Peranan Integrin dalam Reproduksi
Abstrak. Fertilisasi, implantasi, dan plasentasi merupakan proses-proses seluler dinamis yang memerlukan tidak hanya sinkronitas antara lingkungan maternal dan embrio, tetapi juga komunikasi sel-dengan-sel yang kompleks. Komunikasi ini melibatkan integrin, sebuah famili protein yang terlibat dalam perlekatan, migrasi, invasi, dan pengendalian fungsi seluler. Selama satu dekade terakhir, para peneliti telah mempelajari bahwa integrin berpartisipasi dalam berbagai peristiwa reproduktif yang mencakup fertilisasi, implantasi, dan plasentasi pada berbagai spesies. Review kali ini akan memaparkan: (i) ekspresi integrin pada gamet dan selama pembentukan dan perkembangan plasenta; (ii) jalur-jalur regulasi untuk mengendalikan ekspresi integrin dalam uterus dan plasenta yang sedang berkembang; (iii) fungsi integrin sebagaimana ditentukan oleh mutasi-null; dan (iv) disfungsi reproduktif pada wanita yang terkait dengan ekspresi integrin tidak sesuai dalam uterus dan/atau plasenta.
Dalam satu dekade terakhir, wawasan tentang mekanisme-mekanisme yang mendasari migrasi sel, perlekatan ke matriks ekstraseluer, dan perlekatan sel-dengan-sel telah berkembang pesat dengan ditemukannya molekul-molekul permukaan sel yang dikenal sebagai integrin. Peranan integrin dalam adhesi, migrasi, invasi, dan berbagai efek intraseluler terhadap organisasi sitoskeleton serta kemampuannya untuk merespon terhadap sinyal-sinyal intraseluler dan ekstraseluler menjadikan integrin sebagai partisipan potensial yang menarik dalam peristiwa-peristiwa kompleks selama fertilisasi, implantasi, dan plasentasi. Kehamilan ditimbulkan dari serangkaian peristiwa yang terkoordinasi ketat yang dimulai dengan interaksi oosit dan spermatozoa (fertilisasi): dilanjutkan dengan aposisi, adhesi, dan invasi embrio ke dalam dinding uterin (implantasi); dan mencakup perkembangan plasma.
Pada semua mamalia, fertilisasi terjadi ketika spermatozoa bergabung dengan oosit setelah penetrasi zona pelucida, yang menghasilkan pembentukan zigot. Implantasi dan plasentasi sangat berbeda diantara mamalia. Tipe plasentasi spesifik mencakup epiteliochorial (misal: hewan babi dan kuda), dimana trophectoderma dari konseptus melekat ke epitelium uterin, dan hemochorial (misal: pengerat dan primata), dimana trophectoderma menyusupi jaringan maternal dan bersentuhan langsung dengan darah material (Gbr. 1; Tabel I) (2). Review ini akan berfokus pada informasi terkini tentang integrin dan fungsinya selama fertilisais, implantasi, dan perkembangan plasenta. Persamaan dan perbedaan diantara spesies akan dibahas.
Struktur dan Fungsi Integrin
Integrin merupakan anggota famili reseptor transmembran heterodimerik dependen-kation yang tersusun atas sub-sub unit α dan β yang berikatan non-kovalen. Masing-masing subunit memiliki domain ekstraseluler N-terminal yang luas, sebuah domain transmembran, dan sebuah domain sitoplasmik C-terminal pendek. Termasuk pengecualian adalah subunit β4, yang memiliki sebuah domain sitoplasmik yakni ~40 asam amino lebih panjang dari sub-sub unit β lainnya. Sebanyak 18 sub-unit α dan delapan subunit β telah diidentifikasi, dan sub-sub unit ini membentuk 23 heterodimer yang diketahui (Gbr. 2). Spesifitas ligan untuk masing-masing heterodimer ditentukan dengan kombinasi spesifik sub-sub unit α dan β. Kebanyakan sub-unit β bisa terkait dengan lebih dari satu subunit α (misal, subunit β1 bisa bergabung dengan sekurang-kurangnya 11 subunit α berbeda). Integrin mengenali komponen-komponen matriks ekstraseluler dan ko-reseptor adhesi sel dari imunoglobulin dan famili cadherin.
Fungsi utama dari integrin adalah untuk memperantarai perlekatan sel-dengan-sel dan sel-dengan-substratum walaupun juga bisa memodulasi beberapa fungsi seluler lainnya. Integrin terkait erat dengan sitoskeleton melalui domain sitoplasmik dari subunit β. Kompleks ini bisa mengikat beberapa protein sitoskeletal, yang mencakup α-aktinin, paxillin, talin, tensin, dan vinculin. Protein-protein berkumpul tersendiri sebagai sebuah tempat adhesi focal. Tempat adhesi focal tersusun atas berbagai heterodimer integrin yang berakumulasi pada permukaan sel sebagai respons terhadap pengikatan ligan. Akumulasi integrin ini akan merekrut protein-protein sitoskeletal seperti α-aktinin, talin, dan vinklulin yang bisa bertindak sebagai sebuah penjangkar untuk F-actin. Stabilisasi mikrofilamen-mikrofilamen akan merekrut protein-protein sitoskeletal lainnya seperti paksillin dan talin. Disamping protein-protein sitoskeletal ini, tempat-tempat adhesi focal mengandung kompleks-kompleks pensinyalan yang melibatkan kinase, seperti adhesi kinase focal (FAK), dan kinase terikat integrin (ILK), sebuah kinase serin/threonin protein. Tempat-tempat adhesi focal bisa berinteraksi dengan beberapa protein intraseluler, termasuk molekul jalur MAP kinase, GTPase kecil (ras dan rho), lipid kinase (PIP 5-kinase dan PI3 kinase), dan fosfolipid (fosfolipase C dan fosfolipase A2), dan aktivasi tempat-tempat adhesi focal bisa mengarah pada perubahan pH dan Ca++ intraseluler.
Jaringan sitoskeletal ini dan kompleks-kompleks pensinyalan dalam tempat adhesi focal memungkinkan kendali ganda aktivitas integrin, yang umumnya disebut sebagai pensinyalan (signalling) dari-dalam-keluar dan dari-luar-kedalam. Sebuah integrin pada permukaan sel bisa merespons terhadap perubahan-perubahan dalam sel dengan meningkatkan (atau mengurangi) afinitasnya terhadap ligannya (pensinyalan dari-dalam-keluar). Atau, pengikatan integrin ke ligannya bisa menghasilkan pergeseran konfirmasi yang mengarah pada aktivasi jalur-jalur transduksi sinyal (pensinyalan dari-luar-ke-dalam). Pensinyalan dari-luar-kedalam dan dari-dalam-keluar terlibat dalam migrasi, pertumbuhan, diferensiasi, inflamasi, dan penargetan sel.
Integrin dan Reproduksi
Istilah integrin pertama kali dicetuskan pada pertengahan tahun 1980an dengan diketahuinya peran protein-protein membran “integral” ini dalam menghubungkan matriks ekstraseluler dengan sitoskeleton sel. Integrin-integrin telah dikaitkan dengan berbagai proses fisiologis seperti proses yang berkaitan dengan biologi reproduksi. Integrin sekarang ini dianggap penting untuk fertilisasi, implantasi embrio, dan perkembangan plasenta.
