakan upaya yang 

menjanjikan. 47   

 

miRNA adalan RNA noncoding kecil yang dapat 

memodulasi ekspresi messenger RNA (mRNA) 

dengan melakukan ikatan basa antara beberapa 

nukleotida pada miRNA (the seed sequence) dengan 

sekuens komplemeter di dalam open reading frame 

atau regio  3” untranslated dari target mRNA 

sehingga memicu  gangguan stabilitas mRNA 

atau inhibisi sintesis protein. MiRNA disintesis dari 

prekursor yang lebih panjang menjadi ~ 22 mers 

melalui kerja mikroprosesor dan enzim Dicer. Di 

dalam genom sering dijumlah miRNA dalam bentuk 

klaster dan diekspresikan dalam bentuk tipe sel yang 

spesifik, sama seperti faktor transkripsi. Hal yang 

penting yaitu  bahwa setiap miRNA dapat 

menargetkan dan menekan ratusan mRNA; sehingga 

ekspresi satu miRNA dapat mengubah profil 

ekspresi dan identitas sel secara dramatis.47   

 

Barangkali kalimat terakhir inilah yang 

menginspirasi Jayawardena et al., dengan mentornya 

Victor Dzau melakukan skrining dan mendapatkan 

bahwa kombinasi miRNA (miRNAs 1, 133, 208, 

499) mengubah fibroblast menjadi kardiomiosit 

secara in vitro dan in vivo, (Gambar 6) 45  dan 

efisiensi konversi dapat ditingkatkan sebesar 10 kali 

lipat dengan memakai  JAK inhibitor. Sel yang 

direprogram menunjukkan gen kardiomiosit spesifik 

dan memperlihatkan susunan sarkomerik, osilasi 

kalsium spontan dan dengan fenotipe berciri khas 

menyerupai kardiomiosit.  

5. Differensiasi Reprogram Sel 

 

116 

 

 

Gambar 6. Memasukkan microRNA ke dalam fibroblast jantung dapat menginduksi ekspresi marker kardiomiosit yang 

spesifik. A, Data ekspresi gen kumulatif fibroblast jantung dewasa yang ditransfeksi dengan miRNA dapat dilihat dalam 

bentuk heat map. Hasil ini memperlihatkan pergeseran dari fibroblastik (Ddr2 dan Vim)  menjadi kardiomiosit awal (Isl1, 

Nkx2.5, Gata4, Hand2, Mef2c) dan ekspresi marker kardiomiosit lanjut (Tnni3, Cx43) antara hari 3 dan 6 setelah 

transfeksi. Lipatan perubahan ekspresi  masing-masing gen ditunjukkan dalam skala hijau sampai hitam (hijau; minimum,  

merah; maksimum). B, Grafik bar menunjukkan profil ekspresi RNA Gata4 dan Mef2c pada fibroblast jantung pada hari 

ke 3 setelah transfeksi dengan kombinasi miRNA 1,133, 206 dan 1, 133, 208. Semua kombinasi miRNA diperlihatkan 

dengan bar abu-abu terang. Warna abu-abu gelap memperlihatkan rata-rata kontrol: untransfected, mock, dan 

nontargeting miRNA (negmiR). C, Scatterplot menunjukkan rata-rata ekspresi normal Gata4, Mef2c dan Tbx pada hari 

ke 3 setelah transfeksi. Terlihat miRS-1, 133, 208 (merah); dan miRs-1, 133, 206 (nila); mock, negmiR dan untranslated 

control (hijau); kombinasi miRNA 9hitam). D, Imunostaining ACTININ (hijau) dan DAPI positif (biru) pada fibroblast 

jantung neonatus 1 minggu setelah transfeksi dengan miR-1; miRs-1, 133, 206; miRs-1, 133, 208; dan miRs-133, 206, 

208. Skala bar 100 µm. E. Imunostaining TNNI3 (hijau) dengan DAPI positif (biru) pada fibroblast kardiomiosit 

neonatus 1 minggu setelah transfeksi dengan miRs-1, 133m 208. F. Immunostaining TNNI3 dari DAPI positif (biru) dari 

fibroblast jantung neonatus diisolasi dari mencit Fsp1Cre/tgTOMATO (merah), 4 minggu setelah transfeksi dengan 

miRs-1, 138, 208. Skala bar 100 µm. 

 

Gambar 7. Kombinasi mikroRNA (miR combo) mereprogram kardiomiosit yang mengekspresikan marker jantung 

matur. Tandem dimer Tomato 9tdTomato)+ kardiomiosit dengan imunostaining untuk sarcomeric-œ-actinin, cardiac 

troponin-T, N-cadherin, and connexin-43 (hijau), bersama dengan tdTomato 9 merah P dan DAPI (4’,6-diamidino-2-

phenylindole; biru). Image yang ditunjukkan meliputi tumpang tindih marker jantung dengan DAPI (atas), td Tomato dan 

DAPI (tengah) dan merger image marker, td Tomato, DAPI (bawah). Skala bar, 100µm. 

 

Gambar 8. Excitation-contraction (EC) coupling pada tandem dimer Tomato (tdTomato)+ cardiac myocytes. A. Contoh 

representatif transien kalsium spontan dan kontraktilitas yang diperoleh dari kardiomiosit tdTomato- dan tdTomato+ 

diberi muatan Fura-2 selama pacing pada 1 Hz dengan rangsangan eletrik. B, parameter kalsium transien diukur 

memakai  kardiomiosit tdTomato- (wild type, n=22) dan tdTomato+ (tom+; n=12) dilakukan pacing pada 1 Hz 

seperti pada A. C. Parameter kontraktilitas termasuk panjang sarkomerik (tdTomato- = 1.80 ±0.013; tdTomato+ = 

1.84±0.018; p=0.13), fractional shortening (tdTomato- = 5.77±1.08%; tdTomato+ = 4.64 ±1.08%; p=0.51), dan 

contraction decay kinetics (tdTomato- = 0.063±0.011; tdTomato+ 0.047±0.0053; p=0.31) 

EC coupling gain (fractioning shortening/calcium transient amplitude) menggambarkan hubungan antara amplitude 

transien kalsium dan kontraktilitas (tdTomato- = 27.5±5.5; dtTomato + = 34.4 ±12.0; p = 0.55). Tidak ada perbedaan 

pengukuran yang signifikan antara kardiomiosit dtTomato- dan dtTomato+. 

Studi selanjutnya dari kelompok Jayawardena yang 

dimuat di Criculation Research 2015, menunjukkan 

bahwa kombinasi miRNA (miRNAs 1, 133, 208, 

and 499; miR combo) berhasil mereprogram injuri 

miokardium menjadi kardiomiosit ventrikel matur 

(Gambar 7) 48 setelah disuntikan ke dalam otot 

jantung yang mengalami injuri dan terjadi perbaikan 

fungsi jantung secara progresif dibandingkan dengna 

kontrol dalam waktu 3 bulan. Hal ini menjelaskan 

potensi pemakaian  miRNA sebagai suatu cara 

pendekatan meregenerasikan jantung setelah injuri 

miokard. 48 

 

Untuk menentukan apakah marker tdTomato+ sel 

yang menyerupai kardiomiosit berbentuk batang dari 

hasil konversi fibroblast (Gambar 7) 48 

mengkepresikan protein kardiomiosit matur, maka 

dlakukan profiling immunositokimia. Troponin T 

jantung dan sarcomeric-œactinin ada  pada 

kardiomiosit matur. Sedangkan connexin-43 dan N-

cadherin, protein yang terlibat dalam komunikasi 

gap-junctional dan adhesi sel antara kardiomiosit, 

terletak pada membran kardiomiosit dengan 

tdTomato+, sama seperti kardiomiosit ventrikel 

dewasa yang normal (wild type). 

 

saat  diuji sifat elektrofisiologi tdTomato + 

berbentuk batang dengan tdTomato sel menyerupai 

kardiomiosit dari mencit transgenik yang disuntikan 

lentivirus yang mengekspresikan  miRNAs 1, 133, 

208, or 499 (miR combo) dalam waktu 5-6 minggu 

setelah injuri mendapatkan bahwa mayoritas sel 

tdTomato + menunjukkan sarkomer normal dengan 

transien kalsium cepat dan besar, dan kontraksi 

dalam respon terhadap depolarisasi. Hal ini 

menunjukkan bahwa sel yang menyerupai 

kardiomiosit tdTomato+ memperlihatkan excitation-

contraction coupling (Gambar 8A). 48  Tidak ada 

perbedaan antara level kalsium sitosol atau 

amplitudo puncak dan decay kinetics dari 

depolarisasi yang ditimbulkan transien kalsium 

antara kardiomiosit tdTomato- dengan dtTomato+ 

(Gambar 8B). 48 

 

Dengan overekspresi miRNA miR-9/9* and miR-

124 saja pada fibroblast manusia dapat 

menginduksi sel menyerupai neuron yang 

mengekspresi marker MAP2, dan difasilitasi oleh 

NEUROD2, juga dibutuhkan faktor transkripsi 

berupa ASCL1 dan MYT1L untuk meningkatkan 

pembentukan fungsi neuron yang diinduksi. 49 

Overekspresi miR-124 juga menginduksi sel 

neuron manusia yang dimediasi overekspresi via 

BRN2 dan MYT1L. 50  

Meskipun penelitian menunjukkan bahwa konversi 

sel dapat dimediasi miRNA, namun mekanisme 

molekuler yang mendasari proses ini belum 

diketahui. miRNA mengatur target melalui represi, 

51 namun bagaimana miRNA mengaktivasi ekspresi 

master gene untuk target tipe sel merupakan 

pertanyaan yang belum mendapat jawaban. 

Kemungkinan yaitu  bahwa overekspresi miRNA 

mengurangi regulator master gene yang 

diekspresikan pada awal perkembangan atau transisi 

sel, yang mengganggu keseimbangan master 

regulator dari lineage yang lain. Misalnya miR-124a 

spesifik untuk neuron mengurangi ratusan level 

transkrip non-neuron meskipun diekspresikan di 

dalam sel non-neuron. 52Inhibisi ini juga 

menghambat master gene non-neuron dan 

menggeser keseimbangan ke arah ekspresi master 

gene neuron, sehingga memicu  konversi 

neuron. Kemungkinan lain yaitu  penurunan 

regulasi ekspresi regulator epigenetik yang 

meningkatkan perubahan epigenetik global secara in 

vitro dan  in vivo. Misalnya, miR-124 secara 

langsung mengatur ekspresi Ezh2, histon H3 lys-27 

histone methyltransferase, yang menfasilitasi 

ekspresi gen target Exh2 spesifik terhadap neuron. 53 

 

 

MOLEKUL KECIL 

 

Ada beberapa keuntungan memakai  molekul 

kecil dibandingkan dengan metode tradisional dalam 

menentukan nasib sel; sel permiabel, tidak bersifat 

imunologik, lebih cost-effective, mudah disintesis, 

data dipertahankan, terstandardisasi. 2  Yang lebih 

penting, efeknya dapat disesuaikan dengan 

konsentrasi dan kombinasi, sehingga memberi  

pengaturan ruang dan waktu dibandingkan dengan 

fungsi protein. 54  Molekul kecil banyak digunakan 

dalam reprogramming iPSC. 54  

 

Hou et al., memakai  molekul kecil Forskolin 

(FSK), 2-methyl-5-hydroxytryptamine (2-Me- 5HT), 

dan D4476, sebagai pengganti Oct 4, setelah 

dilakukan skrining terhadap lebih dari 10.000 

molekul kecil, sebab  faktor Oct 4 amat dibutuhkan 

untuk mengubah sel menjadi pluripoten. 55 Dengan 

kombinasi bersama VC6T [VPA, valproic acid, 

CHIR99021 (CHIR), 616452, Tranylvypromine], 

maka dilakukan reprogramming dengan gen 

tunggal, Oct4. (Gambar 9A dan B). 55  Kombinasi 

molekul-molekul kecil ini (VC6T plus FSK, 

kelompok Hou dapat mengubah sel somatik mencit 

menjadi sel yang mengekspresikan E-cadherin, suatu 

marker transisi mesodermal-epitelium, sebagai awal 

Stem Cell Epigenetik 

119 

reprogramming oleh faktor transkripsi (Gambar 9 

C). 55 Meskipun dikombinasikan molekul kecil itu, 

ekspresi Oct4 dan Nanog belum terdekteksi, berarti 

kondisi epigenetik masih represi sebab  

hipermetilasi. Untuk menfasilitasi kondisi, 

ditambahkan doxycycline (DOX) untuk 

menginduksi Oct4, dan agonis cAMP (FSK, 

Prostaglandin E2, and Rolipram) dan modulator 

epigenetik [3-deazaneplanocin A (DZNep), 5-

Azacytidine, sodium butyrate, and RG108] pada hari 

ke 16,  maka terbentuk koloni (Gambar 9D dan 

9E).55 Dalam sel ini, tingkat ekspresi dari sebagian 

besar gen marker pluripotensi masih tinggi tetapi 

lebih rendah daripada ESC (embryonic stem cell), 

berarti reprogramming belum lengkap. Setelah 

diganti ke medium 2i (dual inhibisi ganda) dengan 

glycogen synthase kinase-3 dan mitogen-activated 

protein kinase setelah hari ke 28 pasca perlakuan, 

koloni dengan GFP (green fluorescenet positive) 

berkembang menjadi morfologi seperti ESC 

(Gambar 9F). 55 Koloni ini dilakukan pasase 

sebanyak lebih dari 30 kali, dan mempertahankan 

morfologi menyerupai ESC (Gambar 9 F dan H). 55 

Kombinasi komponen 2i, menyerupai ESC, dan sel 

GFP positif merupakan hasil chemically induced 

pluripotent stem cell (CiPSC). 55 

 

