Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

SISTEM SITOSKELETONSISTEM SITOSKELETON

Achmad Farajallah, Departemen Biologi FMIPA IPB

Berbagai aktifitas selular biasanya dihubungkan dengan aktifitas berbagaiorganelbermembran, baik dalam sistem endomembran maupun endosimbion, danaktiftas ribosomal (ekspresi genetik). Semua aktifitas diatas terjadi di dalam sitosolyang mengikuti kompartementasi sistem organel. Jadi pada saat itu, pemahamanbahwa sitosol adalah cairan agak kental adalah untuk mendukung aktifitas-aktifitassel yang diatur oleh organel sel. Kandungan protein cairan sitosol yang mencapai20-30% dianggap sebagai bagian dari aktifitas enzimatik yang diatur oleh organeldan sebagai protein terlarut yang bebas.

Pendapat diatas menjadi wajar karena kemampuan resolusi mikroskop pada saat itubelum mampu menguraikan lebih ditil ultrastruktur cairan sitosol. Kemajuan teknikmikroskopi dan berbagai teknik laboratorium lainnya kemudian berhasilmengungkapkan bahwa cairan sitosol yang agak kental mempunyai ultrastrukturfilamen dan tubulus membentuk jejaring sangat rumit, menjulur-julur mulai darisekitar nukleus sampai ke membran plasma yang kemudian dikenal sebagaisitoskeleton. Jadi sitoskeleton adalah matriks protein yang memberikan kerangkaarsitektural bagi sel. Kesimpulan itu kemudian cocok dengan kenyataan bahwaorganisasi organel di dalam sel adalah teratur. Sitoskeleton kemudian dikategorikansebagai organel yang tidak bermembran. Selain itu, istilah sitoskeleton tidakmerujuk ke kondisi yang dinamis, yang selalu berubah dan terlibat dalam berbagaiaktifitas selular yang sangat vital.

Akumulasi pengetahuan yang terjadi sgat pesat tentang ultrastruktur sel kemudianmerubah pandangan tentang sitoskeleton. Ternyata sitoskeleton berperan pentingdalam pergerakan sel, pembelahan sel, pengaturan arsitektural organel berikutmobilitasnya dalam sitosol, dan proses pembentukan mRNA dan komponen selularlainnya. Selain itu, kemudian diketahui juga bahwa berbagai enzim tidak semuanyaterlarut dalam cairan sitosol, melainkan menggerombol dan terikat ke sitoskeletondan beberapa jenis enzim dalam lintasan biokimia yang sama ditemukan berada

page 1 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

dalam lokasi yang berdekatan akibat terikat ke sitoskeleton yang sama. Studi yangmendalam tentang hubungan antara sitoskeleton dengan pergerakan sel kemudianmengungkapkan lebih jauh bahwa fungsi sitoskeleton bukan hanya yang berkaitandengan pergerakan sel saja. Sitoskeleton ternyata terlibat dalam berbagai aktifitasintraselular dan membangun interaksi berbagai jenis sel dalam tubuh, mulai daripengaturan sinyal, pengenalan dan pengikatan antar mereka.

KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA SITOSKELETON

Berdasarkan komponen-komponen penyusun strukturnya, sitoskeleton bisa dibagimenjadi tiga komponen, yaitu filamen mikro, tubulus mikro dan filamenintermediet. Ketiganya sangat unik untuk sel eukariot yang berhasil diungkapkanakibat penggunaan mikroskop elektron. Teknik-teknik biokimia dan imunologikemudian memperdalam pengetahuan kita tentang ketiga struktur penyusunsitoskeleton diatas. Akhirnya, teknik immunofluorescence microscopy dan biologimolekular (termasuk rekayasa genetik) masing-masing berperan dalammengkarakterisasi lebih lanjut setiap protein penyusun sitoskeleton, mulai dariukuran, struktur, distribusi intraselularnya sampai ke mode polimerasinya.

Filamen mikro berdiamater 7 nm merupakan polimer dari protein aktin sehinggaseringkali disebut dengan filamen aktin. Tubulus mikro mempunyai diameter luar

page 2 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

25 nm yang disusun oleh protein tubulin. Sedangkan filamen intermedietmempunyai diamater diantara filamen mikro dan tubulus mikro, yaitu 8-12 nm,dengan monomer-monomer yang beragam tergantung jenis selnya walaupun darisegi ukuran dan strukturnya sama. Selain komponen struktural yang utama diatas,setiap jenis sitoskeleton juga berasosiasi dengan berbagai jenis protein lainnyayang dikategorikan sebagai protein-protein asesoris.

Fungsi filamen mikro dan tubulus mikro yang paling banyak dikenal adalahmengatur pergerakan sel. Filamen mikro adalah komponen yang membentukserabut-serabut otot, sedangkan tubulus mikro adalah komponen utama alat geraksel dalam lingkungan cairan atau mengalirkan cairan yang mengenainya, yaitu siliadan flagela. Struktur serabut otot, silia maupun flagela dikenal lebih awal karenaukurannya yang relatif besar menjadikan bisa diamati menggunakan mikroskopcahaya biasa. Pengungkapan strukturnya lebih lanjut ternyata diketahui bahwamereka mempunyai komponen-kompon penyusun yang sama dan menyatu dengansitoskeleton. Walaupun kemudian setiap jenis sitoskeleton sepertinya salingterpisah (untuk keperluan pembahasan yang rinci), pada kenyataanya ketiganyatidak bisa saling dipisahkan dalam menunjang arsitektur sel dan aktifitas sel.

Filamen mikro Tubulus mikro Filamen intermedietStruktur

Dua rantaiF-aktin yangsalingmenganyam

Tabung dengandinding dari 13protofilamen

8 protofilamendigabung ujungketemu ujung danpada beberapatempat salingtumpang-tindih

Diameter

7 nm Sisi luar: 25 nm, sisidalam 15 nm

8 -12 nm

page 3 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Monomer

page 4 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

G-aktin

page 5 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

a- danb-tubulin

page 6 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Beberapa jenisprotein

page 7 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 8 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Fungsi

page 9 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 10 / 174

Kontraksi tot;pergerakanameboid;lokomosi sel,distribusisitoplasmik;pembelahan sel,menjaga bentuksel

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Motilitas sel(aksonemal);organisasi danmenjaga bentuk sel;pergerakankromosom,penambatan danmobilitas organel sel

page 11 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Penyokongstruktural; memberibentuk sel,membentuk inti sel,memperkokohserabut syaraf danmenjaga kekuatanelastis otot

page 12 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

CATATAN TEKNIK MEMPELAJARI SITOSKELETON

Sebagai komponen cairan sitosol dengan indeks refraksi yang rendah, sitoskeletontidak bisa diamati menggunakan mikroskop cahaya biasa, kecuali yang berbentukmeraksasa seperti serabut otot dan benang-benang gelendong selama mitosis, atauberbentuk yang mudah terlihat seperti silia dan flagela. Dengan begitu,pengetahuan ultrastruktur sitoskeleton bisa dipelajari akibat kemajuan yang pesatdari teknik-teknik mikroskopik, antara lain immunofluorescence microscopy, digitalvideo microcopy dan electron microscopy.