Integrin dan Fertilisasi. Spermatozoa dan oosit harus lewat melalui saluran reproduksi wanita untuk bersentuhan dan pada akhirnya bergabung dalam sebuah proses yang disebut dengan fertilisasi. Spermatozoa dan oosit mengekspresikan jumlah integrin dan molekul yang mengandung tempat-tempat pengenalan integrin (termasuk komponen-komponen matriks ekstraseluler dan fertilin) yang bisa terlibat dalam pengikatan dan fusi membran plasma dari kedua tipe sel yang mengarah pada fertilisasi. Pada bagian berikut, ekspresi integrin oleh spermatoizoa dan embrio dan keterlibatan potensial integrin selama fertilisasi akan dibahas.
Spermatozoa. Setelah mengalami reaksi akrosom, spermatozoa melepaskan protease yang melarutkan zona pellucida dari oosit dan membuat tempat pengikatan (atau ligan) menjadi terbuka untuk spermatozoa pada zona pellucida. Selama menyusupi zona pellucida, segmen ekuatorial dari spermatozoa mampu terikat ke membran ooplasmik. Ada bukti kuat yang menunjukkan bahwa integrin dan protein mirip integrin serta ligan-ligannya terlibat dalam pengikatan ini. Kandidat utama untuk pengikatan dan fusi gamet adalah protein fertilin (P 30), sebuah anggota dari famili protein yang disebut ADAM (ditandai dengan eskpresi sebuah domain disintegrin dan metaloprotease), yang telah diidentifikasi pada hewan pengerat, primata, dan manusia. Fertilin merupakan sebuah protein heterodimerik yang tersusun atas sub-sub unit α dan β. Domain ekstraseluler dari subunit β ditandai dengan keberadaan sebuah domain “disintegrin” yang mengandung peptida ARG-GLY-ASP (RGD), sebuah ligan yang diketahui untuk banyak heterodimer integrin. Fertilin mengenali sebuah integrin pada permukaan oosit. Spermatozoa dari mencit yang kekurangan subunit β dari fertilin juga kekurangan adhesi antara sperma dan telur dan fusi sperma dan telur. Setelah pengikatan disintegrin dan perubaan konformasi dalam heterodimer fertilin, sebuah subunit α terbuka, dan ini memperantarai fusi kedua membran.
Beberapa integrin telah ditemukan pada spermatozoa yang bisa mempermudah perlekatan spermatozoa ke zona pellucida, migrasi melalui zona tersebut, dan terakhir perlekatan dua membran plasma terpisah sebelum aktivasi protein fertilin. Integrin telah ditemukan pada spermatozoa dari semua hewan yang sudah diteliti sampai sekarang ini, tetapi spermatozoa manusia paling banyak diteliti. Selama kapasitasi spermatozoa, integrin α5β1 (reseptor fibronetik klasik) menignkat, dan setelah reaksi akrosom, αvβ3 (reseptor vitronectin) tidak diregulasi. Bersamaan dengan kapasitasi, spermatozoa mengekspresikan fibronektin. Peranan ekspresi ini diilustrasikan dalam temuan bahwa setelah inkubasi dengan antibodi-antibodi antifibronektin. Adhesi telur-sperma dan penetrasi oosit hamster oleh spermatozoa manusia berkurang signifikan. Demikian juga, vitronectin dilepaskan dari spermatozoa setelah reaksi akrosom, dan peptida-peptida pemblokir (peptida poli RGD yang menyerupai tempat pengikatan integrin pada vitronectin) mengganggu perlekatan spermatozoa manusia ke oosit hamste ryagn bebas zona. Lebih jauh. Vitronektin eksogen mempromosikan perlekatan telur-sperma dan agregasi sperma. Fibronektin dan vitronektin yang dilepaskan dari spermatozoa tampak mempermudah adhesi spermatozoa lain ke zona pellucida dan/atau ooplasma dengan integrin. Beberapa subunit integrin lainnya (α3, α4, dan α6) telah diidentifikasi pada spermatozoa manusia dan, seperti halnya α5, terlokalisasi pada segmen ekuatorial.
Oosit. Oosit mengekspresikan berbagai integrin unik. Oosit mencit mengandung sub-sub unit integrin α2, α3, α5, α6, αv, β1, β3, dan β5 sebagaimana dideteksi dengan mRNA dan/atau analisis protein walaupun tidak jelas integrin mana yang diekspresikan pada permukaan oosit. Demikian juga, oosit manusia mengekspresikan sub-sub unit integrin α3, α6, αv, β1, β3, β4, dan β5. Pengikatan sperma-telur dihambat total pada mencit oleh antibodi pemblokir fungsi terhadap subunit integrin α6 dan oleh sebuah analog peptida terhadap domain ligan integrin. Akan tetapi, dengan menggunakan peptida yang mengandung RGD, sebuah antibodi pemblokir non-fungsional terhadap αβ3 tidak memiliki efek terhadap pengikatan sperma-telur. Disamping itu, Almeida dkk telah menemukan bahwa spermatozoa terikat ke sel-sel somatis hanya jika sel-sel somatis mengekspresikan integrin α6β1, dan ini dihambat oleh analog fertilin. Serupa dengan mencit, interaksi spermatozoa manusia/oosit tidak dihambat oleh peptida yang mengandung RGD. Akan tetapi, penggunaan antibodi pemblokir fungsi terhadap β1 sebagian menghambat fusi sperma-telur pada manusia.
Walaupun oosit mengekspresikan banyak sub-sub unit integrin berbeda, data yang dikumpulkan telah menyoroti pentingnya integrin α6β1 pada permukaan telur dimana kompleks bisa mempermudah fertilisasi dengan berinteraksi dengan fertilin. Aktivasi α6β1 bisa mengarah pada sinyal-sinyal intraseluler yang bisa membantu dalam pembentukan embrio. Lebih banyak eksperimen yang diperlukan untuk meneliti interaksi langsung fertilin dan αβ1 pada fusi sperma-telur, transduksi sinyal, dan ekspresi pada hewan lain.
Integrin dan Implantasi. Implantasi merupakan sebuah urutan kejadian yang sangat terkoordinasi yang melibatkan perlekatan, aposisi, dan, pada beberapa kasus, invasi embrio ke dalam uterus. Akan tetapi, embrio hanya akan terimplantasi ke dalam uterus pada waktu yang teregulasi dengan tepat, yang dikenal sebagai jendela implantasi. Interaksi antara embrio dan epitelium uterin sangat mirip dengan interaksi endotelium-leukosit dan proses-proses metastatik dimana integrin dominan dan merupakan molekul adhesi akhir dalam proses perlekatan. Ketika embrio telah melekat ke epitelium uterin, dia bisa terikat kuat ke epitelium uterin (implantasi non-invasif) atau melewati epitelium uterin dan menyusupi stroma uterin (implantasi invasif). Review-review terbaru tentang topik ini mencakup artikel dari Burghardt dkk dan Carson dkk.
Integrin diregulasi secara spasial dan temporal dalam uterus selama siklus reproduktif dan awal kehamilan. Kebanyakan data tentang reseptor integrin uterin berasal dari penelitian-penelitian klinis dan eksperimen pada hewan, walaupun eksperimen-eksperimen terbaru telah dilaporkan dengan menggunakan sistem-sistem pada organisme tingkat lebih tinggi. Regulasi perkembangan ekspresi integrin dalam blastosist dan dalam uterus sejalan dengan keterlibatan integrin dalam implantasi.