 

 

Gambar 9. Pembentukan CiPSC oleh senyawa molekul kecil. (A dan B) Jumlah koloni iPSC diinduksi oleh MEF 

iinfeksi SKM (A) atau SK plus senyawa molekul atau Oct 4. (C) Morfologi MEF untuk reprogramming kimia pada hari  

0 (D0) dan klaster dengan GPF positif dihasilkan VC6TF pada hari ke 20 (D20) setelah pemberian molekul kecil. (D) 

Jumlah koloni GFP positif diinduksi dengan pemberian DZNep pada hari ke 36. (E-G) Morfologi epiteloid, koloni GFP 

positif pada hari 32 (D32) setelah pemberian perlakuan (E), suatu CiPSC pad hari ke 40 (D40) setelah perlakuan (F), dan 

pasase koloni CiPS. (H) Diagram skematik proses pembentukan CiPSC. Skala bar 100 mm. Untuk (D) sel untuk 

reprogram diambil pada hari ke 12.  

Gambar 10. Pluripotensi CiPSC (A). Pengecatan hematoxylin dan eosin pada teratoma yang diperoleh dari CiPSC (klon 

CiPSC-30). (B-D) mencit kimera (B, klon CiPS-34), kontribusi germline CiPSC di dalam testis, (C, klon CiPS-45) dan 

anak mencit F2 (D, klon CiPS-34). Skala bar, 100 mm (E) Analisis genomik dengan PCR pada Oct4-GFP kaset di dalam 

jaringan kimera. (F) Kurva survival kimera. n, jumlah kimera yang diteliti. 

Dengan penambahan retinoid acid receptor ligand 

(TTNPB), efisiensi reprogramming kimia dapat 

ditingkatkan sebesar 40 kali, setara dengan 

reprogramming diinduksi faktor transkripsi 

(hingga 0.2). Sel CiPSC yang diinjeksikan ke 

dalam mencit imunodefiensiensi (SCID) dapat 

berdiferensiasi menjadi 3 lapisan germinal 

(Gambar 9A), 55 dan saat  disuntikan ke dalam 

sel embrio dengan 8 sel atau blastocyst, CiPSC 

mampu berintegrasi ke dalam organ di dalam 

ketiga lapisan sel germinal, termasuk gonad dan 

melahirkan seekor mencit baru (Gambar 9 B-E). 55 

Mencit kimera yang dilahirkan 100 % hidup dan 

tampak sehat sehingga 6 bulan berbeda dengan 

mencit kimera yang dihasilkan dari iPSC yang 

diinduksi oleh cMyc dengan survival lebih rendah 

56 (Gambar 8F). Hal ini menunjukkan bahwa 

CiPSC direprogram secara lengkap. 55 

Stem Cell Epigenetik 

121 

 

 

Gambar 11. Senyawa molekul yang mengatur nasib sel. Molekul kecil sintetik dan produk alamiah yang berikatan 

dengan reseptor nukleus (all-trans asam retinoid dan deksametason), histone-modifying enzyme dan DNA-modifying 

enzyme (trichostatin A, BIX 01294, dan 5-azacytidine) dan protein kinase dan molekul signaling (reversine, 

purmorphamine, 16,16-dimethyl prostaglandin E2, forskolin, QS11, BIO, Cyclopaine, neuropathiazol, pluripotin, dan Y-

27632). 

 

Selain itu, beberapa molekul kecil dilaporkan 

dapat meningkatkan efisiensi konversi neuron dan 

mengurangi kebutuhan faktor eksogen atau secara 

langsung dalam menginduksi konversi sel. 

57,58,59,60,61,62 Misalnya, Kim et al., dapat 

mereprogram fibroblast manusia menjadi neural 

crest yang menghasilkan berbagai jenis neuron, 

glia, melanosit ataupun derivat mesenkimal 

dengan memakai  satu overekspresi faktor 

transkripsi Sox10 bersama dengan aktivasi  

molekul  signaling WNT. Dengan satu klon 

neural crest yang diinduksi dapat menghasilkan 

keempat lineage neural crest. 58   

 

Molekul kecil yang memodulasi target tunggal atau 

multipel nasib sel termasuk asam retinoik, analog 

sitidine, histone-deacetyase inhibitor dan protein 

kinase inhibitor (Gambar 11). 63 

 

 

REPROGRAMMING IN VIVO UNTUK 

REGENERASI JARINGAN  

 

Reprogramming secara in vivo pertama kali 

dilakukan pertama kali pada organ pankreas dengan 

mendapatkan bahwa ada  plastisitas di antara 

tipe sel yang berhubungan. Dengan memakai  3 

faktor transkripsi, Ngn3 (Neurog3), Pdx1 dan Mafa, 

Zhou et al., berhasil mengubah sel eksokrin pankreas 

yang sudah terdiferensiasi menjadi sel menyerupai 

sel ß pankreas pada mencit dewasa. Sel ß yang 

diinduksi dapat berfungsi mengurangi hiperglikemia 

sebab  mengekspresi gen yang penting dalam fungsi 

sebagai sel ß (Gambar 12). 64   

 

Untuk menguji apakah sel- ß yang diinduksi dari sel 

eksokrin menghasilkan insulin, maka disuntikan 

pAd-M3 (adenovirus yang mengekpresikan 3 

kombinasi gen Ngn3, Pdx1 dan Mafa) ke dalam 

hewan coba dengan sel-ß yang dirusak oleh 

streptozotocin (STZ), ternyata kadar hewan coba 

dengan hiperglikemia menunjukkan penurunan 

secara signifikan dibandingkan dengan hewan coba 

yang diinjeksi virus nGFP sebagai kontrol (Gambar 

12 d). 64 Di samping itu, hewan pAd-M3 

menunjukkan toleransi terhadap glukosa meningkat, 

dan peningkatan kadar insulin dalam serum (Gambar 

12e) 64 dan memiliki jumlah insulin lebih tinggi pada 

sel-ß  yang diinduksi (Gambar 12f). 64  

 

Hasil studi ini menunjukkan bahwa pankreas 

memiliki plastisitas yang dibawa lahir.65 Meskipun 

5. Differensiasi Reprogram Sel 

 

122 

tanpa ekspresi faktor transkripsi yang dipaksakan, 

mencit dewasa dapat bertahan hidup setelah 

hilangnya sel-ß yang masif yang diinduksi oleh 

toksin difteri seperti dilaporkan  Thorel  et al., 

bahwa sel pankreas memiliki tingkat plastisitas yang 

belum diketahui sebelumnya. 66 Jumlah sel ß dapat 

bertambah banyak dengan berjalannya waktu, 

dengan beberapa  sel ß baru yang terbentuk dari sel, 

seperti terlihat dari hasil turunannya. Namun, sifat 

plastisitas pankreas dalam konversi direk secara in 

vivo belum diketahui dapat diterapkan untuk organ 

atau jaringan lain. 4 

 

Studi reprogramming jantung yang memakai  

kombinasi faktor transkripsi GMT (Gata 4, Mef2c 

dan Tbx5 secara in vitro, 16 meletakkan dasar bagi 

pemakaian  GMT secara in vivo langsung ke dalam 

jantung dengan terapi gen yang mengkonversi 

nonmiosit terutama fibroblast menjadi induced 

cardiomyocyte (iCM). 67,68 Kualitas konversi secara 

in vivo jauh lebih baik daripada in vitro, dengan 

jumlah sel yang direprogram menjadi sel yang dapat 

berdenyut dengan transkriptom yang lebih 

menyerupai kardiomiosit endogen. 3  Kardiomiosit 

yang direprogram sangat menyerupai kardiomiosit 

ventrikel dewasa dan secara elektrik dapat menyatu 

dengan iCM baru yang terbentuk dengan 

kardiomiosit endogen (Gambar 13). 67 

 

 

 

Gambar 12. Sel ß yang baru memperbaiki pembuluh darah dan mengurangi hiperglikemia. a-c, sel ß mensintesis VEGF 

(a) dan menginduksi remodeling angiogenik local (b). Pembuluh darah (PECAM1) terletak berdekatan dengan sel- ß 

yang diinduksi (b) versus sel terinfeksi sebagai kontrol (c). d, perbaikan glukosa darah puasa pada mencit diabetik setelah 

injeksi dengan pAd-M3 (mutiara) dibandingkan dengan kontrol dengan virus nGFP (kotak). Segitiga, kontrol non-

diabetik. STZ, streptozotocin. Tanda panah menunjukkan waktu injeksi. n=6-8 hewan coba. e, kadar insulin serum tidak 

puasa 6 minggu setelah injeksi. n=6-8 hewan coba. f, jumlah insulin rata-rata per bagian 8 minggu setelah injeksi. n= 3 

hewan coba. Pulo Langerhans dan sel ß yang diinduksi dihitung sebagai sampel pAd-M3. Satu tanda bintang p<0.05; dua 

tanda bintang =<0.01; tiga tanda bintang, p<0.001. Data dipreseantasikan sebagai mean±s.d. 

 

Gambar 13. Pemeriksaan ejection fraction (EF), stroke volume (SR) dan cardiac output (CO) ventrikel kiri dilakukan 

dengan MRI dalam waktu 12 minggu setelah infark miokard (n=9 untuk setiap kelompok, p<0,05). Keempat panel 

sebelah kiri menunjukkan pencitraan toraks pada saat jantung dalam keadaan diastolik akhir (relaksasi) atau sistolik 

(kontraksi) dari mencit dsRed atau GMT, dibandingkan dengan kontrol sham-operated dan strain-matched. LV, left 

ventricle; RV, right ventricle. b, qPCR dari atrial natriuretic factor (ANF), brain natriuretic peptide (BNP) dan tenascin 

(TnC) dengan RNA diekstraksi dari zona batas jantung 4 minggu setelah infark dan injeksi dsRed atau GMT.  RQ, 

relative quantification. c, qPCR dari collagen type 1 (Col1a1), Col1a2, Col3a1 dan elastin (Eln) pada RNA yang 

diekstraksi dari zona batas jantung 4 minggu setelah infark miokard dan injeksi dsRed atau GMT. Data b dan c 

dibandingkan terhadap mencit sham-operated yang disuntikan dsRed, diindikasikan dengan garis-terputus-putus. n=3 

untuk setiap genotype. *P<0,05. d, Pengecatan Masson Trichrome pada potongan jantung 8 minggu post-MI disuntikkan 

dsRed atau GMT dengan kuantifikasi ukuran jaringan parut. Skala bar, 500µm. dsRes, n=8; GMT, n=9; *p<0.05. e, 

pengecatan Masson-Trichrome (kiri) dan imunofluoresecent untuk œ-actinin dan/atau ß-galactosidase (ß Gal; kanan) 

pada GMT yang disuntikkan pada jantung mencit periostin-Cre: R26R-lacZ 4 minggu pasca-pembedahan. Skala bar, 500 

µm pada panel kiri, 50 µm pada ketiga panel kanan. Error bar : sem. 

Besaran infark berkurang dan perbaikan fungsi 

jantung terjadi setelah diberikan GMT pada mencit 

yang dilakukan ligase koronaria (Gambar 13b). 

Pemberian kaset polysistonic MGT yang 

menghasilkan peningkatan level Mef2c, 

memicu  reprogramming lebih optimal secara 

in vivo. 69  Hal ini menunjukkan pentingnya 

pengaturan dosis tiap faktor. Pembentukan iCM in 

vivo yang baru dapat meningkatkan densitas kapiler. 