immunofluorescence microscopy. Antibodi primer akan mengenali dan mengikatprotein sitoskeleton. Antibodi sekunder yang diberi label dengan fluoresenkemudian mengikat antibodi primer yang sudah terikat. Sitoskeleton yangmembentuk kompleks dengan antibodi berlabel akan terlihat berpendar di bawahpengamatan mikroskop.

fluorescence techniques. Teknik ini biasa digunakan untuk melacak rangkaianreaksi secarain vivo atau sel dalam keadaan hidup. Protein sitoskeleton sintetikdilabel dengan fluoresen kemudian disuntikkan ke sel yang hidup. Aktifitassitoskeleton berlabel fluoresen kemudian bisa diikuti dengan bantuan mikroskopfuoresen yang dilengkapi dengan kamera video digital.

computer-enhanced digital video microscopy. Teknik ini digunakan untukmemproses gambar video digital (high resolution image) agar semakin kontras dangambar-gambar di latar belakang yang tidak dikehendaki bisa disamarkan.

electron microscopy. Salah satu mikroskop yang menggunakan elektron sebagaipengganti cahaya tampak dan menggunakan medan magnet sebagai penggantisistem lensa.

page 13 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Teknik-teknik mikroskopik diatas berhasil mengungkapkan dari sisi struktursitoskeleton yang jika dideduksi ke fungsinya seringkali kurang tepat. Pendekatanteknik-teknik biokimia modern memanfaatkan pengrusakan secara selektif (danterkontrol) fungsi-fungsi suatu protein yang terlibat dalam suatu struktur maupunaktifitas selular. Dengan begitu, fungsi normal protein penyusun struktursitoskeleton bisa dipelajari. Setelah molekul yang bisa menginaktifkan protein aktindan tubulin ditemukan maka berbagai aktifitas selular yang tergantung ke filamenmikro dan tubulus mikro berhasil diungkapkan satu persatu. Beberapa molekulracun yang biasa digunakan untuk mempelajari sitoskeleton antara lain

kolkisin (alkaloid dari tanaman crocus,Colchicum autumnale) mengikatprotein tubulin bebas menjadi kompleks tubulin-kolkisin yang sangat kuat.Akibatnya tubulin terikat ini tidak bisa digunakan untuk menyusun tubulus mikro.

Nocodazol adalah substitusi kolkisin untuk mempelajari funvgsi tubulin dalamsel hidup. Kompleks tubulin-nocodazol tidak sekuat kompleks tubulin-kolkisin. Jikanocodazol dihilangkan maka tubulin menjadi bebas kembali.

Vinblastine dan Vincristine (diekstrak dari tanamanVinca minor) bisamenyebabkan tubulin bebas di dalam sitosol membentuk agregat.

taxol (diekstrak dariTaxus brevifolis) bekerja berkebalikan dengan kolkisinmaupun nocodazol, yaitu membuat tubulus mikro menjadi sangat stabil sehinggatidak bisa terurai menjadi subunit-subunit penyusunnya.

keempat obat-obatan diatas bisa dikelompokkan sebagai obat antimitosis karena menganggu proses mitosis. Dalam kondisi tertentu, jika pembelahan mitosistidak bisa berlangsung maka pembelahan yang cepat dari sel-sel kanker juga bisadihambat. Dengan begitu, keempatnya bisa juga disebut sebagai antikanker(terutama vinblastine dan vincristine). Taxol seringkali diresepkan untuk mengatasipertumbuhan yang sangat cepat sel-sel kanker payudara.

Cytochalasin D (suatu metabolit jamur) dan Latrunculin A (diekstrak darispons Laut Merah,Latrunculia magnifica) menghambat polimerasi (penambahan

page 14 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

subunit-subunit baru di ujung positif) filamen mikro

Phalloidin (peptida siklik dari jamur merah mematikan,Amanita phalloides)menghambat depolimerasi filamen mikro atau menghambat penguraian filamenmikro menjadi subunit-subunitnya

Thymosin B4 mengikat monomer G-aktin yang larut dalam sitosol sehinggatidak bisa bergabung dengan protofilamen

ADF/cofilin mempercepat penguraian subunit-subunit filamen mikro

Selain teknik mikroskopik dan penggunaan racun diatas, rekayasa genetik(kombinasi teknik biologi molekular dan genetik) telah berhasil mengintroduksikanmutasi yang spesifik pada gen penyandi protein dari penyusun sitoskeleton. Mutasibuatan kemudian bisa digunakan untuk memetakan dan sekaligus melacakrangkaian aktifitas selular sebagai fungsi dari suatu sitoskeleton tertentu.

Agar bisa mengamati sel dalam keadaan hidup, maka teknik-teknik kultur sel yangtelah berkembang lebih awal masih tetap relevan dan merupakan teknik penyokongyang utama.

page 15 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

TUBULUS MIKRO

Dalam sel-sel eukariotik, tubulus mikro (TM) bisa dibedakan menjadi dua tipe, yaituaksonemal dan sitoplasmik. TM aksonemal merupakan penyusun flagela dan silia,suatu substruktur sel spesifik yang berfungsi dalam motilitas sel; dan badan basal.TM aksonemal ini bersifat sangat stabil dan terorganisasi dengan baik. Dalambatang tengah silia dan flagela, TM berasosiasi dengan protein-protein asesorismembentuk bundel TM. Dalam bentuk bundel yang meraksasa, TM bisa diamatimenggunakan mikroskop cahaya. Akumulasi pengetahuan TM sampai saat inibanyak yang berasal dari pengamatan terhadap TM silia dan flagela.

Tipe TM yang kedua adalah yang tersebar dan membentuk jejaring yang dinamis didalam sitoplasma. Tm ini diketahui setelah teknik fiksasi (mematikan danmendiamkan sel yang akan diamati) yang lebih baik. Teknik-teknik fiksasisebelumnya hanya bisa melihat butiran (granul) dalam larutan sitosol yangseringkali diartikan sebagai artefak teknik pengamatan. Kombinasi denganvisualisasi yang juga semakin baik, ternyata granul-granul dalam sitosol sel eukariotmembentuk jejaring halus yang sangat kompleks. TM sitoplasmik ini kemudiandiketahui mempunyai beragam fungsi, mulai dari meregangkan serabut akson selsyaraf, polaritas sel yang bermigrasi sampai ke pembangkitan listrik sel. Padasel-sel tumbuhan, TM sitoplasmik berperan dalam membentuk orientasi serabutselulosa selama pertumbuhan dinding sel. Selain itu, TM sitoplasmik diketahui jugaberfungsi dalam menarik kromosom ke arah kutub-kutub yang berlawanan selamamitosis dan meiosis. Penggunakan kamera video digital kemudian berhasilmengungkapkan lebih jauh bahwa TM sitoplasmik mengatur juga posisi danmobilitas organel dan vesikula di dalam sel eukariot.