Endometrium tersusun atas epitelum uterin dan stroma. Stroma mengandung banyak unsur-unsur seluler seperti fibroblast, komponen-komponen vaskular, dan berbagai sel imun dinamis. Sekurang-kurangnya 14 subunit integrin ditemukan dalam endometrium manusia, 10 subunit pada kera, dan 7 subunit pada babi. Ekspresi integrin dalam uterus mencit sebagai sebuah fungsi dari tahapan siklus reproduktif belum diteliti. Beberapa integrin yang diekspresikan oleh sel-sel epitelium uterin babi dan manusia menunjukkan regulasi spasial dan temporal selama siklus reproduktif (yakni siklus menstrual atau siklus estrous), sedangkan yang lainnya diekspresikan secara konstitutif (Tabel II).
Implantasi invasif. Pada manusia, sub-sub unit integrin α2, α3, α6, α9, αv, β1, β3, β4, β5, dan β6 telah diidentifikasi pada epitelium luminal uterus. Terkecuali β5 dan β6, semua integrin yang disebutkan disini juga diekspresikan dalam epitelium glandular, yang menunjukkan sub-sub unit integrin α1 dan α4. Sub-sub unit integrin α5 dan α8 belum ditemukan dalam endometrium manusia. Sehingga heterodimer yang mungkin diketahui tersedia dalam permukaan luminal uterin mencakup α2β1. Α3β1, α6β1, α6β4, α9β1, αvβ1, αvβ3, αvβ5, dan αvβ6.
Ada kemiripan utama antara pola-pola ekspresi integrin manusia dan epitelium uterin kera, keduanya memanfaatkan strategi implantasi invasif. Berdasarkan ekspresi spasial dan kemampuan untuk terikat ke beberapa ligan yang tersedia, tiga reseptor tampak sangat relevan untuk proses awal implantasi yaitu: α9β1, αvβ1, αvβ3. Integrin-integrin ini semuanya merupakan anggota baik dari famili fibronektin atau vitronektin reseptor.
Integrin α9β1 bisa terikat ke pengulangan tipe III fibronektin, yang juga ditemukan pada tenascin, dan sangat banyak diekspresikan pada tepitelium luminal uterin selama siklus menstrual. Integrin ini diregulasi ketat dalam epitelium glandular pada manusia dan hanya diekspresikan selama fase sekretory pertengahan dan akhir. Keberadaan α9β1 pada permukaan luminal epitelium uterin menjadikannya sebagai sebuah partisipan potensial dalam tahap-tahap awal adhesi. Kemungkinan bahwa heterodimer αvβ1 terdapat pada epitelium luminal uterin telah diusulkan. Walaupun ekspresi heterodimer ini belum diselidiki dalam uterus dengan menggunakan antibodi yang mengenali heterodimer sebagaimana berlawanan dengan sub-sub unit individual, dua sub unit terdapat pada waktu yang sesuai dengan jendela implantasi. Integrin αvβ1 bisa terikat ke urutan asam amino RGD yang ditemukan pada fibronektin (dengan afinitas tinggi) dan vitronektin (dengan afinitas rendah). Mengevaluasi hanya subunit dari heterodimer ini cukup sulit karena subunit αv atau β1 bisa terikat ke berbagai subunit. Sehingga, peningkatan kadar baik subunit αv atau β1 bisa menghasilkan heterodimer lain (αvβ3 atai α9β1, masing-masing) yang meningkat dibanding heterodimer αvβ1.
Heterodimer αvβ3 telah ditemukan terlibat dalam implantasi manusia. Ekspresi maksimal dari αvβ3 pada epitelium luminal uterin manusia bersamaan dengan munculnya progesteron selama jendela implantasi. Integrin αvβ3 merupakan integrin yang paling aktif, yang mampu terikat ke berbagai komponen matriks ekstraseluler (ECM), seperti vitronektin, fibronektin, fibronektif oncofetal, dan osteopontin. α4β1 telah ditemukan selama berlangsungnya jendela implantasi pada endometrium manusia. Akan tetapi, integrin ini diekspresikan dalam epitelium glandular dan bukan pada epitelium luminal, yang mengurangi kemungkinan bahwa dia terlibat dalam kejadian-kejadian awal implantasi. Heterodimer-heterodimer integrin lain yang diekspresikan oleh endometrium diekspresikan secara konstitutif dan tidak terlokalisasi pada permukaan apikal epitelium uterin (α3β1 dan α6β4), diekspresikan pada sel-sel non-epitelium (α6β1), atau didownregulasi selama tahapan mid-secretory (α2β1 dan αβv6).
Masih sedikit informasi yang tersedia tentang ekspresi integrin oleh sel-sel trofoblast manusia pada saat implantasi. Karena implantasi pada hewan juga invasif, beberapa pengetahuan bisa diperoleh dari pemeriksaan trophectoderma mencit. Selama tahap awal aposisi dan adhesi, trophetoderma hewan mencit mengekspresikan integrin α5β1 dan αvβ3. Akan tetapi, ketika konseptus mencit mulai menyusupi epitelium uterin, trophectoderma menggeser ekspresi integrin dengan menambahkan ekspresi integrin α1β1, α6β1, dan α7β1. Reseptor-reseptor ini bisa terikat ke laminin dan kolagen, diduga dengan invasi pendukung epitelium, dan mempermudah migrasi ke dalam stroma. Ketersediaan ligan untuk pengikatan integrin pada konseptus dan epitelium uterin harus dipertimbangkan. Ada tiga skenario untuk interaksi epitelium trofoblast-uterin: (i) integrin diekspresikan pada trophectoderma terikat ke ligan pada epitelium uterin: (ii) integrin yang diekspresikan pada permukaan apical epitelium uterin terikat ke ligan-ligan pada trophectoderma; atau (iii) integrin diekspresikan pada kedua tipe sel dan terikat ke komponen matriks ekstraseluler yang ditemukan dalam ruang antar-seluler.
Penjelasan ketiga tampaknya adalah yang paling mungkin. Pada manusia, fibronektin oncofetal, yang disebut sebagai lem trofoblastis, terdapat pada trofoblast manusia yang menyusup, dan osteopontin terdapat pada permukaan apikal dari epitelium uterin. Keduanya adalah ligan untuk integrin-integrin yang diekspresikan pada epitelium uterin dan trophectoderma pada saat implantasi. Osteopontin dan αvβ3 telah dilaporkan diekspresikan secara bersama pada epitelium uterin, sel-sel stroma yang mengalami desidualisasi dan sel-sel sitotrofoblast dari kera. Disamping itu, perlekatan dan penonjolan trofoblast mencit ke fibronektin dan vitronektin bisa dihambat oleh peptida-peptida yang mengnadung RGD in vitro. Data-data ini mendukung teori bahwa integrin terdapat pada permukaan sel epitelium uterin dan trofoblast terikat ke komponen-komponen ECM yang disekresikan oleh trofoblast dan epitelium uterin dan bertindak sebagai pengikat antara kedua tipe sel ini.
Implantasi noninvasif. Pada implantasi hewan pocrine, yang noninvasif, epitelium luminal uterin mengekspresikan subunit integrin α1, α3, α4, α5, αv, β1, dan β3 sebagaimana dideteksi dengan mikroskopi imunofluoresensi tidak langsung. Ekspresi sub-sub unit α4, α5, dan β1 pada epitelium luminal uterin terkait dengan tahap siklus estrous dengan tingkat ekspresi tertinggi yang sesuai dengan jendela implantasi babi (hari 10-15 dari siklus estrous). Dua subunit integrin, αv dan β3, secara konstitutif diekspresikan dengan kadar tinggi pada epitelium uterin, dan ekspresinya dibatasi pada aspek basal dari epitelium uterin, yang konsisten dengan sebuah peran pada perlekatan seluler ke membran dasar.