Namun, pemberian terapi ajuvan dapat 

meningkatkan angiogenesis sehingga meningkatkan 

fungsi lebih lanjut setelah reprogramming direk. 

Pemberian thymosin ß4- suatu protein yang 

mengikat 43 asam amino pada G-actin dapat 

meningkatkan angiogenesis dan survival sel, 

proliferasi dan migrasi. 70,71– meningkatkan 

regenerasi yang dimediasi GMT sehingga 

meningkatkan ejeksi fraksi pada setiap denyutan  

jantung. 67  Thymosin ß4 juga mengaktivasi sel 

epikardial, yang memiliki efek regeneratif.  

Pemberian vascular endothelial growth factor 

(VEGF) bersama dengan GMT dapat memberi  

efek perbaikan fungsi jantung yang sama. 72 

 

Reprogramming in vivo juga memberi  reduksi 

fibrosis secara signifikan, sebab  iCM mensekresi 

faktor yang menghambat ekspresi kolagen dan 

aktivitas matrix metalloproteinase. Fibroblast yang 

diinfeksi faktor reprogramming yang gagal 

mereprogramnya secara intrinsik akan berubah 

sehingga tidak meningkatkan fibrosis. Kombinasi 

efek ini bertanggung jawab terhadap perbaikan 

fungsi jantung dan mengurangi pembentukan 

jaringan parut setelah injuri. 3  

  

Di samping dapat membentuk kardiomiosit, 

reprogramming direk dapat membentuk miosit 

khusus yang tidak berkontraksi sebagai sel 

pacemaker. Ekspresi Tbx18 jelas dapat menginduksi 

nasib sel kardiomiosit dengan aktivitas yang 

menyerupai pacemaker.73   Adenoviral yang 

membawa Tbx18 secara in vivo pada model kelinci 

coba dengan bradikardia dapat mengembalikan 

denyutan jantung menjadi normal, menunjukkan 

potensi perbaikan mekanik pacemaker. Meskipun 

diperlukan penyempurnaan, regenerasi pacemaker 

dan sel konduksi khusus lainnya dapat mengoreksi 

gangguan irama jantung. 74  Namun diperlukan 

transkriptom sel sebagaimana dilaporkan 

Vedantham et al., untuk sel pacemaker dengan 

pendekatan sekuensi RNA memakai  sel tunggal 

di masa mendatang. 75  

 

Jantung dewasa sedikit memiliki  progenitor aktif 

dengan kapasitas regeneratif terbatas seperti 

ketidakmampuan menggantikan jaringan rusak oleh 

kejadian iskemik. Sebaliknya zona khusus otak 

memiliki  derajat plastisitas dan kapasitas migrasi 

yang tinggi. 76,77  Misalnya,  stem cell neural dapat 

bermigrasi ke area otak yang rusak dan 

berdiferensiasi menjadi lineage neural pada model 

roden dengan injuri otak. 78,79  

 

Dengan memakai  faktor transkripsi Sox2, Niu 

et al., mereprogram astrosit endogen menjadi 

neuroblast yang mampu berproliferasi. 80  Kemudian, 

faktor pertumbuhan brain-derived neurotrophic 

factor (BDNF) dan noggin atau histone deacetylase 

inhibitor valproic acid merangsang induksi 

neuroblast membentuk neuron yang berfungsi secara 

elektrofisiologik berintegrasi dengan neural lain. 

Pendekatan ini secara efektif mengkonversi astrosit 

medula spinalis menjadi stem cell neural yang 

berproliferasi membentuk interneuron sinaps di 

medula spinalis pada  model mencit dengan atau 

tanpa injuri berat. 81   

 

Mekanisme konversi yang dimediasi Sox2 dari 

astrosit residen menjadi progenitor neural yaitu  

melalui progresivitas dari neuroblast Asc11+ dan 

Dcx+ sebagai progenitor intermediate. 82  

pemakaian  Ascl1 saja telah cukup untuk 

mereprogram astrosit menjadi neuron yang 

diinduksi. 83  Sox2 juga dapat mereprogram perisit di 

dalam otak menjadi neuron diinduksi, hal ini 

menunjukkan bahwa efeknya tidak hanya untuk 

astrosit. 84 Sel glia yang menjadi reaktif oleh injuri 

luka tusukan atau sel glia sebab  penyakit Alzheimer 

dapat direprogram memakai  NeuroD1 

membentuk neuron glutamatergik dan neuron 

GABAergik. 84  Jadi, faktor spesifik dapat 

menginduksi nasib neuron. 3  

 

Gliosis yaitu  suatu proses injuri otak yang 

melibatkan aktivasi sel glia berproliferasi dan 

menjadi hipertrofik di area otak dengan injuri. 

85,86,87,88 Sel glia, termasuk astrosit, sel NG2, 

mikroglia, mengalami respon reaktif terhadap injuri 

untuk membentuk sistem pertahanan terhadap invasi 

mikroorganisme dan sitotoksin di jaringan 

sekitarnya. 85,86,87,88  Jika terjadi aktivasi, sel glia 

reaktif menempati area injuri dan menghasilkan 

faktor neuroinhibitori untuk mencegah pembentukan 

neuron, sehingga terbentuk jaringan parut glia di 

dalam otak. 88 Kondisi ini dapat dijunpai pada stroke, 

injuri medulla spinalis, glioma, dan gangguan 

neurodegeneratif seperti Alzheimer. 88,89,90,91 

 

Dalam penelitian Guo et al., mendapatkan bahwa 

pemakaian  retrovirus yang menyandi faktor 

Stem Cell Epigenetik 

125 

transkripsi tunggal NeuroD1 dapat mereprogram 

astrosit dan sel NG2 menjadi neuron di dalam 

korteks mencit secara in vivo. 85 Rekaman 

elektrofisiologik menunjukkan respon sinaptik 

secara spontan pada neuron yang dikonversi 

NeuroD1 (Gambar 14).85 Dengan reprogram 

secara in vivo dari sel glia reaktif menjadi neuron 

yang berfungsi dapat menjadi suatu pendekatan 

terapeutik pada gangguan otak akibat injuri atau 

penyakit. 85  

 

 

 

Gambar 14. Konversi sel glia reaktif menjadi neuron secara in vivo setelah injuri otak. (A) Penyuntikan retrovirus yang 

mengekspresikan GFP (hijau) ke dalam kortek mencit menunjukkan astrosit reaktif positif GFAP (merah) di tempat injuri 

14 hari pascasuntikan (DPI). (B dan C) Sel diinfeksi NeuroD1-IRES-GFP (hijau) bersifat imunopositif untuk marker 

neuron DCX (B, 3DPI) dan NeuN (C, 7 DPI). (D) Setelah 21 DPI, neuron dikonversi dari NeuroD1 (NeuU positif, kepala 

panah) menunjukkan pembentukan banyak neuron. Skala bar, 20mm untuk (A) dan (D); 40 mm untuk (B) dan (C). (E) 

Data kuantitatif menunjukkan jumlah neuron dikonversi per area dan efisiensi konversi setelah infeksi NeuroD1. (F dan 

G) Neuron dikonversi dari NeuroD1 menunjukkan imunopositif terhadap marker neuron kortikal Tbr1 (F) dan deep layer 

marker Ctip2 (G, 12 DPI). Skala bar : 100 mm untuk image kekuatan rendah, 40 mm untuk image kekuatan tinggi. (H 

dan I) Gambaran representatif untuk rekaman kortikal menunjukkan arus Na+ dam K+ (H) dan potensial aksi ulangan (I) 

pada neuron dikonversi dari NeuroD1 (30 DPI). (J) Gambaran representatif menunjukkan kejadian sinaptik spontan pada 

neuron dikonversi NeuroD1 (26 DPI) pada rekaman kortikal. (K) Kejadian evoked synaptic yang direkam dari neuron 

yang dikonversi.  

Gambar 15. Transplantasi sel iHep ke dalam hati mencit Fah-/-Rag2-/-. Kurva survival Kaplan Meier dari mencit yang 

ditransplantasi hepatosit primer (Hepa-F/R, n=10), mencit Fah-/-Rag2-/- yang ditransplantasi sel iHep (iHep-F/R, n=2), 

mencit Fah-/-Rag2-/- ditransplantasi TTF (TTF-F/R, n=6 dan kelompok mencit Fah-/-Rag2-/- sebagai kontrol (F/R, n=10) 

setelah dihentikan NTBC. * p<0,02, log-rank test. c, Repopulasi sel iHep pada hati Fah-/-Rag2-/- ditentukan dengan 

imunostaining Fah (pengecatan sitoplasma berwarna coklat). d, Sel iHep betina ditransplantasikan ke dalam hati Fah-/-

Rag2-/-. Potongan hati serial diwarnai dengan imunostaining Fah dan pengecatan kromosom Y FISH  (titik merah). Batas 

nodul Fah+ diindikasikan dengan garis kuning. 

 

Dua kelompok peneliti menunjukkan secara 

independen bahwa fibroblast mencit dapat 

direprogram secara langsung menjadi sel hepatosit 

dikenal sebagai induced hepatocyte (iHep) 

memakai  faktor transkripsi. 92,93 Sekiya dan 

Suzuki 93 menunjukkan bahwa induksi memakai  

fibroblast mencit dilakukan dengan transduksi 

Hnf4α dan Foxa1. Sel iHep menunjukkan morfologi 

khas dengan ekspresi gen hepar dan berfungsi 

sebagai hepatosit. Namun Morris et al., akhir-akhir 

ini mengemukakan bahwa sel yang diinduksi dengan 

metode Sekiya dan Suzuki berasal dari progenitor 

endoderm daripada hepatosit yang terdiferensiasi. 94  

Studi Morris mendapatkan bahwa sel yang diinduksi 

memiliki  kapasitas berdiferensiasi baik menjadi 

sel menyerupai hepatosit atau sel menyerupai usus 

secara in vitro, bergantung pada level ekspresi Hnf4 

dan Foxa1 dan kombinasi faktor transkripsi lain. 

Stem Cell Epigenetik 

127 

Transplantasi sel yang diinduksi ke dalam hati dan 

kolon masing-masing dapat berdiferensiasi menjadi 

hepatosit matur dan epitelium kolon. Hal ini 

menunjukkan bahwa lingkungan mikro penting 

sebagai penentu nasib sel. 95 

 

Studi Huang et al., menunjukkan bahwa fibroblast 

tail–tip mencit dapat direprogram memakai  

Gata4, Hnf1a dan Foxa3 dengan inaktivasi p19arf 

menjadi sel hepatosit. Hasil sel ini menunjukkan 

morfologi epitel dengan ekspresi gen hepar dan 

dapat berfungsi sebagai hepatosit. Sel iHep dapat 

memperbaiki mencit dengan defisiensi 

fumarylacetoacetate-hydrolase (Fah 2/2) dan dapat 

menyelamatkan hampir separuh mencit ini dari 

kematian (Gambar 15). 92  Strategi ini tentu akan 

bermanfaat untuk rekayasa hepar sehingga dapat 

digunakan dalam kedokteran regeneratif. 

 

Stem cell yang menyerupai hematopoietik dapat 

mengadakan engraftment jangka panjang menjadi 

multilineage yang dihasilkan dari progenitor 

limfoid dan mieloid dengan sel efektor  mieloid 

dilakukan ekspresi ektopik memakai  6 faktor 

transkripsi Run1t1, Hlf, Lmo2, Prdm5, Pbx1, dan 

Zfp37 yang secara selektif mengekspresikan stem 

cell atau progenitor hematopoietic (Gambar 16).96  

Keberhasilan engrafment hematopoietic stem cell 

(HSC) memerlukan lingkungan mikro sumsum 

tulang sebagai niche untuk HSC dalam penentuan 

nasib sel. 

 

Batta et al., menunjukkan bahwa fibroblast mencit 

dapat direprogram menjadi progenitor 

hematopoietik multilineage melalui ekspresi 

ektopik dengan faktor transkripsi Erg, Gata2, 

Lmo2, Runx1c, dan Scl. Pembentukan sel 

hematopoietik didahului oleh pembentukan endotelium 

hemogenik, menyerupai perkembangan darah masa 

embrio. Hasil ini menunjukkan bahwa kombinasi 

faktor transkripsi cukup mereprogram 

perkembangan sel melalui berbagai tahapan 

kompleks, dinamik secara in vitro (Gambar 16). 