TM Disusun oleh Heterodimer Protein Tubulin

Sebagaimana disajikan dalam Tabel diatas, diameter berbagai jenis TM yang ada didalam sel adalah sama, dan yang berbeda adalah panjangnya. Panjang TM bisamencapai beberapa mikrometer (misalnya pada flagela) atau kurang dari 200 nm.Dinding TM disusun secara longitudinal oleh polimer-polimer linear protofilamen.

page 16 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Sekitar 13 protofilamen disusun samping-menyamping yang akhirnya membentuktabung.

Protofilamen disusun oleh subunit dasar dari heterodimer protein tubulin. Dari limajenis protein tubulin yang sudah dikenal mempunyai struktur mirip, yang menjadikomponen penyusun TM adalaha-tubulin danb-tubulin. Segera setelah disintesis,keduanya langsung bergabung membentukab-heterodimer (atau disingkat dimertubulin). Struktur heterodimer ini tidak bisa terurai pada kondisi normal. Secaraindividual, molekula-tubulin danb-tubulin mempunyai diameter 4-5 nm denganberat molekul sekitar 50.000 dalton. Setiap molekul protein tersebut berlipatmenjadi tiga domain, yaitu domain ujung N (pengikat GTP), domain tengah(mempunyai situs pengikatan dengan kolkisin) dan domain ujung C (mempunyaisitus pengikatan dengan berbagai protein asesoris). Perbedaan-perbedaan antarpenyusun TM biasanya terdapat pada domain ujung C akibat mengikatprotein-protein asesoris yang berbeda. Subunit-subunit tubulin yang berbeda diatasdisebut isotipe tubulin. Setidaknya di dalam sel-sel otak bisa ditemukan lima isotipeuntuka-tubulin dan lima isotipe untukb-tubulin.

Dalam setiap protofilamen,ab-heterodimer atau penyusunana-tubulindanb-tubulin mempunyai orientasi yang tetap. Dengan kata lain molekulprotofilamen mempunyai ujung-ujung yang berbeda dengan karakteristik kimiayang berbeda. Setelah protofilamen membentuk berbagai jenis TM di dalam selmaka orientasi penyusunana-tubulin danb-tubulin-nya masih tetap sehinggaTMmerupakan molekul dengan struktur yang mempunyai orientasi polaritas.

Proses Pembentukan TM

Polimerasi dimer tubulin dalam membentuk TM bersifat reversibel (dapatbolak-balik). Secarain vitro, jika konsentrasi dimer tubulin, GTP dan ion Mgmencukupi maka pada suhu antara 0-37oC akan terjadi sintesis TM. Titik kritissintesis TM adalah pembentukan agregat dimer tubulin menjadi oligomer yangdisebut dengan nukleasi atau pembentukan inti. Dari struktur inti oligomer inipolimerasi untuk membentuk TM selanjutnya terjadi dengan cara menambahkandimer tubulin yang disebut elongasi atau pemanjangan.

page 17 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Agregasi dimer tubulin bebas menjadi oligomer sebagai inti pada awalpembentukan TM terjadi sangat lambat yang dikenal dengan fase lag. Prosespemanjangan terjadi sangat cepat. Jika kondisi jumlah dimer tubulin dalam sitosolmenjadi terbatas maka pertumbuhan MT melambat dan akhirnya mencapai titikkeseimbangan yang dikenal dengan fase plateu. Pada fase plateu ini, lajupenambahan dimer tubulin di salah satu ujung adalah sama dengan laju penguraiandimer tubulin di ujung yang lain.

Secarain vitro arah pertumbuhan TM mengikuti konsentrasi dimer tubulin. Padakonsentrasi dimer tubulin tinggi maka TM akan tumbuh, sebaliknya padakonsentrasi dimer tubulin rendah maka TM akan terurai. Kondisi tumbuh dan teruraiternyata setimbang. Secara keseluruhan, konsentrasi dimer tubulin bebas yang adadalam sitosol adalah faktor pembatas utama pertumbuhan TM.

Polaritas struktur yang inheren pada TM berarti bahwa karakteristik kimia keduaujungnya saling berbeda. Kedua ujung MT mempunyai laju pertumbuhan yangberbeda akibat perbedaan laju penambahan atau pengurangan dimer tubulin. UjungTM yang tumbuh lebih cepat disebut sebagai ujung positif dan yang lebih lambattumbuh disebut ujung minus. Dalam kondisi normal, laju penambahan dimer tubulindi ujung positif adalah sama dengan laju penguraian dimer tubulin di ujung minus.Kondisi ini disebut treadmilling condition. Dengan kata lain, TM berada dalamkondisi yang stabil dan dinamis. Sifat stabil dan dinamis tersebut diatur olehketersediaan dimer-dimer tubulin bebas di sitosol. Pada saat konsentrasi dimertubulin yang ada disekitar ujung positif tinggi maka TM akan tumbuh cepat ke arahpositif.

Sebelumnya telah disebutkan bahwa penambahan dimer tubulin ke ujung TMsecarain vitro membutuhkan ion Mg dan GTP. Dimer tubulin harus diaktifkanterlebih dahulu dengan mengikat dua molekul GTP. Setiap satu molekul tubulinmengikat satu molekul GTP untuk membentuk kompleks GTP-tubulin. Ketika dimertubulin ditambahkan ke ujung TM maka GTP-tubulin dihidrolisis menjadiGDP-tubulin. Pengikatan GTP oleh dimer tubulin membutuhkan ion Mg sebagaikofaktor. Di lain eksperimen, ternyata beberapa dimer tubulin bebas bisa langsungberikatan dengan ujung TM tanpa terlebih dahulu membentuk kompleksGTP-tubulin. Dengan begitu, ada dua mode penambahan dimer tubulin, yang satulebih mahal karena membutuhkan GTP sedangkan yang lain lebih murah karenatanpa membutuhkan GTP.

page 18 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Dalam eksperimen yang lain, ternyata ditemukan bahwa GTP membentukkompleks molekul bukan dengan dimer tubulin bebas melainkan dengan tubulinyang ada di ujung positif TM. Untuk menerangkan hasil eksperimen diatas, ternyataditemukan kenyataan yang lain bahwa kompleks GTP-tubulin bebas yangbergabung dengan tubulin di ujung positif tidak segera dihidrolisis menjadiGDP-tubulin melainkan kemudian membentuk ujung positif bertudung GTP.Keterangan ini bisa menjelaskan pengaturan cepat tidaknya pertumbuhan TM.Ujung positif bertudung GTP akan jauh lebih cepat menangkap dimer tubulin bebasyang mengikat GTP dibanding dengan dimer tubulin yang tidak mengikat GTP.