Analisis tempat-tempat implantasi menunjukkan bahwa sub-sub unit α4, α5, αv, β1, dan β3 terdapat pada trophectoderma babi dan epitelium uterin pada tempat-tempat perlekatan. Kombinasi heterodimer yang diketahui dari kelima subunit ini mencakup α4β1, αvβ1, dan αvβ3. Reseptor-reseptor ini, seperti yang ditemukan dalam epitelium luminal manusia pada saat implantasi, merupakan anggota dari famili reseptor fibronektin/vitronektin. Pada trofoblast manusia, α5β1 berinteraksi dengan fibronektin dan mengekang invasi. Fungsi α5β1 dalam trofobast babi bisa serupa. Epitelium uterin babi mengekspresikan vitronektin dan fibronektin oncofetal, dan konseptus mengekspresikan fibronektin, fibronektin oncofetal, dan vitronektin, yang merupakan ligan untuk integrin yang diekspresikan pada permukaan-permukaan yang berkontraksi dari epitelium luminal dan trophectoderma selama implantasi. Implantasi babi menawarkan model yang menarik untuk meneliti tahap perlekatan implantasi karena sel epitelium mendasar tidak dimusnahkan oleh invasi trofoblast selanjutnya melalui epitelium uterin seperti yang terjadi pada spesies lain.
Ringkasnya, tampak bahwa ekspresi integrin dan ligan-ligannya merupakan elemen perlekatan dan adhesi yang penting untuk konseptus pada epitelium uterin, tanpa memperhtungkan cara implantasi. Integrin-integrin yang diekspresikan pada konseptus tampak terkonservasi diantara spesies yang diteliti sampai sekarang dengan integrin sama yang diekspresikan pada epitelium uterin. Seperti yang disebutkan dalam literatur, induksi populasi reseptor integrin baru (yang spesifik terhadap kolagen dan laminin) terjadi selanjutnya dalam konseptus pada spesies yang menunjukkan implantasi invasif.
Integrin dan perkembangan plasenta. Selanjutnya setelah perlekatan trophectoderma ke epitelium luminal uterin, sel-sel trofoblas dari konseptus mulai menyusupi uterus dan membentuk plasenta fungsional. Pembentukan plasenta menentukan pertemuan janin-ibu baik dengan interaksi langsung dengan suplai darah maternal (hemochorial) atau hubungan dekat dengan pembuluh darah uterin (endotheliochorial). Interaksi langsung tidak terjadi pada hewan-hewan yang mengekspresikan tipe epitheliochorial plasenta (seperti babi, kuda dan ruminants).
Sel-sel trofoblast menyusupi epitelium uterin dengan bergabung dengan epitelium di bawahnya (pada kelinci), dengan melakukan intrusi antara sel-sel epitelium uterin (pada hewan karnivora), atau memisahkan dan memfagosit epitelium uterin dari lamina basal (pengerat dan mencit). Belum diketahui bentuk invasi mana yang digunakan trofoblast manusia, tetapi pada umumnya diyakini bahwa trofoblast manusia menggeser dan menfagositosis epitelium uterin. Sel-sel trofoblast yang menyusup mensekresikan metaloproteinase yang mempermudah migrasinya diantara sel-sel epitelium. Sel-sel trofoblast selanjutnya mengalami proliferasi cepat. Integrin pada plasenta yang sedang berkembang bisa berkembang dan mempertahankan arsitektur plasenta, membentuk vaskulatur baru (angiogenesis), dan pada migrasi sel-sel trofoblast, dan kemungkinan mengaktivasi jalur-jalur transduksi sinyal spesifik yang mempromosikan kelangsungan hidup fetus yang sedang berkembang.
Selama perkembangan plasenta manusia, sel-sel trofoblast berdiferensiasi menjadi dua jalur berbeda yang membentuk syncytiotrofoblast dan sitotrofoblast. Sel-sel sitotrofoblast prekursor bergabung membentuk syncytiotrofoblast multi-nuklear, yang menutupi vili chorionik. Vili chorionik muncul dari vili batang besar plat chorinik (atau vili primer) dan bercabang menjadi vili yang lebih kecil yang membentuk vili sekunder dan tersier (atau definitif). Vili ini disebut vili bebas, vili terapung dan bersentuhan langsung dengan sirkulasi darah maternal dimana mereka melakukan pertukaran gizi dan gas untuk janin. Beberapa dari villi ini membentuk kolom sel sitotrofoblast teragregasi yang disebut vili penjangkar atau vili yang melekat yang menyusupi dinding uterin, menginfiltrasi desidua, dan menggantikan sel-sel endotelium pada arteri spiral maternal. Sitototrofoblast bisa bermigrasi sejauh lapisan myometrial.
Ketika sel-sel sitotrofoblast bermigrasi ke dalam desidua, profil molekul adhesi sel mereka mengalami perubahan. Sitotrofoblast yang dekat dengan vili penjangkar mengekspresikan α6β4. Integrin ini terikat ke hemidesmosom dan merupakan penanda untuk epitelium normal. Sel-sel ini juga mengekspresikan αvβ5 dan αvβ5, yang bisa menghambat migrasi sel. Pada saat sitotrofoblas membentuk kolom-kolom sel yang menjadi vili penjangkar, integrin α6β4, αvβ5, dan αvβ6 tidak lagi diekspresikan. Pada ujung terminal dari kolom trofoblastis dimana sel-sel masuk ke dalam desidua, yang disebut cangkang sitotrofoblast, sel-sel mengekspresikan integrin αvβ3 yang bisa memfasilitas invasi. Integrin, α5β1, diekspresikan dalam kolom sel distal juga. Akan tetapi, eksperimen yang dilakukan oleh Damski dkk menunjukkan bahwa α5β1 bisa bertindak untuk mengontrol laju migrasi dan invasi ke dalam sistem maternal. Terakhir, ketika sel-sel trofoblast mencapai interstitium uterin, mereka mengekspresikan α1β1, sebuah reseptor laminin/kolagen. Pada saat sel sitotrofoblast menyusupi vaskulatur maternal, mereka mengekspresikan sebuah profil adhesi sel yang mirip dengan endotelium, yang mencakup penampilan molekul adhesi sel vaskular-1 (VCAM-1) dan molekul adhesi sel endotelium/trombosit-1 (PECAM-1), tetapi tidak E-cadherin atau E-selektin.
Sel-sel trofoblast dari plasenta mencite tidak sama invasifnya dengan yang berasal dari plasenta manusia, walaupun kedua plasenta bersifat hemochorial. Selama tahap awal kehamilan (hari 5-8), sel-sel trofoblast mencite menyusupi epitelium uterin dan berdiferensiasi membentuk sel-sel raksasa trofoblast dan kerucut ektoplasenta. Pada hari 12, plasenta terbentuk sempurna dengan empat lapisan berbeda (yakni sel-sel raksasa trofoblast terluar, zona spongiotrofoblast, zona labyrinthin, dan plat chorionallantoik terdalam). Pada mencit, sub-sub unit integrin α4, α4, β1, dan β3 terdapat selama perkembangan plasenta, tetapi menunjukkan perbedaan spasial sebagaimana dideteksi dengan analisis imunofluoresensi tidak langsung dan analisis mRNA. Semua subunit (α4, αv, β1, dan β3) diekspresikan oleh sel-sel raksasa trofoblast selama kehamilan. Subunit α4 dan β3 tidak menunjukkan perbedaan berdasarkan lokasi, sedangkan αv lebih kuat diekspresikan dalam zona spongiotrofoblast, dan β1 lebih kuat diekspresikan pada zona labyrintin. Disparitas antara sub-sub unit nitegrin β3 dan αv dalam zona spongiotrofoblast menunjukkan bahwa αv bisa membentuk heterodimer dengan subunit β lainnya (seperti β5 atau β6), yang akan menghasilkan fenotip invasif.