Reprogramming direk dapat memberi  platform 

untuk membuka tabir mekanisme nasib 

perkembangan sel pada tingkat molekuler. 

 

Akhir-akhir ini Han et al., melaporkan bahwa 

fibroblast mencit dapat direprogram secara langsung 

menjadi sel endotel memakai  5 faktor traksripsi 

yaitu Foxo1, Er71, Klf2, Tal1 dan Lmo2.97 Sel 

endotel yang terbentuk (iEC, induced endothelial 

cell) dapat berfungsi sebagai sel endotel matur  

dengan melepaskan nitric oxide dengan rangsangan 

asetilkolin atau vascular endothelila growth factor. 

Transplantasi sel endotel yang dinduksi ini dapat 

meningkatkan engiogenesis dan perfusi anggota 

gerak pada model mencit dengan iskemia anggota 

gerak (Gambar 17). 97 Hal ini menunjukkan potensi 

terapi untuk tujuan regeneratif pada penyakit 

vaskuler iskemik. 95  

 

 

Gambar 16. Ekspresi ektopik dengan faktor transkripsi 

Erg, Gata2, Lmo2, Runx1c, dan  Scl dapat mereprogram 

fibroblast menjadi hematopoietic progenitor cell dan 

menghasilkan berbagai jenis sel darah. 

Dari pemaparan mengenai reprogramming direk di atas 

menunjukkan bahwa teknik ini berpotensi 

menghasilkan beberapa  tipe sel dari fibroblast, meliputi 

pankreas, kardiomiosit, neuron, hepar, hemaptopietic 

stem/progenitor cell, sel endotel (Gambar 

18).13,16,64,92,95,97,98 Penemuan ini menunjukkan bahwa 

sel memiliki plastisitas yang jauh lebih besar dari 

perkiraan sebelumnya, setelah penemuan iPSC oleh 

Takahashi dan Yamanaka yang menginspirasi 

pendekatan menghasilkan tipe sel yang spesifik ini. 

Reprogramming direk saat ini menjadi fokus utama 

dalam penelitian biologi dasar. 95   

5. Differensiasi Reprogram Sel 

 

128 

 

 

Gambar 17. Peningkatan perfusi anggota gerak memakai  induced endothelial cell (iEC) pada model mencit dengan 

iskemia anggota gerak. A, Foto memperlihatkan suntikan iEC intramuskuler untuk menyelamatkan angota gerak. B, 

Laser Doppler perfusion imaging (LDPI) menunjukkan pemulihan perfusi setelah implantasi iEC. C, Kuantifikasi LDPI. 

D, Pemeriksaan histologik iskemia anggota gerak yang diambil 14 hari setelah pembedahan menunjukkan peningkatan 

densitas kapiler pada mencit ditransplantasi iEC. E, Perhitungan densitas kapiler. n 3-5 hewan coba pada setiap 

kelompok. Data dipresentasikan dalam mean±SEM. 

Gambar 18. Ringkasan reprogramming direk memakai  faktor transkripsi spesifik. beberapa  tipe sel, termasuk 

induced pluripotent stem cell dan berbagai subtipe sel, neuron, kardiomiosit, sel endotel, hematopoitic stem/progenitor 

cell, hepatosit, sel otot skeletal dan sel β pankreas dapat diinduksi dari sel heterogen dengan overekspresi faktor 

transkripsi. BAM menunjukkan Brn2, Ascl1 dan Myt1l. 

Reprogramming in vivo pada jantung dapat 

menghasilkan iCM (induced caradiomyocyte) matur 

dalam memperbaiki infark miokard. Suntikan faktor 

reprogramming secara langsung ke dalam otot yang 

rusak dapat mengkonversi populasi fibroblast 

jantung, yang berjumlah >50% dari sel jantung 

menjadi iCM. Pendekatan reprogramming in vivo 

memiliki  beberapa keuntungan. Pertama, proses 

mudah, kedua, terhindar dari induksi sel pluripoten 

sebelum difirensiasi jantung sehingga memiliki  

risiko pembentukan tumor yang jauh lebih kecil, dan 

ketiga, suntikan langsung dengan faktor transkripsi 

tidak memerlukan transplantasi sel,  namun 

kelangsungan hidup sel jangka panjang dengan 

reprogramming in vivo merupakan suatu tantangan 

(Gambar 19).99,100,101,102,103,104 

 

Hasil penelitian pada hewan coba memberi  

proof-of concept bahwa reprogramming in vivo 

direk ini merupakan pendekatan kedokteran 

regeneratif, namun tantangan selain survival sel 

jangka panjang dan efisiensi reprogramming harus 

dapat diatasi sebelum teknologi ini dapat dimanfaat 

untuk kesehatan manusia. Menghilangkan rintangan 

epigenetik untuk meningkatkan reprogramming 

dapat meningkatkan efisiensi reprogramming. 25  

Alternatif lain yaitu  interferensi CRISPR (clustered 

regularly interspaced short palindromic repeats) 

genome editing untuk mengatasi rintangan dalam 

konversi nasib sel.  

 

Uji klinis terhadap hewan besar diperlukan untuk 

menguji keamanan dan efikasi, terutama terhadap 

organ jantung, sebab  diperlukan jumlah sel besar 

untuk regenerasi daripada hewan kecil. Isu 

keamanan tidak hanya meliputi cara pemberian, 

tetapi juga potensi sel reprogram parsial dalam 

menimbulkan gangguan aritmia. Untuk kondisi yang 

belum memiliki  pendekatan yang efektif, 

perbaikan minimal merupakan suatu keberhasilan.  

 

 

 

 

Gambar  19. Terapi regeneratif jantung masa mendatang. Hilangnya jaringan jantung digantikan oleh jaringan fibrosa 

terutama terdiri dari fibroblast jantung dan matrik ekstraseluler. Pendekatan transplantasi sel memakai  kardiomiosit 

yang diperoleh dari induced pluripotent stem cell (iPSC) (atas). Pendekatan reprogramming direk dapat mengkonversi 

fibroblast jantung endogen secara langsung menjadi kardiomiosit dengan faktor transkripsi secara in situ (bawah).  

 

enemuan sel somatik yang direprogram melalui 

ekspresi faktor transkripsi menjadi sel 

menyerupai embryonic stem cell dikenal sebagai 

induced pluripotent stem cell (iPSC) telah membuka 

jalan bagi kedokteran regeneratif. 1 Penemuan ini 

telah menggeser fokus penelitian pada komunitas 

peneliti dengan memakai  adult stem cell yang 

terdiferensiasi untuk menghasilkan tipe sel yang 

spesifik untuk jaringan lain, yang dikenal dengan sel 

plastisitas, transdiferensiasi atau lineage 

reprogramming. 2,3,4 

 

Kapasitas regenerasi organ tubuh manusia terbatas 

dalam memperbaiki kerusakan jaringan dan organ 

seperti jantung, pankreas, hati, darah. Dengan 

aktivasi terhadap stem cell niche, maka sel dapat 

berproliferasi untuk menggantikan sel yang rusak 

misalnya di dalam hati. Namun, beberapa hewan lain 

mampu beregenerasi menggantikan kerusakan organ 

yang luas, misalnya organ jantung pada zebrafish, 

dan regenerasi anggota gerak pada salamander. 5  

Dengan mempelajari daya regenerasi pada tingkat 

molekuler dan seluler, dapat dikembangkan strategi 

regenerasi pada manusia.6 

 

Mekanisme yang berhubungan dengan regenerasi 

alamiah yaitu  dediferensiasi, yaitu perubahan dari sel 

terdiferensiasi menjadi sel yang kurang terdiferensiasi 

dari lineage sendiri. Proses ini memungkinkan sel 

berproliferasi kembali sebelum rediferensiasi, sehingga 

dapat menggantikan sel yang rusak (Gambar 1).7 

Sedangkan transdiferensiasi yaitu  mekanisme alamiah 

yang pertama kali diamati pada lensa mata salamander 

satu abad yang lalu. 5 Proses ini melalui dediferensiasi 

dan berubah menjadi lineage, sehingga berdiferensiasi 

menjadi tipe sel lain. 5 Bab ini akan memfokuskan 

pembahasan plastisitas stem cell terutama organ 

jantung dan pankreas, proses dediferensiasi dan 

transdiferensiasi yang mengubah fenotipe sel pada 

tingkat molekuler dan sel, termasuk faktor transkripsi 

yang berperan pada perubahan lineage sel, faktor 

epigenetik yang berpengaruh terhadap ekspresi profil 

sel, sehingga diharapkan dapat bermanfaat dalam 

regenerasi dan perbaikan terhadap sel yang mengalami 

kerusakan akibat penyakit jantung dan diabetes melitus 

serta penyakit lainnya.  

Stem Cell Epigenetik 

137 

 

 

Gambar 1. Sumber stem cell untuk kedokteran regeneratif. Embryonic stem cell (ESC) menghasilkan tiga lapisan sel 

germinal dan merupakan sumber sel ideal untuk stem cell yang khusus untuk jaringan. Namun, kekhawatiran etika dan 

politik, risiko pembentukan tumor dan kemungkinan rejeksi imun membuat ESC alogenik sulit diterapkan dalam terapi. 

Penemuan induced pluripotent stem cell  (iPSC) dari sel pasien dapat mengatasi kekhawatiran tersebut. Namun, isu 

keamanan berkaitan dengan reprogramming telah terpecahkan. Fenomena plastisitas stem cell (atau transdiferensiasi), 

yaitu kemampuan menghasilkan stem cell yang spesifik untuk jaringan dengan tipe stem cell organ lain, memberi  

sumber stem cell yang dapat diaplikasikan untuk kedokteran regeneratif. pemakaian  adult stem cell akan terhindar dari 

kekhwatiran etika dan politik, imunologik dan potensi pembentukan tumor, yang dapat terjadi pada transplantasi ESC 

atau iPSC. 

 

    

KARDIOMIOGENESIS 

 

Paradigma lama menyatakan bahwa jantung 

merupakan suatu organ yang tersusun atas jumlah 

miosit yang telah ada sejak lahir dan tidak pernah 

berubah sepanjang hidupnya hingga kematian. 8 

Perubahan struktur protein yang terjadi dianggap 

sebagai mekanisme untuk mempertahankan 

performan dan kelangsungan hidup sel. 8,9,10 Secara 

ilmiah, pandangan ini tidak benar akibat kesalahan 

teknik, misalnya kesulitan dalam mengidentifikasi 

nuklei yang sedang bermitosis, 11 level sintesis DNA 

yang diukur dengan inkorporasi 3 H-thymidine 

terabaikan, 12 sehingga menganggap bahwa jantung 

tidak mampu beregenerasi setelah terjadi infark. 13  

 

Dogma ini telah berubah dengan ditemukan bahwa 

kardiomiosit memiliki  daya regenerasi. ada  

5 sumber potensi kardiomiosit pada jantung dewasa 

(Gambar 2). 13 : 1. Kardiomiosit bukan sel 

terdiferensiasi terminal dan dapat masuk kembali 

dalam siklus sel dan membelah, (2) Dediferensiasi 

kardiomiosit secara in vivo untuk mendapatkan 

fenotipe sel primitif kemudian berkembang biak, (3) 

Kardiomiosit berasal dari engraftment dan komitmen 

hematopoietic stem cell (HSC), (4) Kardiomiosit 

merupakan progeni cardiac stem cell (CSC) residen, 

yang mengatur perubahan sel secara fisiologik dan 

perbaikan jantung setelah injuri, (5) Kardiomiosit 

dihasilkan dari kombinasi keempat mekanisme sel 

ini. Terapi sel pada jantung dekompensasi harus 

didasarkan pada pengetahuan biologi dasar. sebab  

itu, pemahaman asal kardiomiosit merupakan hal 

yang penting untuk perkembangan strategi dalam 

meningkatkan respon pertumbuhan miokardium 

(Gambar 3). 13 

6. Stem Cell: Plastisitas dan Dediferensiasi 

 

 

Gambar 2. A-D. Mekanisme potensi kardiomiogenesis. α-SA menunjukkan α-sarcomeric actin; ANP, atrial natriuretic 

peptide; HSC, hematopoietic stem cells; SM, smooth muscle; CSC, cardiac stem cell 

 

 

PROBLEMA EVALUASI REGENERASI 

KARDIOMIOSIT  

 

Kesulitan terjadi pada evaluasi proliferasi miosit 

dengan berbagai metodologi pengukuran. 13  

Pengukuran jumlah miosit ventrikel yang ideal tanpa 

kematian sel merupakan pendekatan satu-satunya 

yang dapat menunjukkan derajat hiperplasi sel 

miosit. 13 Namun, hilangnya miosit yang luas, 

bersamaan dengan injuri miokard pada berbagai 

tempat dan timbulnya jaringan parut memicu  

analisis penggantian sel pada jantung dekompensasi 

terlalu rendah. 13  

 

Beberapa laporan mengemukakan bahwa miosit 

ventrikel manusia dapat masuk kembali ke dalam 

siklus sel dan mensintesis DNA. 14,15,16 Namun, 

apakah replikasi DNA memicu  ploidi, 

kariokinesis tanpa sitokinesis, atau kariokinesis 

diikuti sitokinesis menimbulkan perdebatan. 13 

Meskipun studi morfometrik menunjukkan bahwa 

regenerasi miosit dapat terjadi pada jantung 

hipertrofik berat tanpa perubahan sel mononukleus 

dan binukleus, namun sulit menghitung jumlah 

mitotik di dalam miosit. 13 

 

Lokalisasi proliferating cell nuclear antigen 

(PCNA) pada kardiomiosit fetus dan dewasa pada 

manusia dan identifikasi pembelahan miosit pada 

pemeriksaan potongan histologik pertama kali 

diperoleh pada pertengahan tahun 1990 an (Gambar 

4). 16,17,18 Pengukuran indeks pembelahan miosit dan 

sel interstisial memberi  estimasi terhadap 

fenomena ini.  

