cells, genetic information and...

Laboratorium EmbriologiFakultas Kedokteran Hewan

Institut Pertanian Bogor

Fertilisasi dan Penurunan Kromosom

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Indikator Pencapaian Fungsi fertilisasi: fungsi reproduksi (penurunan genetik), fungsi

perkembangan (aktivasi sel telur) Syarat terjadi fertilisasi pada spermatozoa dan sel telur Urutan proses fertilisasi (waktu, tempat, proses) Mekanisme pencegahan polispermia Penentuan Jenis kelamin Rasio Kelamin Kromosom hewan domestik Kegagalan fertilisasi Kelainan fertilisasi {aneuploidi: monosomi, trisomi; haploid

(ginogenesis, androgenesis); parthenogenesis; poliploidi} Superfekundasi, kembar fraternal Pewarisan Gen dan Penurunan KromosomWawasan bioteknologi: fertilisasi in vitro (konvensional,

mikrofertilisasi)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Fertilisasi:

Fungsi fertilisasi:• Penurunan materi genetik dari tetua jantan

dan betina ke anak• Mengembalikan jumlah kromosom dari

haploid menjadi diploid • Penentuan jenis kelamin anak • Aktivasi sel telur (reaktivasi meiosis II) untuk memulai

proses perkembangan

Proses penyatuan spermatozoa dan ovum untuk membentuk individu baru (zigot)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Tahapan yang harus dialami oleh Spermatozoa agar bisa membuahi

Produksi di Tubuli Seminiferi (Spermatogenesis)

Pematangan di Epididymis

Kapasitasi di Saluran Reproduksi Betina

Reaksi Akrosome

Pematangan di Epididymis

Faktor dekapasitasi (penstabilan membran

plasma)

Peningkatan konsentrasi spermatozoa,

terjadi penyerapan cairan di epididymis

Memperoleh kemampuan membuahi

Memperoleh kemampuan motilitas

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Kapasitasi:

Kapasitasi spermatozoa terjadi di saluran reproduksi betina

Seleksi dan rangsangan oleh mukus

serviks uteri

Lingkungan atau cairan uterus

Hipermotilitas spermatoza di Tuba Fallopii

“Perubahan fisiologis dari membran plasma spermatozoa di saluran reproduksi betina

menyebabkan membran plasma tidak stabil dan reaktif terhadap induksi reaksi akrosom”

Reaksi akrosome

Membran plasma & membran akrosom melebur

Pengeluaran enzim2 hidrolitik yg ada di akrosom

Fungsi mencerna zona pelusida, sehingga

spermatozoa dapat menembus zona pelusida

Jenis enzim:

Hyaluronidase, acrosin, dll

(Flesch, 2000)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Syarat sel Telur agar dapat dibuahi oleh spermatozoa

Pematangan Sel telur

1.Pematangan inti:

GV GVBD MI MII

2. Pematangan sitoplasma:

Sintesa mRNA, protein dll.

Pembentukan granula2 kortek

Terkait dengan Oogenesis dan follikulgenesis

Pematangan Sel TelurOocyte maturation

GV M I M II

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Pematangan inti sel telur

(Oogenesis)

Brunet and Maro, 2005; Reproduction 130: 801-811

GV GVBD

Metafase I

Metafase II

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

1. Penembusan sel-sel kumulus ooforus oleh spermatozoa

2. Ikatan spermatozoa-Zona Pelusida (protein ZP3)

3. Reaksi Akrosom, pengeluaran enzim hidrolitik oleh spz

4. Penetrasi ZP oleh spermatozoa

5. Ikatan spermatozoa dg membran plasma sel telur (oolemma)

6. Peleburan membran plasma spermatozoa dg oolemma (membran plasma sel telur), spz masuk ke dalam sitoplasma sel telur

7. Aktivasi sel telur (melanjutkan pembelahan meiosis dan pencegahan polispermia)

8. Pembentukan pronukleus jantan dan betina

9. Syngami (penyatuan pronukleus jantan dan pronukleus betina) membentuk zigot

Dilanjutkan dengan pembelahan mitosis (embriogenesis)

Tahapan Proses Fertilisasi:

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id Perivitelline

space

ZPOolemmaA: Kapasitasi.