Ringkasnya, data-data ini menunjukkan bahwa integrin terkait dengan invasi trofoblast dan membantu dalam perkembagan plasenta. Beberapa integrin, termasuk α6β4. Αvβ5, dan αvβ6, diekspresikan oleh sel-sel sitotrofoblast dalam vili penjangkar dimana mereka mungkin membatasi migrasi. Pada saat sel-sel sitotrofoblast bermigrasi ke dalam desidua, mereka mengekspresikan αvβ3 dan α5β1. Rasio αvβ3 dengan α5β1 bisa memiliki peranan dalam membatasi invasi ke dalam vaskulatur.
Regulasi Ekspresi Integrin Plasenta
Sitokin Plasenta. Sitokin adalah peptida-peptida kecil (sekitar 15-30 kDa), yang berumur pendek dalam regulasi autokrin dan parakrin dalam sebuah lingkungan lokal. Uterus dan plasenta menghasilkan beberapa sitokin yang memiliki kemampuan untuk memodulasi pertumbuhan dan perkembangan plasenta. Masih sedikit penelitian yang dilakukan tentang efek langsung sitokin pada regulasi integrin selama implantasi dan perkembangan plasenta. Akan tetapi, data dari mencit knockout, eksperimen dengan tipe sel lain, dan hubungan dekat yang diketahui antara beberapa sitokin dan integrin sangat menunjukkan sebuah peranan penting dalam perkembangan plasenta. Dalam bagian berikut, uterin dan sitokin asal plasenta yang kemungkinan mengontrol ekspresi integrin selama implantasi dan plasentasi juga dibahas.
Faktor nekrosis tumor-α. Faktor nekrosis tumor α (TNF-α) merupakan sitokin pro-inflamasi yang sangat terkonservasi, yang telah dideteksi pada banyak jaringan, termasuk uterus manusia yang hamil, mencit, dan pengerat. Plasenta mamalia juga merupakan sumber TNF-α yang utama. TNF-α menginduksi sinyal-sinyal melalui dua reseptor, reseptor TNF-1 (TNF-R1), yang terkait dengan induksi apoptosis dan stimulasi sebuah jalur NF-kB, dan TNF-R2, yang fungsinya belum dipahami dengan baik. Salah satu peranan TNF-α bisa berupa menstimulasi apoptosis pada sel-sel trofoblast melalui TNF-R1, yang bisa memiliki pengaruh utama terhadap pemodelan dan pemodelan ulang plasenta. Akan tetapi, melalui jalur NF-kB, TNF-α yang beraksi melalui TNF-R1 bisa merubah ekspresi berbagai gen. RNA duta untuk TNF-R2 ditemukan dalam sel-sel trofoblast dan desidua dan teregulasi seiring perkembangan selama kehamilan, dengan tingkat tinggi yang diekspresikan di awal kehamilan (hari 8/9) dan lagi pada akhir perkembangan plasenta. Fungsi TNF-R2 masih belum jelas sekarang ini tetapi bisa mencakup stimulasi kmponen yang mempromosikan proliferasi sel.
Salah satu jalur potensial yang digunakan TNF-α untuk meregulasi perkembangan plasenta melibatkan modulasi molekul-molekul adhesi, termasuk integrin dan VCAM-1, sebuah anggota dari superfamili IgG molekul adhesi. Banyak efek imbas integrin yang bisa diperantarai oleh TNF-α, yang telah ditunjukkan memodulasi ekspresi berbagai subunit integrin pada eksperimen in vitro dengan sel-sel endotelium dan sel-sel metastatis, dan untuk meningkatkan dengan cepat ekspresi VCAM-1 pada sel-sel endotelium. Disamping itu, integrin bisa mempromosikan atau menghambat kematian sel dan memodulasi produksi mediator inflamasi, termasuk TNF-α. Mencit yang kekurangan TNF-α/TNF-β memiliki limpa yang tidak terorganisir akibat ekspresi abnormal molekul adhesi. Demikian juga mencit yang kekurangan TNF-α/TNF-β membentuk daerah labyrintin yang kurang kompleks dan lebih kecil dalam plasentanya, dan ukuran total plasenta berkurang. Eksperimen tentang trophectoderma manusia menunjukkan bahwa walaupun TNF-α tidak merubah ekspresi β1, migrasi sel berkurang signifikan, sehingga menandakan bahwa kemungkinan ada pergeseran dari satu heterodimer β1 ke lainnya. Dengan pengamatan-pengamatan ini, cukup beralasan untuk mempostulasikan bahwa TNF-α bisa memegang peranan dalam ekspresi molekul-molekul adhesi selama perkembangan plasenta.
Interferon-γ. Interferon-γ (IFN-γ) merupakan sitokin pro-inflammatory kuat lainnya yang terdapat dalam saluran reproduksi wanita dan dihasilkan secara lokal. IFN-γ imunoreaktif telah diidentifikasi pada sel trofoblast manusia dan mencite. Disamping itu, IFN-γ telah terlokalisasi pada sel-sel di sekitar tempat implantasi, ruang darah maternal, sel pembunuh alami uterin, dan sel trofoblast raksasa dalam plasenta mencit. Aksi IFN-γ bisa tidak langsung. Interferon-γ meningkatkan ekspresi TNF-R tiga sampai lima kali lipat, yang mana bisa meningkatkan aksi TNF-α. TNF-α bisa merubah ekspresi molekul-molekul adhesi plasenta. Walaupun penghapusan gen IFN-γ tidak terkait dengan gangguan kesuburan, interferon lain seperti IFN-α, IFN-β atau IFN-г bisa mengkompensasi apabila IFN-α tidak terdapat ketika sitokin-sitokin ini memiliki fungsi yang overlap.
Penelitian-penelitian sampai sekarang menunjukkan kemampuan IFN-γ untuk memodulasi perlekatan sel-sel plasenta bisa tergantung pada sub-populasi sel plasenta dan pola ekspresi integrin nya yang spesiik. Sebagai contoh, pra-perlakuan syncytiotrofoblast manusia dengan IFN-γ memungkinkan adhesi sel MOLT-4 limfositik ke lapisan-lapisan sel, meski penonjolan trofoblastis mencit dihambat oleh IFN-γ. Pada sel-sel non-plasenta, IFN-γ telah ditunjukkan mengupregulasi beberapa integrin dan mengurangi yang lainnya dengan tergantung pada tipe sel. Sub-sub unit integrin α2, αβ\5, α6 dan β1 ditingkatkan pada timosit, sedangkan pada sel-sel endotelium, aktivasi integrin αvβ3 dikurangi sebagai respons terhadap IFN-γ. Disamping itu, aktivasi integrin bisa juga merbah produksi IFN-γ; pada sel-sel T sitotoksik, pemblokiran pengikatan integrin α6 dengan antibodi tertentu mengurangi produksi IFN-γ; pada sel-sel T sitotoksik, pemblokiran pengikatan integrin α6 dengan antibodi tertentu mengurangi produksi IFN-γ. Hubungan penting ada antara struktur plasenta dan regulasi ekspresi integrin oleh IFN-γ yang memerlukan penelitian lebih lanjut.