Stem Cell Epigenetik 

139 

 

 

Gambar 3. Siklus sel dan pembelahan kardiomiosit. A, Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) diekspresikan di dalam 

beberapa nuklei (kepala panah) pada miokardium fetus manusia diambil dari otopsi. B, Lokalisasi nukleus PCNA di 

dalam kardiomiosit (panah) pada jantung manusia dengan kardiomiopati iskemik. PCNA dideteksi memakai  alkali 

fosfatase diberi label streptavidin dan sarcomeric actin (α- SA) dengan immunoperoxidase. C, Pembelahan miosit 

manusia ada  pada zona batas pada pasien yang meninggal akibat infark miokard yang luas. Pengecatan hematoxylin 

dan eosin. D, Gambaran mitosis miosit pada jantung dengan kardiomiopati iskemik. Myofibril, α-SA (coklat muda); 

muklei, hematoxyline (biru). Skala bar 10µm.  

 

Dengan memakai  teknik yang lebih canggih 

dapat diperoleh bukti replikasi kardiomiosit dan 

kariokinesis dan sitokinesis. 19,20,21 pemakaian  

imunolabeling dan mikroskop konfokal 

mendapatkan resolusi pencitraan dan akurasi data 

kuantitatif. 13 Pemeriksaan histologik rutin tidak 

mampu mendeteksi gambaran mitosis di dalam 

kardiomiosit pada jantung normal, ekspresi protein 

siklus sel, pembelahan nukleus dan pembelahan sel 

miosit dapat diidentifikasi memakai  

imunolabeling dengan marker sel proliferasi Ki-67  

dan mikroskop  konfokal. 20,21  

 

ada  2 studi dalam mengukur kecepatan sintesis 

DNA pada kardiomiosit jantung manusia. 

Pendekatan pertama dilakukan Bergmann et al., 

berdasar  pemakaian  14C yang terjadi selama uji 

coba senjata nuklir di atmosfer pada waktu perang 

dingin. Atmosfer 14C masuk ke dalam tumbuh-

tumbuhan dan dimakan manusia, sehingga dapat 

ditandai pembelahan sel di dalam DNA.  Setelah 

perjanjian pembatasan uji coba nuklir 1963, kadar 

14C di atmosfer menurun drastis. Dengan demikian, 

kondisi pulse chase assay dapat digunakan untuk 

menghitung pertanggalan sel, dengan 

mengidentifikasi saat kadar 14C di atmosfer 

bersesuaian dengan DNA. Sebagaimana terjadi, non-

kardiomiosit pada jantung manusia didapati lebih 

muda daripada pasien, dengan 18% pergantian per 

tahun dalam selang waktu rata-rata 4 tahun. DNA 

yang diperoleh dari isolasi nuklei kardiomiosit 

(memakai  pengecatan troponin nukleus) lebih 

6. Stem Cell: Plastisitas dan Dediferensiasi 

 

140 

muda daripada pasien meskipun tidak semuda non-

kardiomiosit. Sebelum diinterpretasi sebagai 

pembelahan sel, perlu disingkirkan poliploidisasi. 

Untuk melakukan hal ini, peneliti melakukan sortir 

nuklei  kardiomiosit dengan isi DNA dan analisis 

DNA diploid. Nuklei kardiomiosit diploid juga lebih 

muda daripada pasien, menunjukkan bukti adanya 

pembelahan sel. Modeling matematik menunjukkan 

regenerasi kardiomiosit bergantung pada usia, 

dengan 1% kardiomiosit mengalami renewal per 

tahun pada usia 20 tahun, dan 0,4% pada usia 75 

tahun. berdasar  hal ini, 45% kardiomiosit 

diprediksi mengalami renewal pada kehidupan 

normal dan 55% sel menetap sejak lahir. 22 

 

 

 

Gambar 4. IdU di dalam kardiomiosit manusia. A. Beberapa nuklei miosit (panah) dan nonmiosit (kepala panah) diberi 

label IdU (hijau). Miosit positif terhadap œ-sarcomeric actinin (œ-SA, merah). Laminin (putih) sebagai pembatas miosit 

dan sel interstisial. B. Kromosom metafase pada nukleus miosit yang membelah (panel atas) diberi label IdU (panel 

bawah). C. Persentase nuklei miosit yang positif terhadap idU pada masing-masing 8 pasien disuntik analog timidin. 

Interval antara pemberian IdU hingga kematian pasien ditunjukkan dalam grafik. Juga ditunjukkan pembentukan miosit 

rata-rata pada 8 pasien. D. Nuklei miosit yang ditunjukkan dalam kotak persegi panjang dengan label IdU bertitik-titik 

(putih). Label IdU nuklei miosit difus (panah). Kedua label IdU titik dan difus diambil dari sampel miokardium pada saat 

pasien meninggal. Kontrol positif untuk MCM5 (kuning) ditunjukkan pada kedua panel bawah. 

Pendekatan kedua dilakukan Kajstura et al., dengan 

kecepatan sintesis DNA jantung diperoleh dari 

hasil pemeriksaan jantung post-mortem dari pasien 

dengan kanker yang diberi analog iododeoxurudine 

(IdU). 16 Obat ini dapat masuk ke dalam DNA yang 

baru terbentuk, dan menimbulkan sensitisasi sel 

terhadap terapi radiasi. IdU diberikan dalam bentuk 

suntikan bolus atau infus selama beberapa minggu 

dengan masa terapi dan kematian dari 7 hari 

sampai 4,3 tahun. Dengan memakai  

pemeriksaan signal IdU dan identifikasi 

kardiomiosit secara imunohistokimia, peneliti 

mendapatkan kecepatan tinggi pada label DNA 

kardiomiosit, berkisar 2,5%-46%. Tidak ada 

pengecatan IdU pada jantung kontrol dari pasien 

tanpa kanker yang tidak terpapar dengan 

radiosensitizer. Modeling matematik menunjukkan 

bahwa pergantian kardiomiosit dengan kecepatan 

22% per tahun, dibandingkan dengan 20% untuk 

fibroblast dan 13% untuk sel endotel, berarti masa 

hidup masing-masing sel sebesar 4,5, 5 dan 8 

tahun. Sel jantung yang baru terbentuk 

menunjukkan fenotipe dewasa dengan sel 

terdiferensiasi dan tidak menunjukkan protein p16 

INK4a yang bersifat penuaan. Jumlah nuklei yang 

dilaporkan sebagai diploid berjumlah 83% dengan 

pemeriksaan mikroskop konfokal dan flow 

cytometry yang menggambarkan pembelahan sel, 

bukan peningkatan plodi nukleus. 16 

 

Sulit untuk mempertemukan kedua studi, sebab  

perbedaan amat mencolok sebesar 50 kali lipat.10,23,24  

Perbedaan yang penting tampaknya berhubungan 

dengan aktivitas sintesis DNA kardiomiosit dengan 

kecepatan lebih tinggi pada pasien kanker diterapi 

IdU.24  Kajstura et al., melaporkan bahwa sintesis 

DNA (berdasar  imunolabelling marker 

proliferasi sel Ki 67) tiga kali lebih rendah pada 

jantung pasien kontrol tanpa kanker daripada 

jantung pasien dengan kanker. Tidak disingkirkan 

kontribusi DNA repair, yang dapat menyamar 

sebagai replikasi DNA pada assay ini. Hal ini 

terutama terjadi pada pasien yang mendapat terapi 

radiasi plus radiosensitizer. 24 Kajstura et al., 

menyatakan bahwa hanya nuklei kardiomiosit 

senesen (tua) yang mengandung troponin, sehingga 

membuat studi Bergmann dan kawan-kawan 

mendapat proliferasi yang rendah. Namun studi 

Bergmann berikutnya mendapatkan bahwa hampir 

semua nuklei kardiomiosit diidentifikasi dengan 

pencegatan troponin. 25  Penemuan Kajstura et al., 

berkontradiksi dengan prinsip yang telah diterima 

baik. Pertama, penemuan ini mendapatkan bahwa 

lebih dari 80% nuklei kardiomiosit yaitu  diploid, 

sedangkan sebagian laporan menyatakan poliploid. 

Jika nuklei yaitu  polipoid berarti perkiraan 

poliploidisasi menjadi dasar peneliti terhadap 

sintesis DNA. 

 

Kedua studi memberi  bukti amat kuat bahwa 

jantung manusia bersifat plastisitas. Bukti 

morfometrik sintesis DNA dan peningkatan jumlah 

kardiomiosit pada penyakit jantung. Pembelahan 

kardiomiosit atau pembentukan sel progenitor dapat 

terjadi pada manusia, namun dengan proses yang 

sangat lambat. 25 

 

 

DEDIFERENSIASI KARDIOMIOSIT  

 

Dediferensiasi kardiomiosit pada jantung mamalia 

didasarkan pada interpretasi mikroskop elektron; 

ditandai dengan hilangnya materi kontraktil secara 

parsial dan Z line abnormal. Retikulum endoplasmik 

dan T-tubule berkurang sedangkan jumlah 

mitokondria meningkat dengan akumulasi glikogen. 

Di samping itu peningkatan gen fetus merupakan ciri 

proses konversi miosit postmitotik menjadi sel 

imatur. 9,26 Marker stem cell Run1, sebagai faktor 

transkripsi yang mengatur diferensiasi hematopoietic 

stem cell (HSC) menjadi sel darah matur, 26  level 

mRNA surface antigen c-kit yang ada  di dalam 

HSC, stem cell paru, 27,28 meningkat hanya pada 

preparat kultur dari dediferensiasi miosit.  

