Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Gap Junction Penyambung Silaturahmi Sel

Apakah kamu termasuk orang yang sering berkomunikasi dengan tetangga sebelah? Jika iya, dengan apa? Berbicara langsung atau malah menggunakan telepon mainan dari benang seperti yang dilakukan di masa kecil? :)

Apapun itu, kamu pasti membutuhkan suatu alat berkomunikasi dengan tetangga sebelah rumahmu. Begitu pula dengan sel, unit fungsional terkecil yang menyusun makhluk hidup. Baik antara sel dan sel, maupun antara sel dengan matriks ekstraseluler dalam tubuh organisme multiselular membutuhkan sarana berkomunikasi satu sama lain. Nah, mereka dihubungkan dengan junction (penghubung).

Penghubung sel (junction) yang menghubungkan antara sel dengan sel atau sel dengan matriks sangat beragam berdasarkan strukturnya. Tugas penghubung sel tersebut juga tidak terbatas pada transmisi tekanan fisik. Meskipun sangat banyak jenisnya, secara umum penghubung sel dapat digolongkan menjadi empat jenis berdasarkan fungsinya. Masing-masing dengan basis struktur molekular yang berbeda.

  1. Anchoring junctions, termasuk di dalamnya adhesi antarsel dan antara sel dengan matriks. Berfungsi meneruskan tekanan dan terikat pada filamen sitoskeletal yang terletak di dalam sel.
  2. Occluding junctions menutup celah antarsel di epithelia untuk membuat lembaran sel menjadi pembatas yang bersifat impermeabel atau permeabel secara selektif.
  3. Channel-forming junctions membuat jalur untuk menghubungkan sitoplasma sel-sel yang bersebelahan.
  4. Signal-relaying junctions memberikan akses untuk penghantaran sinyal dari sel ke sel melewati membran plasma di tempat terjadinya kontak antarsel.
Empat klasifikasi penghubung sel berdasarkan fungsinya. Sumber: http://slideplayer.com/slide/4784117/

Empat klasifikasi penghubung sel berdasarkan fungsinya. Sumber: http://slideplayer.com/slide/4784117/

Nah, dalam artikel ini penulis hanya akan membahas salah satu contoh dari channel-forming junctions yaitu, gap junction.

Jika tight junction ‘memutuskan’ hubungan antarsel, sebaliknya gap junction-lah yang bertugas menghubungkan silaturahmi antarsitoplasma sel-sel yang berbatasan. Penghubung antarsel dengan fungsi yang sama dengan gap junction dapat juga ditemukan pada tumbuhan, meskipun dalam bentuk yang sangat berbeda. Struktur tersebut disebut plasmodesmata.

Gap junction menghubungkan sel-sel yang berbatasan. Sumber gambar: Biological Science, Prentice Hall (2005).

Gap junction menghubungkan sel-sel yang berbatasan. Sumber gambar: Biological Science, Prentice Hall (2005).

Dalam tubuh hewan, gap junction terdapat di hampir semua jaringan termasuk jaringan ikat dan epithelia. Gap junction disusun oleh protein-protein yang terbagi dalam dua keluarga besar, connexin dan innexin. Keduanya dapat ditemukan pada vertebrata dengan connexin sebagai protein yang mendominasi. Sedangkan pada invertebrata seperti nyamuk, Drosophila, dan C. elegans, hanya innexin yang menjadi penyusunnya.

Kanal (channel) yang dibentuk oleh gap junction dapat dilalui oleh ion anorganik dan beberapa molekul kecil yang larut dalam air. Molekul dan ion-ion tersebut secara bebas dapat berpindah dari satu sel ke sel yang lain, sehingga sel-sel yang berhubungan tersebut akan memiliki hubungan secara elektronik maupun metabolik.