Interlelukin. Interlelukin (IL) merupakan sekelompok sitokin yang berpartisipasi dalam, dan juga meregulasi, respons imun pro-inflammatory dan anti-inflammatory. Interlelukin 1β, 2, 4, 6, dan 10 semuanya telah diidentifikasi dalam uterin dan/atau plasenta pada mencit dan manusia. Interlelukin 1β, 2, dan 6 juga dianggap sebagai sebuah sitokin transisi, yang terkait dengan respons pro-inflamasi dan anti-inflamasi, dan telah dideteksi pada berbagai tahapan kehamilan. Inteleukin 4 dan 10 merupakan sitokin anti-inflamasi yang meningkat seiring dengan pertambahan usia kehamilan. Aksi dari beberapa interlelukin mungkin overlap dengan TNF-α dan/atau IFN-γ dan bisa mengkompensasi untuk kehilangan TNF-α atau IFN-γ ketika gen-gen ini dihapus dari genom mencit. Walaupun peranan pasti dari interleukin belum diketahui, interlelukin seperti IL-4 dan IL-10, sitokin tipe-Th2, yang mendominasi dalam kehamilan dan diyakini mengurangi respons imun maternal selama kehamilan.
Interleukin memodulasi kemampuan sel-sel trofoblast untuk melekat satu sama lain atau ke berbagai substrat. Sebagai contoh, IL-1 menghambat kemampuan blastosist mencite untuk melekat ke cawan Petri berlapis fibronektin, tetapi meningkatkan pertumbuhan balstosist dari blastosist adheren. Disamping itu, sel-sel MOLT-4 limfositik melekat ke sel syncytiotrofblast manusia yang diperlakukan dengan IL-1β. Kemampuan interleukin plasenta untuk memodulasi ekspresi molekul adhesi sel pada sel-sel trofoblast belum diteliti; akan tetapi, interleukin telah ditunjukkan memodulasi ekspresi molekul-molekul adhesi pada sistem-sistem sel lain. IL-1β meningkatkan subunit integrin α2, α5, dan α6 pada limfosit manusia secara in vitro, dan α1, α5, dan β1 pada fibroblast dermal manusia, dan model luka kutaneous babi. IL-4 meningkatkan ekspresi integrin αv dan β3 pada makrofage sumsum tulang mencite. Subunit integrin α5 dan β1 ditingkatkan pada epitelium korneal kelinci oleh IL-6. Ada kemungkinan bahwa interlelukin plasenta memodulasi ekspresi molekul-molekul adhesi dalam plasenta yang berkembang dan migrasi sel-sel trofoblast. Akan tetapi, masih banyak eksperimen yang diperlukan untuk mengetahui interaksi-interaksi ini.
Faktor inhibitory leukemia. Faktor inhibitory leukemia (LIF) merupakan sebuah protein 58-kDa yang mengalami glikosilasi, yang dihasilkan oleh berbagai sel fibroblast, limfosit T terstimulasi, dan monosit-monsit teraktivasi. LIF juga dihasilkan oleh blastosist mencit dan uteri dimana dia mungkin meregulasi pertumbuhan, diferensiasi, dan migrasi blastosist pada saat implantasi. Pada uterus manusia, ekspresi LIF terlokalisasi pada kelenjar-kelenjar endoemtrial selama fase sekretory/postovulatory tetapi tidak terdapat dalam endometrium selama fase poliferatif/pra-ovulatory. Reseptor LIF (reseptor LIF – β) diekspresikan selama fase proliferatif dan sekretory dari siklus dan dibatasi pada epitelium luminal. Disamping itu, implantasi normal terganggu pada hewan mutan reseptor LIF, yang mengarah pada gizi intrauterin buruk tetapi memungkinkan janin tumbuh sampai pada melahirkan.
Bahkan pada cara implantasi yang nonivasif, LIF tampak memiliki peranan sentral. Sitokin ini telah berdampak dalam pemanjangan sel-sel trofoblast babi tepat sebelum implantasi. Sehingga ekspresi uterin dari LIF pada manusia, mencit, dan babi bisa memiliki peranan dalam meregulasi implantasi embrio, kemungkinan melalui interaksi autokrin/parakrin antara LIF dan reseptornya pada epitelium luminal dan/atau trofoblast. Disamping itu, penghapusan genom LIF pada mencit memiliki efek besar terhadap reproduksi. Embrio dari mencit yang kekurangan LIF gagal untuk diimplantasi pada ibu mencit yang juga kekurangan LIF. Akan tetapi, embrio yang kekurangan LIF diselamatkan ketika ditempatkan dalam uterus mencit yang normal.
Integrin dan LIF diekspresikan oleh uterus dan blastosist pada saat implantasi, yang menandakan adanya hubungan antara kedua protein ini. LIF bisa meningkatkan integrin αvβ1 pada sel tumor manusia dan meningkatkan afinitas pengikatan sel tumor terhadap fibronektin.v 1 dan fibronektin berdampak dalam adhesi trofoblast ke epitelium uterin. Disamping itu, LIF ditingkatkan sebagai respon terhadap IL-1, TGF-β dan TNF-α pada sel-sel stroma sumsum tulang manusia, sehingga menandakan bahwa sitokin-sitokin lain dalam saluran reproduktif perempuan bisa bertindak bekerja sama untuk menginduksi produksi LIF pada waktu tepat yang diperlukan untuk implantasi. Terbukti bahwa interaksi-interaksi ini bisa penting untuk implantasi normal dan perkembangan plasenta.
Faktor penstimulasi koloni-1. Faktor penstimulasi koloni (CSF-1), yang juga dikenal sebagai faktor penstimulasi koloni makrofage (M-CSF), merupakan sebuah glikoprotein homodimerik yang dihasilkan oleh berbagai tipe sel, termasuk monosit, granulosit, sel-sel endotelium, sel-sel epitelium, dan fibroblast. Sitokin merupakan sebuah faktor pertumbuhan hematopoietik yang meregulasi proliferasi, diferensiasi, dan viabilitas sel-sel sumsum tulang ke dalam kelompok fagosit mononuklear. Faktor pertumbuhan ini juga telah dideteksi dalam uterin dan jaringan plasenta manusia, mencit dan babi. Mencit yang kekurangan CSF-1 (mencit op/op osteoportik) tidak subur ketika dikawinkan dengan mencit jantan homozigot. Akan tetapi, jika dikawinkan dengan penajtan heterozigot (+/op), fertilitas pulih sebagian. Ketersediaan CSF-1 dan efek negatif kekurangan CSF-1 terhadap kehamilan menunjukkan bahwa sitokin ini pentung untuk reproduksi yang sukses.
Baru belakangan ini penelitian dilakukan tentang kemampuan CSF-1 untuk memodulasi ekspresi molekul adhesi sel. Apabila sel trofoblast manusia diperlakukan dengan CSF-1 in vitro, ada peningkatan dependen dosis pada subunit integrin α5 dan ligannya, fibronektin, sebagaimana dideteksi dengan sitometri alir. Penelitian ini menandakan potensi CSF-1 untuk bertindak dengan cara autokrin/parakrin untuk meregulasi perkembangan dan invasi plasenta. Integrin plasenta lainnya, αvβ3, bisa ditingkatkan dengan CSF-1, meskipun pada osteoklast, dimana dia meningkatkan penyebaran sel. Sintesis sitokin plasenta, IL-1, IFN- γ, dan TNF-α, diinduksi oleh CSF-1, yang bisa mengarah pada modulasi molekul-molekul adhesi sel. Akan tetapi, interaksi antara CSF-1 dan sitokin-sitokin plasenta lainnya pada ekspresi integrin masih belum jelas.