 

Kubin et al., mengemukakan bahwa dediferensiasi 

miosit merupakan mekanisme dasar proses replikasi 

pada miosit postmitotik pada manusia. Setelah 

reprogramming molekuler ini, kardiomiosit dapat 

membelah dan berkontribusi terhadap pengaturan 

homeostatik organ dan bertanggung jawab terhadap 

integritas struktur dan fungsi miokardium setelah 

injuri. Oncostatin M (OCM) yang mengaktivasi 

reseptor OSM di dalam kardiomiosit mengubah 

miosit dewasa menjadi sel fetus-neanatus. 26 

Dediferensiasi kardiomiosit dimediasi OCM 

membantu mempertahankan performan jantung dan 

menurunkan kematian setelah infark,  menunjukkan 

bahwa manfaat dediferensiasi meningkatkan tahanan 

terhadap hipoksia, sehingga lebih bersifat toleran 

terhadap iskemia. 29, 30, 31  

 

Manfaat dediferensiasi kardiomiosit pada kerusakan 

miokat akut berubah menjadi beban terhadap kondisi 

penyakit kronik dengan pemaparan kardiomiosit 

terhadap signaling OCM (Gambar 5). 26 Misalnya, 

pada dilated cardiomyopathy yang kronik 

memicu  daya kontraksi menurun sehingga 

memicu  dilatasi ventrikel bersamaan dengan 

peningkatan muatan hemodinamik. 26  Fenomena ini 

6. Stem Cell: Plastisitas dan Dediferensiasi 

 

142 

menjelaskan mengapa evolusi berlawanan dengan 

aktivasi jalur regeneratif dediferensiasi/rediferensiasi  

pada mamalia. Jalur ini mungkin hanya terjadi pada 

zebrafish dan salamander yang tidak memerlukan 

muatan tekanan untuk mempertahankan tekanan 

darah tinggi. 32  Manipulasi terhadap

 jalur ini 

memungkinkan reprogramming kardiomiosit secara 

komprehensif, memicu  proliferasi sel 

progenitor jantung in situ, sehingga dapat 

meningkatkan fungsi jantung. 26  Jadi, data ini 

menjelaskan bahwa OCM, suatu sitokin inflamatori 

merupakan signal protektif  pada awal stadium injuri 

jantung melalui dediferensiasi kardiomiosit, dengan 

aktivasi  ekspresi gen stem cell berupa Runx1, c-kit, 

and Dab2. Namun, signaling OCM persisten, seperti 

terjadi pada gangguan jantung kronik, mencegah 

kardiomiosit dari rediferensiasi dalam 

mempertahankan daya dan fungsi kontraksi. 33  

 

 

 

Gambar 5. Perbaikan fungsi janung pada hewan transgenik dengan inaktivasi Ob Allele (A) (A). MRI short axis pada 

midventrikel end systolic (Sys)/End-diastolic (Dia) pada WT, OCM receptor-KO (KO), MCP-1 dan MCP-1 KO pada 

mencit usia 6 bulan. Hilangnya reseptor OCM pada mencit MCP-I memicu  geometrik ventrikel kiri dengan 

dilatasi ventrikel dan perbaikan fungsi ventrikel kiri dapat dipertahankan. Perbaikan secara signifikan terjadi pada semua 

parameter fungsional. Error bar menggambarkan standard error. (B) Kurva survival Kaplan Meier menunjukkan 

penurunan survival MCP-1/KO dibandingkan dengan mencit MCP-1 (ditunjukkan pada grafik). (C). Model 

menggambarkan fungsi OCM selama injuri miokardium akut dan kronik. Injuri awal (misalnya infark miokard) 

memicu  invasi makrofag, yang melepaskan OCM. Aktivasi Ob pada awalnya melindungi kardiomiosit dengan 

dediferensiasi dan remodeling awal. Signaling OCM kontinu mengganggu fungsi jantung dan memicu  gagal 

jantung.  

 

PLASTISITAS HEMATOPOIETIC  STEM 

CELL PADA KARDIOMIOGENESIS 

 

Kini pergantian miosit pada jantung dewasa telah 

diterima secara umum. Perdebatan hanya terjadi 

pada besarnya proses ketimbang proses itu sendiri. 23  

Mollova et al., mendapatkan bahwa kardiogenesis 

pada dewasa muda yaitu  1,9% pada usia 20 thun 

memakai  imaged based assay pada sampel 

jaringan dari jantung donor sebelum transplantasi. 

Sehingga dengan semua studi yang ada (Tabel 1), 34   

menunjukkan bahwa pergantian kardiomiosit pada 

mamalia postnatal menunjukkan angka yang amat 

kecil, sekitar 1% per tahun dan angka ini menurun 

dengan berlanjutnya usia. 34  

 

Sel tidak terdiferensiasi mengalami perkembangan 

terbatas pada prenatal dan mekanisme ini bersifat 

ireversibel pada kehidupan dewasa. Pemikiran ini 

ditantang oleh beberapa contoh yang menyatkana 

bahwa satu tipe sel atau satu turunan sel dapat 

berubah menjadi tipe turunan sel lain. 41 

Kemampuan adult stem cell menghasilkan sel di luar 

dari jaringannya sendiri dikenal sebagai plasitisitas 

sel. 13  Saat ini, istilah plastisitas dan 

transdiferensiasi digunakan sebagai sinonim. 13  

 

Konsep transdiferensiasi hematopoietic stem cell-

bone marrow progenitor cell (HSC-BMPC) 

didasarkan pada identifikasi sel jantung perempuan 

di dalam sel jantung laki-laki sebagai resipien. 42  

Transplantasi dengan gender berbeda menunjukkan 

bahwa pada laki-laki didapati jumlah miosit dan 

pembuluh darah koroner mengandung kromosom Y. 

Hal ini menunjukkan adanya kimerisme, yang 

berarti sel laki-laki dapat berkolonisasi di dalam 

jantung perempuan dan berdiferensiasi menjadi 

struktur miosit dan koroner (Gambar 6). 13  Adanya 

sel laki-laki di dalam jantung perempuan 

menunjukkan bahwa sel menyerupai stem cell dapat 

bermigrasi ke alograft jantung dan memberi  tiga 

turunan sel jantung yaitu kardiomiosit, sel endotel 

dan sel otot polos. 13   

 

Kini, HSC-BMPC dengan c-kit positif merupakan 

stem cell yang mampu berkomitmen menjadi 

turunan sel jantung untuk menggantikan sel infark 

pada miokardium dan meningkatkan fungsi 

ventrikel. 43  Hasil ini menunjukkan bahwa 

diferensiasi sel yang disuntikan menjadi fenotipe 

miogenik dan vaskuler sebagai mekanisme 

pemulihan miokard setelah infark. 13 Berbagai studi 

telah mengkonfirmasi pengamatan ini. 44,45,46,47,48,49,50   

 

HSC-BMPS dengan c-kit positif merupakan kelas 

progenitor hematopoietik yang menimbulkan 

perdebatan terhadap plastisitas stem cell. 13  Namun, 

CD34+ cells, CD133+ cells, endothelial progenitor 

cells dan side population cell sumsum tulang telah 

menunjukkan berbagai tingkat transdiferensiasi. 

51,52,53,54  Dalam laporannya, Yeh et al. mendapatkan 

bahwa CD34+ cell yang diperoleh dari darah perifer 

dapat mengadakan transdiferensiasi menjadi 

 

 

Pergantian kardiomiosit  Spesies  Metode   Referensi 

Per tahun (%) 

 

0,5-1,9    Manusia Accelerator mass Bergmann 

      spectrometry  et al., 2009 

22

  

10-40    Manusia Ki67, phosphos-H3, Kajstura  

      Aurora B, IdU  et al., 2010

16

 

7-23    Manusia Accelerator mass Kajstura 

      spectrometry  et al. 2012 

35

 

0,04-4,5   Manusia Phospho-3  Mollova,  

         et al., 2013

36

 

1,3-4    Mencit  BrdU   Malliaras 

         et al., 2013 

37

 

0.74    Mencit  15N, imaging mass Senyo et al 

      spectrometry  2013  

38

  

1.09    Mencit  [

3H

] thymidine  Soonpaa and Field,  

1997  

39

; Soonpaa  

et al., 2013 

40 

  

  

 

 

 

 

 

 

 

 

  

6. Stem Cell: Plastisitas dan Dediferensiasi 

 

144 

kardiomiosit, sel endotelial matur dan sel otot polos 

secara in vivo. Transdiferensiasi dapat ditingkatkan 

dengan injuri jaringan (Gambar 7). 55 sebab  itu, 

pemakaian  CD34+ cells sebagai terapi sel 

merupakan metode yang dapat digunakan untuk 

kerusakan miokardium. 55 

 

 

 

 

Gambar 6. Stem cell homing dan regenerasi miokard. A. Deteksi sel laki-laki di dalam jantung perempuan dengan 

resipien laki-laki. B. Jumlah bome marrow progenitor cell (BMPC) yang ada  di dalam miokardium mencit 48 jam 

setelah injeksi BMPS. C. BMPC dengan fraksi CD45+ dari 12-48 jam setelah implantasi sel. Hasil mean ± SD. *P<0.05 

vs 12 hours; **P<0.05 vs 24 - 36 hours. 

 

Gambar 7. Pengecatan imunoflouresen menunjukkan transdiferensiasi CD34+ cell darah perifer yang disuntikkan secara 

intravena ke dalam mencit tanpa infark miokard. Potongan jaringan jantung yang diperoleh 12 hari setelah suntikan dan 

dilakukan pengecatan untuk HLA-ABC (B dan E), cardiac troponin T (A) dan otot polos dengan œ-actin (D). Image C 

dan F yaitu  hasil merger dari pengecatan ganda. Pembesaran x200. Scaka bar = 10 mm. 

Mesenchymal stromal cell sumsum tulang juga telah 

menunjukkan kemampuan menjadi turunan 

kardiomiosit, meskipun fungsi utama dimediasi oleh 

pelepasan faktor pertumbuhan dan sitokin dengan 

mengaktivasi cardiac stem cell residen. 56c-kit pada 

cortical bone-derived stem cell dapat menghasilkan 

miosit dan pembuluh darah koroner. 57  Cortical bone-

derived stem cell dapat mengadakan transdiferensiasi 

secara langsung menjadi miosit dan secara tidak 

langsung membentuk arteriole dan kapiler koroner 

dengan mengsekresi faktor proangiogenik yang 

merangsang neovaskularisasi endogen. sebab  itu, 

CD34+ cell, CD133+ cell, endothelial progenitor cell, 

bone marrow side population cells,  mesenchymal 

stromal cells dan cortical bone-derived stem cell 

dapat menghasilkan miokardium baru. Namun, faktor 

parakrin juga relevan dalam mekanimes ini, sama 

halnya dengan transdiferensiasi. 13  

 

 

 

Gambar 8. Cortical bone stem cell bertumbuh dan berdiferensiasi selama 6 minggu. A. 1 minggu pasca infark miokard 

dan (B). 2 minggu pasca infak miokard, sampel diberikan immnuostaining untuk œ-sarcomeric actin (œ-SA; putih), 

connexin 43 (merah), dan EGFP (hijau) atau (D) œ-smooth muscle actin (œ-SMA; putih), von Willebrand factor (vWF; 

merah, dan EGFP (hijau). Nuklei diberi label 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI; biru). EGFP : enhanced green 

fluorescent protein. 

Untuk mengetahui diferensiasi cortical bone marrow 

stem cell (CBSC), Duran et al., melakukan kokultur 

CBSC dengan neonatal rat ventricular myocyte dan 

diwarnai dengan œ-sarcomeric actin. Pewarnaan ini 

menunjukkan adanya enhanced green fluorescemt 

protein (EGFP) positive cell mengekspresikan œ-

sarcomeric actin dan menyatu dengan connexin 43 

gap junction, sehingga tampak sebagian EGFP cell 

yang berkontraksi setelah dikultur selama 72 jam. 

Hal ini membuktikan bahwa CBSC dapat 

mengadakan transdiferensiasi menjadi sel yang 

mengekspresikan protein jantung spesifik secara in 

vitro. Dalam penelitian secara in vivo, diperoleh 

bahwa suntikan CBSC dalam 2 minggu setelah 

infark miokard pada mencit menunjukkan 

pemanjangan dan penyatuan aksis kontraksi, dengan 

adanya organisasi sarkomerik dari ekspresi œ-

sarcomeric actin di dalam sitoplasma (Gambar 

8B).56 EGFP cell mengadakan engrafting terhadap 

miosit endogen, sehingga membuktikan adanya 

transdiferensiasi CBSC menjadi kardiomiosit. 56 

 

Dalam studi Sayed et al., mendapatkan bahwa 

fibroblast dapat mengalami transdiferensiasi menjadi 

sel endotel memakai  molekul kecil toll-like 

receptor 3 agonist Poly I:C, dikombinasikan dengan 

faktor pertumbuhan sel endotel. Sel endotel yang 

diinduksi dapat meningkatkan perfusi anggota gerak 

dan neovaskularisasi pada angota gerak iskemik. 

Transdiferensiasi yang efektif ini memerlukan 

aktivasi imun alamiah. 58 Timbul pertanyaan : 

Molekul apa yang meningkatkan transdiferensiasi ? 

Kelompok studi ini mendapatkan bahwa  aktivator 

imunitas alamiah polyinosinic:polycytidylic acid, 

dapat mengaktivasi NO (nitric oxide) yang 

dihasilkan melalui iNOS signaling (Gambar 9). 59 

 

 

 

Gambar 9. Transdiferensiasi berhubungan dengan aktivasi imunitas alamih dan ekspresi inducible nitric oxide synthase 

(iNOS). BJ fibroblast pada pasase 8 dilakukan perlakuan protokol transdiferensiasi untuk menghasilkan induced 

endothelial cells( iEC). A. Data FACS CD31+iEC pada hari ke 28. Sel diberi perlakuan protokol transdiferensiasi dengan 

dan tanpa polyinosinic:polycytidylic acid (PIC). B. Perhitungan persentase CD31+ cell dengan analisis FACS. Level 

ekspresi gen relatif iNOS (C) dan eNOS (D) selama transdiferensiasi pada hari ke 0,,6,14,21, dan 28 dengan real time 

polymerase chain reaction (PCR). *P<0.05, vs ekspresi gen pada hari 0. *P<0.05, vs  CT diberi vehicle. Data 

dipresentasikan sebagai means±SEM dengan 3 eksperimen independen. 