Konsentrasi GTP-tubulin bebas sangat menentukan model stabilitas dinamisTM.Jika konsentrasi GTP-tubulin bebas tinggi maka pembentukan ujung positifbertudung GTP terjadi dengan cepat yang kemudian mempercepat pertumbuhanselanjutnya. Pertumbuhan TM menyebabkan tudung GTP bergeser ke arah ujungminus. Jika konsentrasi GTP tubulin bebas rendah maka penguraian ujung minusterjadi dengan cepat. Sampai kemudian TM tidak lagi mengandung tudung GTPatau tudung GTP terlepas. TM tanpa tudung GTP menjadi tidak stabil dan teruraimenjadi oligomer atau malah menjadi subunit-subunit penyusunnya. Kondisi inidisebut dengan microtubule catastrophe, yaitu molekul TM tidak ada lagi dan untukmembentuknya kembali membutuhkan tahapan dari awal lagi, yaitu agregasi dimertubulin membentuk oligomer (nukleasi) dan pemanjangan.

Titik Pertumbuhan TM dari Pusat Pengorganisasi TM (MTOC)

Proses pertumbuhan TM secarain vivo terjadi lebih teratur dengan lokasi di dalamsel yang lebih spesifik untuk setiap fungsi sel yang juga spesifik. Pada umumnya,TM tumbuh dari struktur sel yang disebut pusat pengorganisasi TM ataumicrotubule-organizing center (MTOC). MTOC ini merupakan tempat inisiasipembentukan oligomer atau titik awal pertumbuhan TM. MTOC pada saat selsedang dalam fase pembelahan mitosis disebut sentrosom yang berada di dekatnukleus. Pada sel-sel hewan normal, sentrosom terdiri atas dua sentriol yangdikelilingi oleh material berbentuk granula yang disebut parasentriol. Darigambaran mikroskop elektron, titik pertumbuhan TM berasal dari materialparasentriol ini.

Struktur sentriol dalam sentrosom sangat simetris, yaitu dinding masing-masingsentriol tersusun atas sembilan pasang dari TM bersusun triplet. Pada sebagian

page 19 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

besar sel, satu sentriol membentuk sudut dengan sentriol pasangannya. Walaupunkeuntungan struktur menyudut ini belum diketahui, sentriol berperan pentingdalam membentuk badan basal sebagai titik melekat (titik asal) TM yang menyusunaksonema flagela dan silia. Peran sentriol pada sel-sel yang tidak mempunyai siliamaupun flagela belum diketahui. Pada sel-sel hewan, peran sentriol yang terlihatadalah mengumpulkan material parasentriol membentuk sentrosom sebagai titiknukleasi TM. Jika sentriol dihilangkan secarain vitro maka materialmicrotubule-nucleating (parasentriol) dan MTOC tidak terbentuk. Meskipun begitu,sel yang tidak mempunyai sentriol masih bisa melakukan pembelahan sel karenakromosom bisa mengorganisasikan TM-nya sendiri. Jika dilihat pada sel-sel tanamanyang tidak mempunyai sentriol bisa diartikan bahwa sentriol tidak terlalu berperanpenting dalam pembentukan MTOC.

Material parasentriol didominasi oleh proteing-tubulin yang berbentuk cincin.Beberapa molekul yang lain adalah protein pericentrin. Kompleks protein cincindarig-tubulin diketahui berperan dalam membentuk nukleasi MT yang kemudiantumbuh ke arah luar dari sentrosom. Selain sentrosom, badan basal juga diketahuibisa bertindak sebagai MTOC.

Pemanjangan TM ke seluruh bagian sel berpusat di beberapa MTOC yang ada didalam sel. Artinya ujung minus TM ada di kompleks MTOC sedangkan ujungpositifnya ada di posisi distal MTOC.Dengan begitu, MTOC juga bisa berperandalam mengatur jumlah TM yang ada di setiap sel sebagai manifestasi kemampuanMTOC membentuk inti TM. Kemampuan MTOC ini bisa meningkat dengan pesatakibat meningkatnya jumlah molekul pericentrin ketika sel masuk ke fase profasedan metafase.

Pengaturan Stabilitas TM dalam Sel

Kemampuan MTOC dalam membentuk inti TM sebagaimana yang terjadi dalamsentrosom mempunyai konsekuensi dinamika TM dalam sel.Ujung minus TM ada disentrosom maka ujung positifnya akan menjulur ke arah periferal sel. Dalam kondisitertentu, TM bisa melepaskan diri dari sentrosom dengan cara menguraikan ujungminusnya. Biasanya TM yang telah lepas dari sentrosomakan lenyap dalam sitosolkarena terurai menjadi subunit-subunit penyusunnya. Di lain pihak, beberapa TMterus bertahan lama di sitosol dan tidak mengalami pertumbuhan akibat ujungpositifnya diproteksi dari penambahan dimer tubulin. Misalnya, TM yang tumbuh

page 20 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

dari sentrosom menuju ke kinetokor sejak profase sampai ke pembelahan sel akanterus bertahan. Jika dalam selang waktu itu terjadi penguraian maka TM baru akantumbuh lagi dari sentrosom. Jadi ujung positif TM yang berikatan dengan kinetokortidak bisa mengalami penambahan dimer tubulin sehingga pertumbuhan tidakterjadi.

Protein Asesoris TM (MAPs)

Beragam protein diketahui mempengaruhi struktur, pembentukan dan fungsi TMyang dikenal sebagai protein asesoris TM atau microtubule-associated proteins(MAPs). Dari isolasi sel, kandungan MAPs bisa mencapai 10-15% dari massa TM.Beberapa jenis MAPs berikatan di sepanjang dinding TM pada jarak yang teraturmaupun tidak teratur. Tonjolan MAPs ini menyebabkan TM bisa berikatan denganTM lain, filamen dan struktur-struktur sel lainnya. MAPs yang ditemukan berikatanpada ujung positip TM diketahui berfungsi menyetabilkan subunit-subunit dalampemanjangan TM, sedangkan yang berikatan pada ujung negatif diketahuimembantu penguraian subunit-subunit menjadi monomer bebas.

Beberapa MAPs yang sangat intensif dipelajari adalah yang ada di sel-selotak.