Hormon steroid pria. Seperti disebutkan di atas, beberapa integrin pada epitelium uterin wanita dan hewan babi menunjukkan perubahan ekspresi sementara. Perubahan-perubahan ini bersamaan dengan perubahan konsentrasi hormon steroid sistemik. Sehingga, hormon-hormon steroidal tampak memfasilitasi implantasi dengan mensinkronisasi penerimaan uterin dengan tibanya blastosist dalam uterus.
Dalam sebuah penelitian yang dilakukan oleh Bowen dkk., hewan babi diovariektomi dan selanjutnya diperlakukan dengan estrogen eksogen, progesteron, kombinasi estrogen dan progesteron, atau plasebo. Progesteron saja, atau kombinasinya dengan estrogen, secara dramatis meningkatkan kadar ekspresi subunit integrin α4 dan α5 dan, subunit β1 sebagaimana dideteksi dengan imunohistokimia epitelium uterin. Uterus yang diperlakukan dengan estrigen cukup mirip dengan kontrol plasebo yang menunjukkan kadar α4, α5, dan β1 yang lebih rendah. Subunit integrin αv dan β3. Yang telah berdampak dalam implantasi, tidak dipengaruhi oleh perlakuan steroid dan terus diekspresikan dalam endometrium dengan tingkat ekspresi yang tinggi. Secara in vitro, sel-sel epitelium uterin babi merespon terhadap perlakuan steroid hanya pada kondisi-kondisi yang mengarah pada fenotip terpolarisasi. Pada manusia, dengan menggunakan sel adenokarsinoma yang mengekspresikan penanda-penanda serupa bagi sel-sel epitelium endometrial normal, estrogen saja atau kombinasinya dengan progesteron mengurangi integrin, αvβ3, sebagaimana diukur dengan sitometri alir dan analisis blot Northern. Seperti disebutkan di atas, integrin αvβ3 pada sel-sel epitelium uterin diyakini penting bagi penerimaan endometrial manusia.
Mutasi null integrin atau “Knockout”
Belakangan ini, mutasi null atau mencit “knockout” yang kekurangan integrin spesifik telah dikembangkan dengan menggunakan sel-sel batang embrionik dan teknologi transgenik. Pada saat ini, 19 dari 26 subunit yang diketahui telah dihapus. Dari jumlah ini, empat menghasilkan letalitas embrionik: mencit null (tidak mengandung) β1 mati tepat setelah implantasi, mencit null α4 matui karena abnormalitas plasenta langsung, dan mencit yang null α5 dan αv mati in utero dengan abnormalitas-abnormalitas plasenta yang mungkin, tak satu pun dari eksperimen knockout integrin yang dilakukan untuk mengetahui peranan protein dalam perkembangan plasenta. Lebih jauh, plasenta jarang diteliti untuk abnormalitas-abnormalitas morfologis.
Mencit yang tidak mengandung integrin α4. Subunit integrin yang memiliki efek paling cepat terhadap perkembangan plasenta sebagaimana dijelaskan dengan penghapusan gen adalah subunit α4. Karena subunit integrin α4 sebagian besar diekspresikan pada sel-sel darah yang bersirkulasi, diharapkan bahwa mutasi null akan menghasilkan interaksi leukosit-endotelium disfungsional. Justru, membran allantoik gagal bergabung dengan membran chorionik, yang menghasilkan kematian embrinik pada Hari 11. Gangguan-gangguan lain mencakup terganggunya perkembangan epikardium dan pembuluh koroner, yang mengarah pada perdarahan kardiak. Studi penghapusan gen pada ko-reseptor α4β1, VCAM-1, memiliki fenotip yang sama seperti mencit yang tidak mengandung α4, sehingga menunjukkan bahwa α4 berinteraksi dengan VCAM-1 meskipun fibronektin, ligan α4, selama pembentukan membran chorioallntoik.
Mencit yang tidak mengandung integrin β1. Penghapusan subunit β1 memiliki dampak merusak bagi konseptus yang sedang berkembang, menghasilkan kegagalan massal sel inner dan kematian embrionik pada kehamilan hari 5. Hasil-hasil ini telah diduga karena β1 terikat ke sebanyak 12 subunit α berbeda. Akan tetapi, blastosist masih mampu melekat ke epitelium uterin dan menginisiasi invasi sebelum kematian embrionik. Massa sel dalam mati sebelum trofoblast, sehingga menandakan bahwa persyaratan untuk β1 adalah untuk kelangsungan hidup massa sel inner (ICM) ketimbang trophectoderma. Beberapa saat setelah pembentukan massa sel inner. Kavitas proamniotik terbentuk, yang menghasilkan pembentukan lapisan sel endoermal dan laposan sel ektodermal yang dipisahkan oleh sebuah membran dasar. Pembentukan lapisan-lapisan ini tidak terjadi pada mencit yang tidak mengandung β1, sehingga menandakan pentingnya interaksi matriks ekstraseluler dengan integrin dalam perkembangan janin.
Mencit yang tidak mengandung integrin αv. Subunit αv terikat ke berbagai subunit β, dan eliminasinya dengan demikian diharapkan memiliki efek besar terhadap embrigenesis. Kebanyakan janin mati sekitar hari 9,5 embrionik. Janin yang bertahan sampai lahir (hampir 20% janin) mati karena perdarahan dalam otak dan usus. Beberapa kelainan plasenta yang diamati pada model knockout ini mencakup kompaksi zona labyrintin dan penurunan lacunae darah. Famili heterodimer αv terlibat dalam angiogenesis dan akan memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan plasenta. Menariknya, mencit dimana subunit β lain (yakni, β3, β5, dan β6) dihapus dapat bertahan hidup dan menunjukkan hanya sedikit kecacatan. Hasil ini menandakan bahwa subunit β bisa mampu menggantikan satu sama lain dalam pembentukan plasenta, dan cacat embrio menyebabkan kematian janin pada sebuah tahapan akhir.
Mencit yang tidak mengandung integrin α5. Analisis mencit yang tidak mengandung α5 menunjukkan cacat perkembangan yang parah. Struktur vaskulatur embrionik dan ekstraembrionik terlihat abnormal, dan notochord dan smomites distal ke somites 10 gagal terbentuk, sehingga menghasilkan kematian pada sekitar hari embrionik 8,5. Akan tetapi, integrin-integrin lain juga mampu mengkompensasi kehilangan α5β1. Sel-sel batang embrionik dari mencit yang tidka mengandung α5 meningkatkan integrin αvβ1 dan terikat secara langsung ke fibronektin. Data ini menunjukkan bahwa plasenta yang tidak mengandung α5 mampu berfungsi pada tingkat perkembangan janin, tetapi seperti dengan subunit αv, struktur normal dari plasenta tidak diperiksa, sehingga poin ini belum didokumentasikan secara eksperimental.
Integrin dan disfungsi reproduktif
Ketidaksuburan yang tidak diketahui penyebanya. Beberapa wanita mengalami ketidaksuburan berulang yang tidak dikethaui penyebabnya, menghasilkan kegagalan reproduktif. Ada beberapa perbedaan dalam endometrium antara wanita subur normal dengan wanita yang menunjukkan ketidaksuburan yang tidak diketahui penyebabnya.
Seperti yang disebutkan di atas, subunit integrin α4 dan β3 secara spesifik diekspresikan bersama dalam epitelium glandular dan luminal uterus, masing-masing, hanya selama saat penerimaan uterin maksimal pada wanita. Kurangnya ekspresi salah satu dari dua subunit integrin ini terkait dengan ketidaksuburan yang tidak diketahui penyebabnya.