Selanjutnya NO memicu  pembentukan S 

nitrosothiol pada epigenetic modifier ring finger 

protein 1A (RING1A), suatu anggota polycomb 

repressive complex (PRC), yang bekerja mengurangi 

kadar H3K27 trimethylation, dengan berikatan 

terhadap kromatin. Pelepasan represi epigenetik oleh 

nitrosilasi RING1A merupakan faktor penting terjadi 

transdiferensiasi efektif. 

 

Hasil studi menunjukkan bahwa iNOS diperlukan 

untuk memberi  S-nitrosothiol yang secara 

langsung berikatan dengan epigenetic modifier 

sehingga mengatur remodeling kromatin selama 

transdiferensiasi. Karakteristik S-nitrosylation 

yaitu  memberi  efek epigenetik, yaitu 

memicu  S-nitrosilasi RING 1A dan 

memicu  disosiasi dari kromatin, sehingga 

mengganggu kemampuan PRC mempertahankan 

trimetilasi H3K27. Perubahan ini dapat 

meningkatkan plastisitas epigenetik, 60,61 yang 

dikonfirmasi dengan pemeriksaan chromatin 

immunoprecipation-qPCR pada regio promoter yang 

sesuai. 58,62  

 

Aktivasi imunitas alamiah juga dapat meningkatkan 

ekspresi family histone acetyltransferase dan 

menekan histone deacytylase dan DOTiL (DOT1- 

like histone lysine methyltransferase). Perubahan 

terhadap keseimbangan epigenetic modifier 

diharapkan meningkatkan epigenetic plasticity. 58 

Transdiferensiasi dari fibroblast menjadi sel endotel 

bermanfaat dalam regenerasi kardiovaskuler. 

Misalnya, strategi ini efektif mengubah proses 

penyembuhan dengan mencegah pembentukan 

jaringan parut (scar) dan mempermudah 

pembentukan jaringan pembuluh darh, dalam respon 

terhadap injuri. 59   

 

 

DEDIFERENSIASI PANKREAS 

 

Pada awalnya progresivitas stem/progenitor cell ke 

arah sel terdiferensiasi dipikirkan sebagai suatu 

perkembangan satu arah. Namun sekarang, nasib sel 

yang sudah terdiferensiasi bersifat fleksibel. 63,64,65 

Identitas sel tidak hanya dapat dimanipulasi melalui 

diferensiasi stem cell (sama dengan perkembangan 

normal), tetapi juga dediferensiasi (seperti displasia) 

dan transdiferensiasi (seperti metaplasia) (Gambar 

10). 65 Transisi sel terdiferensiasi menjadi tipe sel 

lain (metaplasia) atau menjadi fenotipe yang lebih 

tidak terdiferensiasi (displasia) dalam mekanisme in 

vivo. 65 Menentukan nasib atau identitas sel 

merupakan fokus penelitian regeneratif. 65,66  

 

 

Gambar 10. Perubahan identitas sel in vivo dan in vitro. 

Identitas sel merupakan beberapa  landskap epigenetik sel, 

yang dapat berubah melalui proses in vivo, termasuk 

perkembangan, metaplasia, dan displasi. Juga dapat 

dimanipulasi melalui protokol peneliti seperti directed 

differentiation, transdiferensiasi, dan reprogramming pada 

sel mamalia. 

 

 

Banyak bukti mengemukakan bahwa sebagian besar 

tipe sel terdiferensiasi akhir pada pankreas dapat 

berubah menjadi sel pankreas lain, sehingga 

mendukung plastisitas sel dari sel terdiferensiasi. 

Peningkatan plastisitas sel ini mungkin merupakan 

suatu strategi mekanisme pertahanan yang 

memungkinkan sel pankreas terdiferensiasi masuk 

ke siklus istirahat dan menghindari injuri atau 

kematian yang disebabkan injuri berkelanjutan. 65   

 

Pankreas yaitu  organ yang berasal dari turunan 

endoderm yang memiliki sel eksokrin yang 

mensekresi enzim pencernaan yang memberi  

suplai ke dalam usus melalui saluran duktus, 

sedangkan sel endokrin berfungsi mengatur glukosa 

darah melalui sekresi hormon, termasuk insulin dan 

glukagon masing-masing dihasilkan oleh sel ß dan 

sel œ pankreas. Meskipun fungsi kedua jenis sel 

sangat berbeda tetapi sama-sama berasal dari satu 

progenitor, sehingga memicu peneliti 

mengidentifikasi pengatur identitias sel di dalam 

pankreas selama perkembangan dan mekanisme 

yang mengatur fleksibitas nasib sel setelah 

diferensiasi terminal terjadi. Plasitisitas sel pankreas 

dapat didefinisikan sebagai kemampuan sel 

terdiferensiasi (eksokrin dan endokrin) menjadi tipe 

sel lain di dalam  turunan organ yang sama dengan 

kehilangan gambaran fungsi dan sel matur. 65  

6. Stem Cell: Plastisitas dan Dediferensiasi 

 

148 

Transdiferensiasi yaitu  perubahan satu tipe sel pankreas 

matur menjadi turunan sel lain. Proses ini dapat terjadi 

secara langsung tanpa melewati transisi intermediate 

seperti reprogramming atau melalui ekspresi oleh faktor 

transkripsi atau  melalui jalur dediferensiasi menjadi 

stadium yang menyerupai progenitor kemudian 

melakukan rediferensiasi menjadi turunan sel lain dalam 

kondisi injuri jaringan (Gambar 11). 66 

 

 

 

Gambar 11. Transisi antara sel terdiferensiasi dalam respon terhadap manipulasi genetik atau injuri dan kaitan dengan 

penyakit pankreas. Skema ini menggambarkan transisi sel yang berpotensi terjadi sebagai respon terhadap injuri. Sel 

“Normal” dapat berubah menjadi nasib sel baru yang disebut sel mengalami “Transdiferensiasi” atau kehilangan fungsi 

dan menjadi “Dediferensaisi”. Transisi menjadi fenotipe sel baru dapat terjadi secara langsung atau melalui keadaan 

dediferensiasi. Kondisi “Resting” juga mungkin terjadi, saat  sel berhenti berfungsi secara normal tetapi mendapat 

identitas sel dan dapat kembali berfungsi normal. Stres berkepanjangan, injuri atau aktivasi jalur onkogenik dapat 

mengubah sel “Dediferensiasi” menjadi kondisi penyakit, memicu  patogenesis. Keadaan ini juga terjadi jika  sel 

“Transdiferensiasi” tidak stabil dan mengalami modulasi. Proses sel yang sakit kembali menjadi sel “Normal” merupakan 

implikasi terapi sel. Panah biru terputus-putus menggambakran hipotesis perubahan nasib sel.  

Dediferensiasi didenifisikan sebagai hilangnya 

karakteristik sel terdiferensiasi terminal, baik 

keadaan matur dan berubah nasib menjadi imatur 

baik bersifat diturunkan atau stimulasi eksterna. 

Alternatif lain yaitu  bahwa sel yang mengalami 

dediferensiasi berhenti berfungsi tetapi berada dalam 

keadaan resting saat  kerusakan berlangsung. 65  

Sel eksokrin acinar pankreas dapat mangadakan 

dediferensiasi menjadi fenotipe sel menyerupai 

duktus akibat respon terhadap stres seperti injuri 

atau inflamasi. Sel acinar mengalami perubahan 

morfologi, dengan reduksi ekspresi dari marker 

acinar matur bersamaan dengan peningkatan 

ekspresi faktor yang diekspresikan pada 

perkembangan embrio normal. Sel yang mengalami 

dediferensiasi menunjukkan kualitas sel duktus dan 

sel progenitor selama perkembangan pankreas 

termasuk ekspresi Sox9, Hnf6, Hes1,Pdx1, dan 

Nestin, istilah sel menyerupai duktus untuk 

menjelaskan populasi sel ini. 67, 68,69,70,71,72,73 

 

 

 

 

Gambar 12. Dediferensiasi acinar menyerupai sel progenitor multipoten embrio. (A) Skema menggambarkan berbagai 

turunan pankreas berasal dari satu sel progenitor multipoten yang berhubungan dekat dengan sel acinar. (B) Skema 

menunjukkan bagaimana stres sel (akibat injuri, ekspresi faktor transkrips, tekanan metabolik, inflamasi) memicu  

dediferensiasi sel acinar matur.  ADM, acinar-to-ductal metaplasia. 

Dediferensiasi sel acinar menciptakan sel 

progenitor fakultatif yang mampu mengadakan 

repopulasi berbagai tipe sel pankreas. Selama 

perkembangan awal pankreas, sel progenitor 

multipoten berada pada ujung cabang epitel 

membelah dan meninggalkan progeni 

berdiferensiai menjadi duktus dan sel endokrin 

yang membentuk trunkus percabangan (Gambar 

12 A). Progenitor multipoten di bagian ujung 

akhirnya berdiferensiasi menjadi sel acinar, 

menunjukkan bahwa sel acinar merupakan sel 

progenitor multipoten embrio. 74,75 Dediferensiasi 

sel yang menyerupai duktus dapat dilihat pada 

injuri pankreas, termasuk ligase duktus parsial 

dan pankreatitis yang diiinduksi zat kimia, 

menunjukkan bahwa sel pankreas dapat 

mengadopsi keadaan menyerupai progenitor yang 

membantu repopulasi organ setelah injuri. 

Misalnya, saat  analog kolesistokinin caurulein 

digunakan untuk merangsang sel acinar 

mengsekresi jumlah enzim pencernaan secara 

berlebihan, maka respon sel acinar yaitu  

menghentikan ekspresi enzim pencernaan dan 

melakukan ekspresi faktor progenitor/stres. 71,73,76   

 

 

 

Gambar 13. Kombinasi 3 faktor transkripsi menginduksi sel insulin pada pankreas mencit dewasa secara in vivo. a, 

Diagram skematik strategi eksperimen. Adenovirus yang menyandi faktor transkripsi dan nGP dihubungkan dengan 

elemen IRES (I) disuntikan ke dalam pankreas mencit dewasa (Rag2/2). CMV, cytomegaloviral promoter. B, Pankreas 

Wild type (WT) dengan dominan jaringan eksokrin dan sel- ß insulin+ diberi tanda lingkaran. Nuklei diberi pengecatan  

biru dengan DAPI. C, Satu bulan setelah infeksi dengan kombinasi Ngn3, Pdx1, dan Mafa oleh virus (pAd-M3), banyak 

sel insulin+ tampak di luar pulo pankreas. D,E Jumlah induksi satu bulan setelah infeksi. M9, M6: campuran 9 dan 6 

jenis masing-masing virus berbeda. Data dipresentasikan sebagai means±sd; n=53 hewan coba. 1000 sel GFP1 dihitung 

per hewan coba. Satu bintang p<0.05, dua bintang p<0.01; tiga bintang, P< 0.001. 