MAPs tersebut bisa dibagi menjadi motor dan nonmotor. MAPs motor menggunakanATP sebagai sumber energinya untuk mendorong organel sel dan vesikula, danmengatur pergeseran dua TM yang saling berdekatan. Sedangan MAPs nonmotorberfungsi mengontrol organisasi TM dalam sitosol. Di dalam sel syaraf, MAPSnonmotor ini berperan dalam pembentukan penjuluran-penjuluran akson dandendrit. Aktifitas pengaliran rangsang (listrik) dalam akson jauh lebih banyakdibanding dalam dendrit diduga karena TM di akson membentuk bundel-bundelyang jauh lebih banyak, selain karena jenis MAPs-nya antara akson dan dendrit jugaberbeda. Jadi, perbedaan-perbedaan jenis MAPs antar sel menyebabkan organisasiTM juga berbeda, walaupun struktur TM-nya sendiri sangat stabil.

page 21 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

FILAMEN MIKRO

Filamen mikro (FM) atau lebih dikenal dengan filamen aktin merupakan komponensitoskeleton dengan ukuran paling kecil, yaitu sekitar 7 nm. Akumulasi pengetahuantentang filamen mikro ini berasal dari penelahaan yang intensif terhadapserabut-serabut kontraktil sel-sel otot. Kontraksi otot dihasilkan oleh interaksiantara filamen aktin atau filamen tipis dengan miosin atau filamen tebal. FM inibukan hanya bisa ditemukan dalam sel-sel otot melainkan dalam hampir semua seleukariot dengan fungsi yang sangat beragam, baik yang berhubungan denganfungsi-fungsi pergerakan sel maupun struktur sel. Beberapa fungsi pergerakan yangdibantu oleh FM adalah gerak ameboid, migrasi sel diatas permukaan danpergerakan teratur cairan sitosol (cytoplasmic streaming) pada sel-sel tumbuhanmaupun hewan. Selain itu, FM membantu mekanisme pelekukan membran sel padaawal-awal sitokinesis. Keterlibatan FM dalam fungsi-fungsi struktural terlihat padaperanan FM dalam jejaring yang memperkuat pengikatan antar sel melalui matriksekstraselular.

Sebagai pemberi bentuk sel, sitosol beberapa jenis sel dipenuhi oleh jejaring FMyang disebut dengan sel korteks, biasanya jejaring FM tadi mengumpul membentuklapisan di bawah membran sel. Dalam hal ini, jejaring FM bisa disebutkan sebagaiyang memberi bentuk sel sekaligus bisa juga disebutkan sebagai yang memberikekuatan mekanis sel. Pada sel-sel epitel saluran pencernaan, jejaring FMmengorganisasikan diri membentuk bundel yang kemudian mengisi pelekukanmembran sel yang disebut mikrovili.

Protein Aktin adalah Subunit Penyusun FM

Dalam sitosol sel-sel eukariot, protein aktin berada dalam jumlah yang sangatbanyak. Protein aktin disintesis sebagai polipeptida tunggal yang terdiri dari 375asam amino dengan berat molekul sekitar 42 kDa. Polipeptida aktin yang barudisintesis akan mengalami pelipatan-pelipatan membentuk banyak huruf U salingmenyambung yang kemudian bagian tengahnya mempunyai afinitas yang tinggiterhadap ATP ataupun ADP.Satu molekul aktin yang aktif disebut G-aktin. Pada

page 22 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

kondisi yang tepat, molekul-molekul G-aktin bebas mengalami polimerasimembentuk FM yang kemudian disebut F-aktin. Molekul aktin, baik dalam bentukmonomer (G) maupun polimernya (F) bisa berikatan dengan beragam proteinlainnya. Molekul aktin yang berikatan dengan suatu protein kemudian memberikanfungsi yang berlain-lainan tergantung protein yang diikatnya.

Pada dasarnya, struktur protein aktin bersifat sangat stabil atau identik di berbagaijenis sel, malah yang paling stabil dibanding TM dan FI (filamen intermediet).Protein aktin fungsional bisa jadi sangat beragam di dalam satu sel, antar jenis selmaupun antar sel dari spesies yang berbeda. Berdasarkan kesamaan runutan asamaminonya, setidaknya protein aktin bisa dibedakan menjadi dua kelompok utama,yaitu aktin spesifik untuk otot (a-aktin)dan aktin selain di sel-sel otot (b- aktindang-aktin). Selain itu,b- aktin dang-aktin yang ditemukan di dalam satu sel ataudi berbagai jenis sel bisa jadi saling berbeda. Misalnya, pada sel epitel denganorientasi basal-apikal, biasanyab- aktin paling banyak ditemukan di bagian apikalsedangkang-aktin paling banyak ditemukan di bagian basal dan lateral.

Selain jenis aktin yang beragam, kelompok protein yang mempunyai runutan asamamino serupa dengan protein aktin kemudian disebut sebagai actin-related proteins(Arps). Misalnya, protein aktin di sel-sel ayam dan di sel ragi mempunyai kesamaanrunutan asam amino lebih dari 90%, sedangkan Arps memperlihatkan kesamaanrunutan asam amino hanya sekitar 50%. Arps2 dan Arps3 ternyata ditemukanterlibat dalam pengaturan pembentukan inti polimerasi FM pada sel-sel yangsedang bermigrasi.

Proses Pembentukan FM

Sebagaimana dimer tubulin, monomer G-aktin akan mengalami polimerasi menjadiFM dan sebaliknya FM akan mengalami depolimerase menjadi G-aktin kembali. Awalpolimerase G-aktin bebas terjadi sangat pelan sampai terbentuk inti filamen (faselag) kemudian dilanjutkan dengan pemanjangan filamen yang terjadi sangat cepat.Akhirnya, dua filamen yang sudah memanjang saling berpilin membentuk strukturmolekul heliks. Satu pilinan terdiri atas 13.5 monomer F-aktin dengan panjangsekitar 36-37 nm. Molekul-molekul aktin dalam FM mempunyai orientasi yang samayang menyebabkan FM secara inheren mempunyai polaritas struktur, yaituujung-ujungnya saling berbeda. Sifat polaritas FM bisa dibuktikan denganmenginkubasi FM dengan myosin subfragmen (S1). Fragmen S1 akan berikatan

page 23 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

dengan F-aktin layaknya menghias FM dengan rumbai-rumbai yang mengarah kesatu arah. Berdasarkan pola arah dari setiap molekul miosin yang melekat keF-aktin maka ujung positif adalah yang di depan dan ujung minus adalah yangdibelakang sesuai arah rumbai molekul miosin. Polaritas FM menjadi sangat pentingberkaitan dengan penambahan dan penguraian monomer-monomer aktin.

Pada kondisi penambahan monomer G-aktin lebih cepat di ujung positif dibandingpenguraiannya di ujung minus maka FM disebut mengalami pertumbuhan, atausebaliknya. Kondisi arah rumbah protein miosin pada beberapa FM tidak bisadijadikan patokan. Jika G-aktin mengalami polimerasi menjadi filamen berukuranpendek yang kemudian mengikat S1 maka polimerasi selanjutnya bisa ke arah yangberlawanan dari arah rumbai-rumbai S1. Dengan begitu, ujung filamen yangmengalami penambahan kemudian disebut ujung positif. Artinya, akandisebutujung positif jika mengalami pertumbuhan yang lebih cepat dibandingpenguraian di ujung minusnya.