Skema sebuah percobaan untuk menentukan ukuran kanal gap junction. Dalam percobaan ini molekul berfluoresens diinjeksikan ke dalam salah satu sel di antara dua sel yang dihubungkan oleh gap junction. Molekul dengan massa kira-kira kurang dari 1000 dalton dapat melewati gap junction, sedangkan molekul dengan massa yang lebih besar tidak bisa. Sumber: Molecular Biology of the Cell 5th Edition.

Skema sebuah percobaan untuk menentukan ukuran kanal gap junction. Dalam percobaan ini molekul berfluoresens diinjeksikan ke dalam salah satu sel di antara dua sel yang dihubungkan oleh gap junction. Molekul dengan massa kira-kira  kurang dari 1000 dalton dapat melewati gap junction, sedangkan molekul dengan massa yang lebih besar tidak bisa. Sumber: Molecular Biology of the Cell 5th Edition.

Apa maksudnya secara elektronik dan metabolik? Jadi begini, contohnya jika ada zat pewarna sel diinjeksikan pada salah satu sel, zat tersebut akan berdifusi ke sel-sel yang lainnya tanpa perlu keluar menuju ruang ekstraselular. Inilah yang kita sebut secara metabolik.

Sama halnya dengan zat pewarna, aliran listrik yang diberikan pada satu sel melalui mikroelektrode secara otomatis dapat menyebabkan terjadinya kejutan/gangguan elektrik pada sel-sel tetangganya. Hal ini terjadi karena ion-ion bermuatan berpindah dari sel yang diberikan aliran listrik ke sel-sel di sekitarnya melalui gap junction.

Sekarang, mari kembali lagi ke struktur gap junction. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, gap junction terdiri dari protein-protein penyusun dengan salah satu komponen utamanya adalah connexin. Setiap connexin tersusun atas empat domain transmembran. Enam buah connexin membuat sebuah struktur seperti kanal, hemichannel, atau yang disebut connexon. Dua connexon dari dua sel akan saling berhubungan untuk membentuk gap junction dan sebuah celah (gap) antarsel dengan ukuran tetap 2-4 nm. Nah, dari penjelasan tersebut kamu bisa lebih mudah mengingat nama gap junction, gap (celah) dan junction (penghubung).

Organisasi dari mulai struktur protein, connexin menjadi connexon, dan connexon menjadi kanal interselular. Susunan connexon dapat berupa homomeric atau heteromeric, sedangkan kanal interselular dapat tersusun dalam bentuk heterotypic atau homotypic. Sumber (dengan editan): https://mutagenetix.utsouthwestern.edu/phenotypic/pfile.cfm/1359/Connexons.jpg.

Organisasi dari mulai struktur protein, connexin menjadi                connexon, dan connexon menjadi kanal interselular. Susunan connexon dapat berupa homomeric atau heteromeric, sedangkan    kanal interselular dapat tersusun dalam bentuk heterotypic atau                                                             homotypic. Sumber: https://mutagenetix.utsouthwestern.edu/phenotypic/pfile.cfm/1359/Connexons.jpg.

 

Gap junction dari jaringan yang berbeda akan memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda. Tak hanya secara struktur (susunan asam amino) tapi juga permeabilitas. Pernah dengar kan konsep tentang struktur mempengaruhi fungsi dan sebaliknya?

Beberapa hingga ribuan kanal gap junction biasanya berkelompok membentuk klaster yang disebut gap junction plaque. Alih-alih bersifat statis, gap junction plaque ini sangat dinamis. Setiap kanal dengan mudah dibongkar-pasang, bahkan dimodifikasi. Dalam studi terbaru tentang pergantian connexon para ilmuwan menemukan bahwa connexon yang baru akan senantiasa ditambahkan dari pinggiran gap junction plaque, sementara connexon lama dipindahkan dari tengah-tengah plaque. Proses pergantian dan pemindahan tersebut berlangsung dalam waktu yang sangat cepat. Sayangnya, hingga kini mekanisme detail tentang proses pergantian dan pemindahan connexon masih belum diketahui.