B: Hipermotilitas spz dan ikatan dg ZP.

C: Reaksi akrosom

D: Penetrasi ZP dan ikatan dg oolemma.

E: Ikatan dg oolemma

F: Peleburan dg oolemma

Mammalian fertilization

(Flesch, 2000)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Fertilisasi pada Mamalia

Spermatozoa membentuk pronukleus jantan (♂ PN)

Inti sel telurmelanjutkan meiosis II, melepaskan polar body II (second PB), membentuk pronukleus betina (♀ PN)

(Flesch, 2000)

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Pencegahan Polispermia

Reaksi Cepat : Perubahan potensial membran vitelin (Vitelline block) sehingga spermatozoa lain tidak bisa menempel pada membran vitelin sel telur

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Reaksi Granula Kortek

Lambat : Reaksi granula korteks (Zona Reaction), granula2 kortek pecah mengeluarkan enzim-enzim hidrolitik yang akan merubah konfigurasi protein zona pelusida (ZP2 dan ZP3) sehingga zona peusida tidak bisa berikatan dengan spermatozoa lain dan zona pelusida menjadi lebih keras (padat)

Penentuan Jenis Kelamin

• Mamalia (female homogametic)

♀(XX) ♂ (XY)

X X X YGamet:

Anak: XX XX XY XY

betina betina jantan jantan

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Penentuan Jenis Kelamin

• Unggas (female heterogametic)

♀(ZW) ♂ (ZZ)

Z W Z ZGamet:

Anak: ZZ ZZ ZW ZW

jantan jantan betina betina

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

SEX RATIO

• Rasio Kelamin PrimerProporsi zigot jantan dibanding zigot betina hasil dari fertilisasi

• Rasio Kelamin SekunderProporsi anak jantan dibanding dengan anak betina dari anak yang lahir.

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Kembar ?• Superfekundasi (pada anjing dan kucing)

Seekor hewan betina yang dikawini oleh lebih dari satu ekor pejantan pada satu masa birahi (estrus), sehingga anak yang dilahirkan memiliki genetik tetua jantan yang berbeda-beda. Contoh terjadi pada anjing dan kucing.

• Kembar Fraternal (lebih dari satu oosit yang masing-masing dibuahi spermatozoa)Kejadian kembar pada hewan unipara, ketika terjadi ovulasi ganda dan setiap sel telur dibuahi masing-masing oleh satu spermatozoa. Kembar fraternal memiliki genetik yang tidak sama (tidak identik

KEGAGALAN FERTILISASI:

Faktor jantan :

saluran reproduksi: ~ obstruksi (penyumbatan)

sperma: ~ oligospermia, azoospermia

Faktor betina :

saluran reproduksi: obstruksi tuba Fallopii

sel telur: degenerasi, penuaan

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

KELAINAN FERTILISASI:

Zygote haploid (n): Ginogenesis (female)

Androgenesis (male)

Zygote polyploidi (>2n): Polysperm

Non-disjunction

Aneuploidi: trisomi (2n+1): Down, Klinefelter syndrome

monosomi (2n-1): Turner syndromehttp

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Parthenogenesis ?

Parthenogenesis?!:

diploid (n), Benda kutub I tidak dilepas

haploid (2n). Benda kutub II tidak dilepas

• Perkembangan zigot atau embrio tanpa ada induksi atau peran spermatozoa

• Aktivasi sel telur terjadi secara spontan

• Induksi secara buatan bisa dilakukan dengan bahan kimia (~alkohol) atau kejutan elektrik

ANEUPLOIDI: Trisomi

• Trisomi 21• Down Syndrome

- facial characteristic- short stature- congenital heart defect- mental retardation- immune system defect- hearing loss- duodenal obstruction

employees.csbsju.edu

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

ANEUPLOIDI: Trisomi

• Trisomi kromosom sex (XXY)

