Apoptosis (Kematian Sel Terprogram)

Sel-sel yang terinfeksi atau rusak atau hanya sekadar mencapai akhir masa hidup fungsionalnya seringkali memasuki program bunuh diri sel terkontrol, yang disebut sebagai apoptosis (dari kata Yunani yang artinya 'jatuh' dna digunakan dalam puisi Yunani klasik yang mengacu pada daun-daun yang berguguran dari pohon). Selama proses ini, agen-agen seluler memotong-motong DNA serta mencacah organel dan komponen sitoplasma lainnya. Sel menyusut dan menjadi berlobus-lobus (disebut 'blebbing') sedangkan bagian-bagian sel dikemas dalam vesikel-vesikel yang ditelan dan dicerna oleh sel pemulung terspesialisasi, sehingga tidak ada jejak tertinggal. Apoptosis melindungi sel tetangga dari kerusakan yang akan diderita jika sel yang sekarat bocor dan melepaskan semua isinya, termasuk banyak enzim pencernaan dan berbagai enzim lainnya.

Apoptosis pada Cacing Tanah Caenorhabditis elegans

Perkembangan embrio adalah periode saat apoptosis terjadi di sana-sini dan memainkan peran yang sangat penting. Mekanisme molekuler yang mendasari apoptosis dipecahkan secara rinci oleh para peneliti yang mempelajari perkembangan embrio pada cacing tanah kecil, seekor nematoda yang disebut Caenorhabditis elegans. Karena cacing dewasa hanya memiliki sekitar seribu sel, para peneliti mampu melacak sepenuhnya garis keturunan setiap sel. Bunuh diri sel secara tepat waktu terjadi tepat 131 kali selama perkembangan normal C. elegans, pada titik-titik yang tepat sama dalam garis keturunan sel setiap cacing. Pada cacing dan spesies lain, apoptosis dipicu oleh sinyal yang mengaktivasi suatu kaskade protein 'bunuh diri' dalam sel yang ditakdirkan untuk mati.

Riset geneti terhadap C. elegans mengungkapkan dua gen kunci apoptosis, disebut cead-3 dan ced-4 (ced singkatan dari 'cell death'), yang mengkodekan protein-protein yang essensial untuk apoptosis. (Protein yang dihasilkan disebut Ced-3 dan Ced-4) Kedua protein ini, dan sebagian besar protein lain yang terlibat dalam apotosis, terus menerus ada dalam sel, namun dalam bentuk inaktif; dengan demikian, aktivitas protein lebih diregulai daripada sintesis protein (melalui aktivitas gen). Pada C. elegans, suatu protein pada membran luar mitokondria, yang disebut Ced-9 (produk dari gen ced-9) bertindak sebagai regulator utama apoptosis, bertindak sebagai rem jika tidak ada sinyal yang mendorong apoptosis. Ketika sinyal kematian diterima oleh sel, sinyal melepaskan rem, dan jalur apoptosis mengaktifkana protease dan nuklease, enzim-ezim yang memotong protein dan DNA sel. Protease utama dalam apoptosis disebut kaspase (caspase); pada nematoda kaspase utama adalah Ced-3.

Jalur Apoptosis dan Sinyal yang Memicunya

Pada manusia dan mamalia lain, beberapa jalur berbeda, yang melibatkan sekitar 15 kaspase berbeda, dapat melaksanakan apoptosis. Jalur yang digunakan bergantung pada tipe sel dan sinyal yang memicu apoptosis. Salah satu jalur utama melibatkan protein mitokondria. Protein-protein apoptosis dapat membentuk pori-pori molekuler di membran luar mitokondria, menyebabkan membran tersebut bocor dan melepaskan protein yang mendorong apoptosis. Yang mengejutkan, salah satunya adalah sitokrom c, yang berfungsi dalam transpor elektron mitokondria pada sel sehat namun bertindak sebagai faktor kematian sel saat dilepaskan dari mitokondria. Proses apoptosis mitonkondria pada mamalia menggunakan protein-protein yang mirip dengan protein nematoda Ced-3, Ced-4, dan Ced-9.

Pada titik kunci pada program apoptosis, protein mengintregasikan sinyal-sinyal dari beberapa sumber yang berbeda dan dapat mengirim suatu sel menuruni jalur apoptosis.