Penampakan gap junction dilihat dari mikroskop. Dari samping (kiri) dan penampakan gap junction plaque dari atas (kanan). Sumber: http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/empage/eep/eep5.gi

Penampakan gap junction dilihat dari mikroskop. Dari samping (kiri) dan penampakan gap junction plaque dari atas (kanan). Sumber: http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/empage/eep/eep5.gif.

Gap junction memiliki fungsi yang bermacam-macam. Pada sel-sel yang dapat tereksitasi seperti sel saraf gap junction berperan sebagai penghubung antarsel sehingga potensial aksi dapat merambat secara cepat tanpa terjadi delay. Begitu juga dengan sel jantung, gap junction membantu sel-sel jantung agar berkontraksi secara sikron. Pada bagian yang lain dalam tubuh kita, gap junction juga berfungsi sebagai alat komunikasi dalam bentuk yang berbeda. Contohnya, perkembangan normal dari folikel ovari tergantung pada komunikasi melalui gap junction antara oosit dengan sel granulosa yang mengelilinginya. Mutasi pada gen yang mengkode connexin pada bagian ini dapat menyebabkan kemandulan.

Sebagaimana kanal-kanal lain, kanal gap junction memiliki fase terbuka maupun tertutup. Turunnya pH sel atau peningkatan konsentrasi ion kalsium (Ca2+) dalam sel secara signifikan akan menyebabkan penutupan kanal gap junction secara otomatis. Para ilmuwan masih belum menemukan tujuan di balik penutupan kanal gap junction ketika pH sel turun. Akan tetapi, mereka menemukan bahwa penutupan kanal menjadi sangat penting ion kalsium meningkat.

Membran sel yang rusak biasanya akan mudah ‘bocor’, maksudnya mudah membiarkan ion-ion yang konsentrasi di ekstrasel tinggi (seperti Ca2+ dan Na+) untuk masuk dan sebaliknya, mudah melepaskan ion-ion penting dari dalam sel. Jika gap junction tidak segera ditutup, sel-sel yang berbatasan dengan sel rusak tersebut akan ikut terganggu keseimbangan ionnya. Dengan tertutupnya gap junction, sel yang rusak akan terisolasi dan sel yang sehat akan tetap selamat.

Sebuah poster berisi kampanye kepedulian terhadap penderita Charcoot-Marie-Tooth disease (penyakit bawaan yang menyerang sistem saraf tepi, mempengaruhi saraf sensori dan motor). Salah satu penyebab dari penyakit ini adalah mutasi pada connexin-32. Sumber: pinterest.com.

Sebuah poster berisi kampanye kepedulian terhadap penderita Charcoot-Marie-Tooth disease (penyakit bawaan yang menyerang  sistem saraf tepi, mempengaruhi saraf sensori dan motor). Salah satu penyebab dari penyakit ini adalah mutasi pada connexin-32. Sumber: pinterest.com.

Wah, keren sekali bukan ciptaan Tuhan yang satu ini? Ukurannya kecil, keberadaannya tidak terasa, tapi hilangnya berefek besar pada kenyamanan hidup makhluk hidup. Nah, jika hari ini kamu masih merasa kurang bersyukur/beruntung karena sesuatu, ingat-ingat saja untuk bersyukur pada Tuhan atas gap junction dengan fungsi normal yang telah Tuhan anugerahkan kepadamu. :)

Bahan bacaan:

  • Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter (2008) Molecular Biology of the Cell 5th Edition. Garland Science.
  • Kumar NM & Gilula NB (1996) The Gap Junction Communication Channel. Cell Rev 84:384.

Penulis:
Annisa Firdaus Winta Damarsya, mahasiswi jurusan Biological Science, Nagoya University, Jepang sekaligus penerima beasiswa Indonesia Leadership Award dari Lembaga Nan Unggul Indonesia dan Kementerian Agama RI. Kontak: annisafirdauswd(at)yahoo(dot)co(dot)id.