Pada saat monomer G-aktin mengalami polimerasi membentuk filamen, maka ATPyang berikatan dengan G-aktin akan dihidrolisis menjadi ADP. Hal yang serupadengan GTP yang berikatan dengan dimer tubulin dalam pertumbuhan TM. Denganbegitu, ujung-ujung FM yang mengalami pertumbuhan (ujung positif) akanmempunyai tudung kompleks ATP-F-aktin. Semakin ke ujung negatif makakompleks ATP-F-aktin akan berubah menjadi ADP-F-Aktin. Dari hasil eksperimeninvitro, ternyata kompleks ATP-G-aktin dan ADP-G-aktin mempunyai peluang yangsama untuk membuat pertumbuhan FM. Hal ini berarti kebutuhan pengaturandengan pembentukan kompleks ATP-G-aktin tidak terlalu diperlukan untukpertumbuhan FM.

Pengaturan pembentukan dan penguraian FM terjadi sangat kompleks di dalam selhidup, yaitu melibatkan berbagai jenis protein berukuran kecil(antara lain proteinG, Rac, Rho dan Cdc42) maupun membran fosfolipid (yaitu fosfolipid inositol).Pengaturan tersebut meliputi tahap-tahap awal pembentukan nukleasi (agregasiG-aktin) dan perpanjangan FM yang sebelumnya sudah ada dan pengaturandepolimerasi. Semua molekul yang terlibat dalam pengaturan FM melakukannyadengan mekanisme yang berbeda-beda, walaupun semuanya melibatkan(setidaknya di tahap-tahap awal pengaturannya) pengikatan GTP.

Jika tidak ada faktor-faktor yang lain, maka pertumbuhan FM sangat tergantungpada ketersediaan monomer ATP-G-aktin bebas dalam sitosol. Jika dalam sitosol

page 24 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

terdapat molekul yang menyebabkan G-aktin menjadi tidak bebas, misalnyathymosin B4, maka pertumbuhan FM akan terganggu. Sebagaimana disebutkandiatas, peluang ATP-G-aktin dan ADP-G-aktin adalah sama untuk ditambahkan keujung positif FM. Berarti jika ATP-G-aktin tidak tersedia bebas dan yang tersediabebas adalah ADP-G-aktin maka FM tetap mengalami pertumbuhan sampaikemudian ADP-G-aktin juga tidak tersedia akibat diikat oleh ADF/cofilin. Dalamkondisi tertentu, ADF/cofilin mengikat ADP-G-aktin dari ujung minus FM yangkemudian dilepaskan ke sitosol. Jika hal tersebut yang terjadi maka pertumbuhanFM tetap normal karena ADP-G-aktin menjadi tersedia bebas kembali.

Protein Tudung Berfungsi Menstabilkan ujung-ujung FM

Sebagaimana halnya pada TM, ujung-ujung FM tidak bisa tumbuh atau teruraikarena ditutupi oleh protein tudung. Salah satu jenis protein tudung yangmenghalangipenambahan monomor G-aktin di ujung sitif adalah Cap-Z. Denganbegitu, Cap-Z bisa dianggap sebagai molekul penstabil FM.

Interaksi antar FM diatur oleh Protein Pengikat Aktin

Sebagai bagian dari sitoskeleton, FM fungsional bisa membentuk polimer aktindengan berbagai derajat organisasi, mulai dari struktur yang membutuhkankekuatan (misalnya mikrovilli, pemanjangan ujung akrosomal sperma avertebratalaut) sampai ke struktur jejaring yang longgar (misalnya struktur korteks sel).Keragaman struktur yang luas tersebut sangat tergantung pada protein-proteinpengikat aktin (= protein asesoris pada TM).

Mikrovilli

page 25 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Mikrovilli adalah penjuluran-penjuluran yang terdapat pada sisi apikal sel-sel epitelsaluran pencernaan. Satu sel bisa mempunyai ratusan mikrovili dengan diameter0.1 m dan panjang 1-2 m sehingga luas permukaan sel bisa bertambah 20 kalilipat. Untuk menyokong struktur mikrovili, di bagian tengahnya terdapat susunansejajar dari FM membentuk bundel yang sangat kuat. Setiap FM yang menyusunbundel saling diikat oleh protein fimbrin dan villin. Keduanya dikenal sebagaiactin-bundling proteins. Ujung-ujung positif FM berada di ujung mikrovili berikatandengan membran sel melalui plaque padat elektron. Bundel dari FM jugamembentuk ikatan saling-silang dengan membran plasma di sisi lateral melaluistruktur protein miosin I dan kalmodulin. Sedangkan di bagian dasar mikrovilli,setiap bundel FM membentuk jejaring filamen yang lebih longgar yang disebutterminal web.Dalam terminal web ini, setiap FM saling diikat oleh miosin danspektrin, yang kemudian diikatkan ke protein terikat membran plasma atau kefilamen intermediet yang ada di sitoplasma. Dengan begitu, terminal web berfungsisebagai fondasi (penambat) agar penjuluran mikrovilli yang perpendikular (tegaklurus) dengan dinding saluran pencernaan bisa kokoh.

Korteks Sel

Pada sebagian besar sel-sel hewan bisa ditemukan adanya korteks sel. Korteks selini merupakan jejaring tiga dimensi FM tepat dibawah membran plasma. Dibeberapa bagian, FM penyusun korteks membentuk ikatan dengan protein terikatmembran sel. Dari struktur seperti di atas, fungsi FM adalah untuk memperkokohmembran plasma, membentuk permukaan sel yang kuat, mengaturperubahan-perubahan bentuk sel dan terlibat dalam pergerakan sel. Untukmembentuk jejaring tiga dimensi, beberapa FM dianyam atau saling dilekatkan olehprotein-protein pengikat aktin yang dikenal sebagaiactin-binding proteins. Salahsatu protein tersebut adalah protein filamin yang terdiri dari gabungan dua utaspolipeptida yang saling identik dan ujung-ujung keduanya melekat ke situspelekatan protein dalam F-aktin. Dalam hal ini, dua FM disilangkan dan pada posisisilangan diikat oleh dua tali dari protein filamin. Struktur seperti itu memungkinkanterbentuknya jejaring tiga dimensi dari FM sehingga cairan sitosol di bagain korteksmempunyai tekstur gel (kondisi gel). Jika struktur jejaring FM diputus maka sitosoldi bagian korteks akan semakin encer (kondisi sol).Perubahan kondisi gel ke sol

page 26 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

atau sebaliknya berarti diatur oleh pembentukan dan pemutusan jejaring FM yangada di sitosol. Mekanismenya melibatkan protein gelsolin yang bisa memutuskanjejaring FM yang dibangun oleh filamin dan juga bisa membentuk tudung protein diujung-ujung FM.