Reprogramming direk dari pankreas eksokrin 

menjadi populasi endokrin memakai  faktor 

eksogen menunjukkan bahwa sel dapat dengan cepat 

mengalami transdiferensiasi direk. 77,78 Zhou et al., 

memakai  tiga faktor trankripsi Ngn3 (juga 

dikenal sebagai Neurog3), Pdx1 dan Mafa, dapat 

mereprogram sel eksokrin pankreas pada mencit 

dewasa menjadi sel yang menyerupai sel-ß. Sel ini 

mengekspresikan gen sel ß dan mensekresi insulin 

yang berfungsi mengurangi hiperglikemia. 77 

 

Faktor transkripsi dimasukkan ke dalam pankreas 

melalui vector adenovirus. Vektor ini menginfeksi 

sel eksokrin pankreas, tidak sel pulo pankreas 

yang terutama mengandung sel ß endogen 

(Gambar 13 b). 77 Sel-ß yang diinduksi dapat 

dilihat sebagai sel insulin + yang berada di luar 

pulo pankreas. 77 Label 5-bromodeoxyuridine 

(BrdU) secara kontinu dalam reprogram 10 hari 

pertama menunjukkan bahwa sel-ß yang diinduksi 

sebesar 3,2% telah membelah. Sebagai 

perbandingan, 12,9% sel ß endogen pada hewan 

yang sama diinkorporasi BrdU. Tidak ada induksi 

Sox9 atau Hnf6, berarti bahwa reprogramming in 

vivo dari sel eksokrin menjadi sel- ß yaitu  

konversi langsung tipe sel dan tidak melibatkan 

dediferensiasi (Gambar 14).77 Sel eksokrin dan 

sel- ß memiliki progenitor yang sama selama 

embriogenesis, ditandai dengan pembelahan dan 

ekspresi gen meliputi Sox9 dan Hnf6 yang dikenal 

sebagai Onecut1. 75  

 

Li et al. melaporkan bahwa memakai  strategi 

ekspresi adenovirus untuk membawa kombinasi tiga 

faktor transkripsi pada mencit dewasa, sel acinar 

pankreas dapat diubah menjadi sel menyerupai sel ∂ 

dan sel œ, dua jenis subtipe sel endokrin. Jadi, 

pendekatan kombinasi dapat menghasilkan populasi 

subtipe sel. 78  

 

Penelitian lain juga melaporkan bahwa sel acinar 

dapat direprogram menjadi sel- ß baik in vitro 79,80,81 

maupun in vivo 82 memakai  epidermal growth 

factor (EGF) dan ciliary neurotrophic factor 

(CNTF). Perlakuan dengan EGF dan CNTF 

memicu  reprogramming sel acinar pada 

mencit hiperglikemik menghasilkan massa sel-ß 

yang dapat berfungsi mengembalikan dan 

mempertahankan normoglikemia dalam proses 

indirek bergantung pada Ngn3 dan signaling mellaui 

Stat3. 82  

 

Ablasi sel-ß memicu  sel œ yang 

mengekspresikan glukagon dan sel ∂ yang 

mengekspresikan somatostatin menjadi sel ß 

menghasilkan insulin. 83,84 Selanjutnya, konversi 

sel ß menjadi sel menyerupai sel œ setelah 

kehilangan Pdx1 menunjukkan bahwa tidak ada 

bukti keadaan progenitor endokrin (kurangnya 

ekspresi Arx dan Ngn3), hal ini menunjukan 

bahwa konversi direk melalui keadaan hybrid 

dengan sel menunjukkan baik sifat œ dan ß. 85  

Agregasi kembali pulo pankreas manusia 

memicu  sel yang mengeksresikan glukagon 

terus mengekspresikan Pdx1 dan Nkx6.1. 86 Sel ini 

menyerupai sel multihormon positif yang dapat 

dihasilkan dari embryonic stem cell manusia 

selama directed differentiation, sedangkan 

lingkungan yang kurang sesuai memicu  

aktivasi gen spesifik sel ß dan  œ. 87 Konversi sel 

ß menjadi sel endokrin lain selanjutnya 

dediferensiasi juga telah terjadi (Gambar 14). 88,89 

Konversi ini antara sel endokrin dipermudah oleh 

kesamaan struktur kromatin antara berbagai sel 

endokrin yang berbeda. sebab  itu, supresi identitas 

sel ß mungkin akan menghilangkan faktor yang 

merepresi identitas sel endokrin non- ß.  

 

Pemahaman plastisitas sel pankreas berkontribusi 

terhadap manifestasi berbagai penyakit pankreas 

yang berpengaruh terhadap pendekatan terapeutik. 

Mengenal faktor yang meningkatkan, menghambat, 

atau menstabilkan proses akan membawa implikasi 

terhadap berbagai strategi pengobatan untuk terapi 

penggantian sel ß, diabetes dan kanker pankreas. 

Pada model kanker pankreas, tindakan 

menghilangkan aktivitas onkogenik Kras pada lesi 

prekursor dapat mengembalikan sel ke arah acinar 

sehingga mengurangi beban tumor. 90,91  

 

Selain itu, reprogramming direk secara in vivo juga 

telah berhasil dilakukan pada berbagai organ 

lainnya. 92,93,94,95,96,97,98,99 Sel glial, terutama astrosit 

juga telah dikonversi menjadi neuroblast atau neuron 

secara in vivo. 97,99,100 Misalnya, pada model mencit 

penyakit Alzheimer, Guo et al., telah berhasil 

mereprogram sel glia reaktif menjadi neuron 

fungsional, sehingga dapat diaplikasikan untuk 

perbaikan otak. 100  Jadi, pemakaian  berbagai 

kombinasi faktor transkripsi efektif mereprogram 

satu lineage sel ke sel lain (Gambar 15). 101 dan ini 

menunjukkan bahwa sel yang telah terdiferensiasi 

masih memiliki sifat plastisitas 101  

 

Faktor transkripsi yang pertama kali ditemukan yaitu 

MyoD tahun 1980 an, di laboratorium Harold 

Weintraud mampu menginduksi pembentukan 

myotube dari cell line fibroblast. 102  Namun, bukti 

pengaturan resiprokal dari lineage-restricted gene 

berasal dari sistem darah. Dengan memakai  

6. Stem Cell: Plastisitas dan Dediferensiasi 

 

152 

faktor transkripsi GATA1, tidak hanya menginduksi 

ekspresi marker turunan erythroid-megakariosit, 

tetapi juga mengurangi marker monositik. 103,104 

Level GATA1 yang lebih rendah menginduksi 

pembentukan eosinofil, sesuai dengan level 

eosinofil (Gambar 14). Perubahan monositik ke 

erythroid juga dipengaruhi arah yang berlawanan 

ekspresi PU.1 (dikenal Sfp1) pada  cell line 

erythroid-megakariosit yang menginduksi 

konversi monocytic lineage, dengan represi 

GATA1.105 Sel terdiferensasi penuh juga dapat 

diubah memakai  C/EBPa, suatu faktor 

transkripsi yang diperlukan untuk mengubah 

progenitor sel B dan sel T menjadi makrofag 

fungsional 106 dengan frekuensi mendekati 

100%.107,108    Sel B matur yang menghasilkan 

immunoglobulin juga dapat diubah dengan 

frekuensi lebih rendah (Gambar 14). 101  

 

 

 

Gambar 14. Konversi sel endokrin di dalam pulo pankreas. Perubahan nasib sel antara sel endokrin dapat terjadi dalam 

kondisi stres yang berbeda. Hal ini terjadi secara direk atau melalui dediferensiasi. Stres berkelanjutan pada sel ß dapat 

memicu  dediferensiasi menjadi diabetes. 

 

 

Gambar 15. Overekspresi faktor transkripsi atau ablasi memicu  perubahan nasib atau identitas sel.  

Gambar 16. Faktor transkripsi dengan antogonisme menyilang : paradigma PU.1 : GATA 1. A, Dalam formulasi 

sederhana dari antagonisme menyilang, kedua regulator (masing-masing hijau dan merah) secara negatif berpengaruh 

satu sama lain. B, Motif antagonisme menyilang dengan kedua faktor juga mengatur sendiri. C, Kedua faktor ditunjukkan 

secara positif dan negatif mengatur repertoire sendiri terhadap gen target. D, Skema mekanisme biokimia yang mendasari 

GATA1 disatu sisi dari antagonisme PU.1:GATA1. Untuk mengaktivasi gen target pada sel eritroid GATA1 merekruit 

histone acetylase CREB-binding protein. Overekspresi  PU.1 menggeser CREB-binding protein (CBP) dengan berikatan 

degan GATA1 dan erekrut Rb juga Suv39H protein. Hal ini memicu  metilasi lysine 9 pada histone H3 dan 

rekruimen HP1a, memicu  represi gen target. E, Representasi antagonisme PU.1 : GATA1 sebagai model binary 

attractor dalam lanskap epigenetik Waddington yang dimodifikasi. Dasar dua warna dibagian atas, dan  dasar dangkal 

menggambarkan progenitor monositik/eritroid yang mengekspresikan rasio PU.1 dan GATA1. Progenitor ini berfluktuasi 

antara kedua keadaan yang berbeda yang ditentukan oleh PU.1 dan GAT1. Sel pada ujung yaitu  spektrum yang 

mengarah ke diferensiasi monositik dan eritroid. saat  terjadi komitmen spontan atau diinduksi, faktor ini keluar dari 

basin dasar dan bergulir menuju attractor di basin bawah. Warna hijau yaitu  sel monositik mengekspresikan level PU.1 

yang tinggi sedangkan yang berewarna merah yaitu  sel eritroid yang mengkespresikan GATA1 tinggi. 

 

Gambar 17. Pandangan molekul epigenetik sekarang. Faktor yang telah dikenal meregulasi fenomena epigenetik 

ditunjukkan sebagai pergerakan bola menyilang landskap yang diusulkan Waddington. Tidak ada aturan kejadian 

molekuler yang bersifat teratur, sehingga sekuensi tidak diketahui. Protein efektor mengenal modifikasi histon, 

sedangkan protein presenter yaitu  subtrat yang spesifik untuk enzim pengubah histon. H3.3 dan macroH2A ditunjukkan 

hanya sebagai representatif histon varian yang masing-masing terlibat dalam aktivasi dan represi transkripsi.  ChR, 

chromatin remodelers; DNMTs, DNA methyltransferases; HATs, histone acetyltransferases; HDACs, histone 

deacetylases; HMTs, histone methyltransferases; HDMs, histone demethylases; DDMs, DNA demethylases dan TFs, 

transcription factors (menggambarkan komponen genetik dari proses epignetik). 

 

Timbul pertanyaan mengapa reprogram sel darah oleh 

faktor transkripsi memiliki frekuensi atau efisiensi 

konversi yang tinggi ? Faktor apa yang berpengaruh 

terhadap konversi ini ?  Efisiensi yang tinggi pada 

reprogramming sistem darah menunjukkan bahwa 

ekspresi faktor transkripsi dapat berinteraksi dengan 

komponen endogen anyaman transkripsi sel resipien, 

berarti dapat mengubah lanskap epigenetik seperti 

terlihat pada Gambar 15.101 Faktor transkripsi GATA1 

atau PU.1 merupakan faktor yang paling mendasar 

terhadap perkembangan hematopoietik sehingga 

berlaku sebagai paradigma melintasi interaksi faktor 

traskripsi.109,110 Antagonisme Pu.1 dan GATA1 dalam 

lineage normal yaitu  terkait pengaturan sel 

monositik dan erithroid oleh masing-masing PU.1 dan 

GATA.1 (Gambar 16).101 

Stem Cell Epigenetik 

155 

Studi pada konversi sel mielomonositik yang 

dimediasi GATA1 menunjukkan bahwa faktor ini 

secara langsung berikatan dengan protein PU.1. 111 

Level GATA.1 yang tinggi menghambat PU.1 

dengan menggeser c-Jun, suatu kofaktor PU.1, 

sehingga memicu  kolaps program 

monositik.112  Sebaliknya PU.1 yang diekspresikan di 

dalam prekursor eritroid berinteraksi dengan GAT1 

berikatan dengan promoter gen target, termasuk 

globin œ dan ß juga EKLF (atau KLF1), dan 

mengkonversi kompleks aktif menjadi represif 

melalui pergantian koaktivator CREB-binding 

protein (CBP) dan rekrutmen protein retinoblastoma 

(Gambar 16d). 101 sebab  itu, faktor transkripsi ini 

tidak hanya “akselerator” dalam menginduksi 

program ekspresi gen, tetapi juga “mengerem” 

dengan menginaktivasi regulator kunci dari tipe sel 

alternatif, sehingga memicu  hilangnya marker 

fenotipe lama. saat  kedua faktor transkripsi 

menjadi dominan maka komitmen mengubah 

menjadi tipe sel lain terjadi. 101  

 

Pada organ lain seperti jantung, saraf, pankreas, hati, 

tentu faktor transkripsi yang berperan dalam reprogram 

sel in vivo secara direk tidak dapat mengubah seluruh 

kondisi anyaman transkripsi endogen pada tingkat 

epigenetik. Misalnya, Zhou et al., melaporkan bahwa 

penghalang epigenetik Bmi1 yaitu  faktor kunci yang 

memicu  efisiensi reprogram jantung secara direk 

dari fibroblast menjadi kardiomiosit sangat kecil  

dengan proses lambat.113 Hampir semua perkembangan 

sel bersifat epigenetik, sedangkan sekuensi DNA 

bersifat statik,114 sebagaimana disampaikan oleh 

Conrad Waddington tentang konsep lanskap epigenetik 

yang menggambarkan nasib perkembangan sel.115 Sel 

yang sedang bergulir melewati rintangan di dalam 

lembah dan akhirnya menentukan menentukan nasib 

sel akhir. Dengan kemajuan pengetahuan 

reprogamming in vivo, maka landskap ini juga 

mengalami modifikasi (Gambar 17).116  

 

 

Read More