• Klinefelter Syndrome- Hypogonadism- Leydig cells- Azoospermia- Oligospermia- Gynecomastia- Eunuchoidism www.tokyo-med.ac.jp

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

ANEUPLOIDI: Monosomi

www.tokyo-med.ac.jp

• Monosomi kromosom sex (XO)

• Turner Syndrome- Hypogonadism- Short stature- Webbed neck- Coarctation aorta- Cervical lymphatic cyst

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Penurunan Genetik (Hukum Mendel)

• Segregasi Gen Tunggal

• Hukum Segregasi (Hukum Mendel I):

“Masing-masing induk mengandung dua salinan unit pewarisan (yang sekarang disebut gen) bagi masing-masing sifat, akan tetapi hanya

satu dari kedua gen yang ditransmisikan melalui gamet pada keturunannya”.

http://209.68.138.57/lc/archive/biology/Pages/Chapter10-Rabitoy.aspx

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Penurunan Genetik (Hukum Mendel)

• Segregasi Dua Gen atau Lebih

• Hukum Perpasangan Bebas (Hukum Mendel II):

“Segregasi (pemisahan) suatu pasangan gen terjadi secara independen atau lepas dari

pasangan gen lainnya”.

http://faculty.clintoncc.suny.edu/

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-20/2014.jpg

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Penjelasan Hukum Mendel

• Hukum Mendel I terkait dengan kromosom dan meiosis

• Hukum Mendel II hanya berlaku untuk gen-gen yang tidak tertaut kromosom atau gen-gen pada kromosom yang tidak homolog

• Variasi genetik: Crossing overIndependent assortment 2n ; n=jumlah kromosom

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Pola Pewarisan: Hubungan Alel Alel dominan: suatu alel yang fenotipenya selalu

terekspresikan atau muncul pada kondisi heterozigotmaupun homozigot.

Alel resesif: suatu alel yang fenotipenyaterekspresikan hanya pada kondisi homozigot.

Alel kodominan: alel-alel yang pada kondisiheterozigot kedua fenotipenya terekspresi .

Dominansi tak sempurna: alel-alel yang pada kondisiheterozigot, fenotipenya terekspresi intermediet.

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id Alel letal: alel alel yang ekspresi fenotipenya

dapat menyebabkan kematian. Alel letaldapat bersifat dominan maupun resesif.

Alel ganda: jumlah maksimum alel padasebuah lokus gen yang dimiliki suatuindividu adalah dua. Jika terdapat lebih daridua alel di sebuah lokus disebut alel genda.Misal : A, a’, a’’, a’’’, a’’’’

A1, A2, A3, A4, A5

Pola Pewarisan: Hubungan Alel

http://www.doctortee.com/dsu/tiftickjian/genetics/mendel-extensions.html

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Termasuk Hubungan Alel Yang Mana ???

APLIKASI BIOTEKNOLOGI:

INSEMINASI BUATAN (IB)

FERTILISASI IN VITRO (IVF)- Konvensional- Partial zona disection (PZD)- Sub zonal injection (SuZI)- Intracytolasmic sperm injection (ICSI)

KRIOPRESERVASI- Gamet- Embrio

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Koleksi Sperma

Koleksi dan Pembekuan (Kriopreservasi) Sperma

Pembekuan Spermahttp

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

MATURATION

OOCYTE COLLECTION

PRODUKSI EMBRIO secara In Vitro :

SPERM COLLECTION

CULTURE

FERTILIZATION

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

http

://af

f.fkh

.ipb.

ac.id

Sperm

Metaphase II Oocyte

Holding pipette

Injection pipette

Sperm

Metaphase II Oocyte

Holding pipette

Injection pipette

Partial zona dissection (PZD)(Cohen et al, 1988)

Subzonal injection (SUZI)(Ng et al, 1988)

Intracytoplasmic sperm injection (ICSI)(Palermo et al, 1992)

MICRO FERTILIZATION

KENAPA TIDAK!

Bekerja sebagai seorang embryologyst?!ht

tp://

aff.f

kh.ip

b.ac

.id