Lamellipodia

Struktur khusus pada sel yang bisa melakukan lokomosi antara lain adalahlamellipodia. Organisasi jejaring FM yang menyusun lamellipodia lebih baikdibanding yang menyusun korteks tapi masih lebih baik yang menyusun mikrovilli.Struktur FM pada lemellipodia tumbuh bercabang-cabang. Percabangan filamenaktin dibantu oleh molekul profilin. Pada awal pembentukannya, inisiasi nukleasidibantu molekul mirip aktin, yaitu kompleks Arp2/3. Selain itu, kompleks Arp2/3juga menginisiasi titik tumbuh cabang. Percabangan yang dibuat oleh Arp2/3 inibisa diinaktifasi oleh suatu kelompok protein yang dikenal dengan Wiskott Aldrichsyndrome protein (WASP). Sindrom ini menyebabkan platelet tidak bisa berubahbentuk sehingga tidak bisa menjadi penyumbat jika pembuluh darah bocor(mekanisme pembekuan darah terganggu).

Fungsi lain dari FM adalah membentuk pelekukan membran sel pada saatsitokinesis. Untuk bisa melakukan fungsi diatas maka FM harus berikatan denganprotein yang tertanam ke membran plasma dengan bantuan molekul penghubung(linker). Beberapa molekul penghubung FM dengan protein membran adalah band4.1, ezrin, radixin dan moesin yang dikenal sebagai kelompok protein FERM. Mutasiyang menyebabkan protein kelompok Ferm ini tidak berfungsi akan menyebabkanberbagai proses selular terganggu, misalnya sitokinesis, sekresi dan pembentukanmikrovili. Dalam sel darah merah, protein penghubung antara FM dengan proteinmembran adalah spektrin dan ankyrin. Keperluan FM yang ada dalam sel-sel darah

page 27 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

mamalia adalah untuk mengatur perubahan-perubahan bentuk sel selama masafungsionalnya (misalnya melalui pembuluh kaplier yang sangat sempit danpengangkutanoksigen).

FILAMEN INTERMEDIET

Filamen intermediet (FI) mempunyai diameter 8-12 nm yang berada diantarafilamen mikro (7 nm) dan tubulus mikro (15-25 nm), atau berada diantara filamentebal dan filamen tipis sel-sel otot. Sampai saat ini, akumulasi pengetahuan tentangultrastruktur FI banyak diperoleh dari sel-sel hewan, terutama yang ada di ototsebagaimana ditemukan pertama kalinya.

FI merupakan komponen sitoskeleton yang paling stabil dan komponennya palingsedikit larut dalam sitosol. Kestabilan ini diperlihatkan oleh kenyataan tidakrusaknya FI dalam perlakuan detergen dan larutan berion tinggi maupun rendahpada saat sel dipecah. Sebaliknya, teknik pemecahan sel diatas menguraikan FMmaupun TM menjadi subunit-subunit penyusunnya. Karena kestabilannya dalammenopang sitoplasma, sebenarnya istilah sitoskeleton lebih merujuk ke filamenintermediet ini dibanding ke FM dan TM.

FI Bersifat Spesifik Jaringan

FI hanya ditemukan pada sel-sel eukariot yang menyusun organisme multiselular.Polipeptida yang membentuk subunit-subunit penyusun FM dan TM relatif samapada berbagai jenis sel, sebaliknya, polipeptida yang menyusun subunit-subunit FIsangat beragam dengan runutan asam amino yang berbeda-beda, baik antarjaringan dalam satu tubuh organisme multiselular maupun antar organisme itusendiri.Berdasarkan pada jenis sel ditemukannya, setidaknya FI bisa

page 28 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

dikelompokkan menjadi 6 kelas. Kelas I dan II terdiri dari protein-protein keratinyang banyak ditemukan membentuk tonofilamen di dalam sel-sel epitel. Sel-selepitel merupakan sel pembentuk jaringan epitel yang biasa ditemukan di sisi palingluar dari suatu organ atau melapisi rongga tubuh, misalnya jaringan epitel yangmembentuk lapisan mukosa dari saluran pencernaan. FI kelas I merupakan keratinyang bersifat asam, sedangkan kelas II bersifat basa atau netral; dan keduanya bisaterdiri atas 15 macam protein keratin yang berbeda.

FI kelas III meliputi vimentin, desmin dan protein-protein GFA (glial fibrilliaryacidic). Vimentin ditemukan dalam jaringan ikat dan sel-sel lain yang berkembangdari sel-sel non epitel. Dalam kultur sel-sel fibroblas, filamen vimentin sangat jelasterlihat menjulur-julur dari titik tengah ke arah perifer sel. Desmin banyakditemukan dalam sel-sel otot, dan protein GFA hanya ditemukan dalam sel-selpenyokong syaraf, termasuk sel-sel glial yang mengelilingi akson (sel Schwann). FIkelas IV adalah protein-protein neurofilamen (NF) yang hanya ditemukan dalamsel-sel syaraf yang kemudian bisa dibedakan menjadi dua, yaitu NF major (NF-L)dan NF minor (NF-M dan NF-H). FI kelas V adalah protein lamin atau nuclear laminyang ditemukan di sisi dalam dari membran yang membungkus inti sel. FI kelas IVadalah nestin yang hanya ditemukan pada sel-sel syaraf yang bersifat embrional.

Selain berdasarkan jenis selnya, pembagian FI menjadi enam kelas diatas jugadidasarkan pada gen-gen penyandi proteinnya yang masih saling berhubungansebagai satu keluarga gen penyandi FI. Perbedaan-perbedaan antar jenis sel dalamsatu tubuh kemudian ditentukan oleh mode ekspresi dan modifikasipascatranslasinya. Dengan begitu, spesifisitas setiap kelas FI kemudian membuat FIbisa digunakan sebagai pelacak jenis-jenis sel dalam satu tubuh. Pada saat ini,analisis FIbiasanya menggunakan mikroskop fluoresensi. Pelacakan jenis-jenis seldalam tubuh organisme multiselular biasa dilakukan untuk menentukan asal-usulsel kanker yang mengalami metastasis sebagai dasar dari pemilihan tindakanmedis selanjutnya.

Protein Fibrosa adalah Subunit Penyusun FI

Walaupun subunit-subunit protein penyusun FI sangat beragam dari segi ukurandan sifat-sifat kimianya, mereka disandikan oleh gen-gen yang masih berhubungan.Semua subunit penyusun FI bisa dikategorikan sebagai protein fibrosa. Bandingkandengan protein globular yang menjadi subunit-subunit penyusun FM dan TM. Semua

page 29 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

protein fibrosa penyusun FI mempunyai domain tengah berbentuk batang yangsaling homolog dengan ukuran yang sangat stabil (berkisar antara 310-318 asamamino) dan bisa membentuk struktur sekunder yang juga stabil. Domain tengahtersebut terdiri atas empat segmen berstruktur heliks yang saling disambung olehsegmen penyambung berukuran pendek. Domain tengah diapit oleh ujung N danujung C yang sangat beragam dari segi ukuran, runutan asam amino dan fungsinya.Dengan begitu, fungsi dari setiap FI ditentukan oleh ujung N maupun oleh ujungC-nya.

Pembagian kelas filamen intermediet

Kelas

Protein FI BM(kDa)

Jaringan Fungsi

I Keratin bersifatasam

40-56.5

Epitel Kekuatanmekanis

II Keratin bersifatbasa ataunetral

53-67 Epitel Kekuatanmekanis

III Vimentin 54 Fibroblas, sel-sel yangberasal dari mesenkim,lensa mata

Mengaturbentuk sel

III Desmin 53-54 Otot, terutama ototpolos

Menyokongsifatkontraktil

page 30 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 31 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

III

page 32 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Protein GFA

page 33 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

50

page 34 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Sel-sel glial danasterosit

page 35 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Mengaturbentuk sel

page 36 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

IV

page 37 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Proteinneurofilamen

page 38 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 39 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Syaraf pusat dan tepi

page 40 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Pemanjangan dandiameterakson

page 41 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 42 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

NF-L (major)

page 43 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 44 / 174

62

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 45 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

NF-M (minor)

page 48 / 174

102

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

NF-H (minor)

page 53 / 174

110

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 56 / 174

V

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

Nuclear lamin

Semua tipe jaringan

Membungku

s dan

memberi

bentuk inti

sel

page 62 / 174

Lamin A

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

70

Lamin B

67

Lamin C

60

VI

Nestin

240

Sel-sel induk syaraf

Belum

diketahui

Dengan subunit-subunit protein fibrosa seperti diterangkan diatas maka struktur FI

yang paling mungkin adalah berbentuk dimer dengan struktur domain tengah dari

dua subunit fibrosa saling menganyam seperti anyaman tali, kemudian domain

ujung-ujungnya berurai (berumbai) membentuk struktur globular. Dua dimer protein

fibrosa kemudian beinteraksi secara paralel dengan dua dimer yang lain

membentuk protofilamen yang tetramer. Jika beberapa protofilamen saling

berinteraksi secara lateral maupun longitudinal maka akan membentuk struktur

filamen intermediet yang utuh. Dengan kata lain, satu filamen intermediet terdiri

atas delapan protofilamen yang menebal dan menipis di beberapa tempat akibat

sambungan antar protofilamen (ujung-ujung protein fibrosa) tidak berada pada

posisi yang sama.

FI Membangun Kekuatan Mekanis Jaringan

Berdasarkan keterangan di atas maka bisa dipahami bahwa FI merupakan penentu

struktur yang penting pada sebagian besar sel dan jaringan. Pada hampir setiap sel

yang menerima tekanan mekanis yang besar akan mempunyai struktur FI untuk

meredam tekanan mekanis tersebut. Misalnya tonofilamen yang ditemukan dalam

sel-sel yang menyusun jaringan epitel. Tonofilamen ini merupakan jalinan protein

fibrosa keratin yang ada di sitoplasma dan terikat ke desmosom. Desmosom

merupakan tumpukan (plaque) protein tertanam membran yang berfungsi

mengikat sel-sel bertetangga untuk membentuk gabungan sel-sel epitel sehingga

bisa berjajar dengan rapat dan kuat. Selain ke desmosom, tonofilamen juga terikat

ke hemidemosom, yaitu tumpukan protein yang mengikat sel-sel epitel ke

membran basal dan atau ke matriks ekstraselular. Sistem tonofilamen, desmosom

dan hemidesmosom menjadikan jaringan epitel sangat kuat menahan tekanan

mekanis, terutama pada saat harus meregang maupun pada saat menerima

tekanan. Jika gen penyandi protein keratin mengalami mutasi atau sengaja

direkayasa sehingga menjadi tidak berfungsi maka sel-sel penyusun jaringan epitel

akan mudah terurai. Misalnya rekayasa genetik terhadap keratinosit pada tikus

transgenik akan menyebabkan sel-sel penyusun epidermisnya mudah lepas.

Kerusakan genetik (genetic defisiensi) keratin akibat mutasi alami pada manusia

akan menyebabkan sel-sel epidermis yang menyusun kulit mudah lepas yang

dikenal dengan epidermolysis bullosa simplex (EBS). Selain EBS, dikenal juga

amyotrophic lateral sclerosis (ALS) dan cardiomyopathies yang menyebabkan

kerusakan oganisasi otot jantung dengan simptom kelainan jantung bawaan.

Di dalam sel, FI membentuk struktur berlipat-lipat yang dikenal dengan nuclear

lamina di sisi dalam membran inti. Protein lamina ini terdiri atas tiga jenis protein

lamin yang bisa dibedakan berdasarkan berat molekulnya, yaitu A, B dan C. Pada

saat mitosis, membran inti akan mengalami penguraian akibat protein-protein lamin

yang memperkuatnya mengalami fosforilasi. Setelah mitosis selesai, gugus fosfat

yang ada di setiap protein lamin dilepaskan kembali sehingga membentuk filamen

lamin yang kembali kokoh.

FUNGSI-FUNGSI SEL TERKAIT SITOSKELETON

Ketiga komponen sitoskeleton, yaitu filamen mikro, tubulus mikro dan filamenintermediet yang sebelumnya dibahas secara terpisah, pada kenyataannya di

dalam sel fungsional (hidup) saling berinteraksi dan bekerja sama membangun

bentuk dan menyokong berbagai aktifitas sel. Salah satunya adalah Pengenalan

antar sel dan adhesi.

Sebagai bagian dari pengintegrasi mekanis, ketiga komponen sitoskeleton

dihubungkan oleh protein penghubung yang spesifik. Misalnya, tonofilamen bisa

bergabung dengan tumpukan protein desmosom atau hemidesmosom karena

diperantai oleh kelompok protein plakin yang terdiri atas plectin, desmoplakin dan

bullous pemphigoid antigen 1 (BPAG1). Beberapa protein penghubung diatas

memberikan kekuatan mekanis tambahan terhadap desmosom dan

hemidesmosom. Peranan plakin dalam membentuk kekuatan mekanis tidak

terbatas pada desmosom dan hemidesmosom, melainkan juga menghubungkan

antara filamen intermediet dengan filamen mikro maupun tubulus mikro. Misalnya,

protein plectin ternyata mempunyai situs-situs pengikatan dengan filamen

intermediet, filamin mikro dan tubulus mikro. Dengan adanya protein plektin, setiap

komponen sitoskeleton bisa saling menganyam membentuk stuktur jejaring yang

sangat kompleks di dalam sel maupun antar sel.

page 80 / 174

page 89 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 118 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/

page 138 / 174

Achmad Farajallah | SISTEM SITOSKELETONCopyright Achmad Farajallah achamad@ipb.ac.idhttp://achamad.staff.ipb.ac.id/2011/11/23/sistem-sitoskeleton/