Endometriosis. Pada beberapa kasus endometriosis, pertumbuhan ektopik sel-sel endometrial terbukti, dan integrin bisa bertanggung jawab untuk adhesi sel-sel endometrial ke dinding peritoneal. Fragmen-fragmen jaringan endometrial yang aktif terdapat dalam cairan peritoneal selama fase folikular awal wanita yang memiliki tabung paten. Jaringan endometrial yang ditemukan dalam peritoneum dan sel yang memiliki potensi untuk membentuk endometriosis mengekspresikan integrin α2β1, α3β1, α4β1, α5β1, dan α6β1. Sel-sel dalam cairan peritoneal sering mengekspresikan α4β1 pada wanita yang mengalami endmetriosis, tetapi integrin ini tidak terdapat pada wanita normal. Disamping itu, ekspresi αvβ3 jauh lebih rendah pada wanita dengan endometriosis dibanding pada kontrol subur atau wanita dengan masalah ketidaksuburan yang terkait dengan endometriosis.
Defisiensi fase luteal. Tidak adanya sinkronitas antara waktu diferensiasi uterin imbas progesteron dan masuknya embrio ke dalam uteris diketahui sebagai defisiensi fase luteal. Seperti disebutkan di atas, ekspresi dan regulasi αvβ3 pada sel epitelium uterin manusia kelihatan berkorelasi dengan naik turunnya kadar progesteron. Lessey dkk menunjukkan bahwa ada kehilangan ekspresi subunit integrin β3 yang konsisten pada bipsi-biopsi endometrial yang menunjukkan tundaan histologis pada pematangan endometrial. Korelasi dekat antara penurunan kadar reseptor progestern dan ekspresi integrin epitelium menunjukkan bahwa kejadian bisa penting untuk implantasi.
Preeklamsia. Plasenta abnormal bisa menyebabkan kehilangan janin dan/atau komplikasi parah untuk ibu. Salah satu simdrom paling umum dan telah dikenal yang terkait dengan plasentasi abnormal adalah preeklampsia. Disini, invasi trofoblast terbatas, pembuluh dara tidak dimodifikasi, dan tekanan darah ibu meningkat. Plasentasi normal melibatkan invasi sitotrofoblast ke dalam dinding uterin dan ekspresi sekuensial pola-pola integrin spesifik, mulai dari fenotip mlekul adhesi sel yang merupakan ciri khas dari sebuah lapisan epitelium statis sampai fenotip invasif dan terakhir sebuah fenotip yang menyerupai endotelium maternal. Sel-sel sitotrofoblastis dari plasenta preeklamsi tidak menggeser ekspresi mlekul adhesi sel ketika sel mulai bermigrasi ke dalam jaringan maternal. Ekspresi subunit integrin yang meningkat (α1β1 atai αvβ3 (dan molekul adhesi sel, VCAM dan VE-cadherin) dalam sel-sel sitotrofoblast tidak terjadi. Belum diketahui apakah kegagalan untuk merubah molekul adhesi sel merupakan penyebab atau efek dari preeklampsia.
Kesimpulan
Telah semakin jelas selama beberapa tahun terakhir bahwa ekspresi integrin yang sesuai penting untuk keberhasilan reproduksi. Disamping peranannya dalam interaksi sel-dengan-sel dan sel-dengan-matriks, integrin juga penting untuk kelangsungan hidup sel, perkembangan selama siklus sel, diferensiasi seluler, pembentukan polaritas sel, regulasi ekspresi gen, sitokin pro-inflamasi dan anti-inflamasi, dan modulasi kematian sel. Sifat multidimensional dari integrin serta redundansi ekspresi integrin pada tipe-tipe sel reproduktif, dan kemampuannya untuk terikat ke lebih dari satu ligan kemungkinan menjadikannya sebagai partisipan penting dalam proses reproduksi.
Penting untuk memahami bahwa berbagai anggota famili integrin diekspresikan pada sel-sel sistem reproduksi. Dari 23 heterodimer integrin yang diketahui, sekurang-kurangnya 8 bisa diekspresikan secara simultan pada sel-sel reproduktif tertentu seperti epitelium uterin atau sel-sel trofoblast. Salah satu sifat yang mengherankan yang muncul dari informasi ini adalah bahwa integrin kelihatannya mampu mengkompensasi kehilangan dari salah satu subunitnya. Ini terlihat jelas dalam penelitian terhadap mencit knockout dimana ada kompensasi untuk kehilangan satu subunit integrin dengan meningkatkan subunit lainnya. Sebagai contoh, αvβ3 merupakan integrin yang sangat penting dalam berbagai tahapan reproduksi, tetapi kehilangan β3 melalui mutasi gen tidak menghambat proses reproduksi. Justru, subunit integrin lainnya (yaitu, subunit β1 dan β5) ditingkatkan. Penjelasan yang beralasan lainnya untuk ekspresi banyak integrin pada sel yang sama adalah bahwa ini memungkinkan respons yang cepat terhadap kondisi-kondisi lingkungan yang berubah yang menandai jaringan-jaringan yang sedang berkembang, yang mana mencakup perubahan substrat dan matriks serta molekul-molekul regulasi.
Jelas bahwa masih banyak yang harus dipelajari tentang peranan integrin dalam reproduksi dan sehingga mengembangkan basis informasi ini merupakan hal yang paling penting. Karena fungsi polipeptida ini yang utamanya sebagai reseptor adhesi, maka ekspresinya sangat dikontrol selama perkembangan, ekspresi yang menyimpang bisa menjadi salah satu penjelasan untuk fertilitas yang terganggu dan keberhasilan reproduksi yang terganggu.
Dalam satu dekade terakhir, wawasan tentang mekanisme-mekanisme yang mendasari migrasi sel, perlekatan ke matriks ekstraseluer, dan perlekatan sel-dengan-sel telah berkembang pesat dengan ditemukannya molekul-molekul permukaan sel yang dikenal sebagai integrin. Peranan integrin dalam adhesi, migrasi, invasi, dan berbagai efek intraseluler terhadap organisasi sitoskeleton serta kemampuannya untuk merespon terhadap sinyal-sinyal intraseluler dan ekstraseluler menjadikan integrin sebagai partisipan potensial yang menarik dalam peristiwa-peristiwa kompleks selama fertilisasi, implantasi, dan plasentasi. Kehamilan ditimbulkan dari serangkaian peristiwa yang terkoordinasi ketat yang dimulai dengan interaksi oosit dan spermatozoa (fertilisasi): dilanjutkan dengan aposisi, adhesi, dan invasi embrio ke dalam dinding uterin (implantasi); dan mencakup perkembangan plasma.
Pada semua mamalia, fertilisasi terjadi ketika spermatozoa bergabung dengan oosit setelah penetrasi zona pelucida, yang menghasilkan pembentukan zigot. Implantasi dan plasentasi sangat berbeda diantara mamalia. Tipe plasentasi spesifik mencakup epiteliochorial (misal: hewan babi dan kuda), dimana trophectoderma dari konseptus melekat ke epitelium uterin, dan hemochorial (misal: pengerat dan primata), dimana trophectoderma menyusupi jaringan maternal dan bersentuhan langsung dengan darah material (Gbr. 1; Tabel I) (2). Review ini akan berfokus pada informasi terkini tentang integrin dan fungsinya selama fertilisais, implantasi, dan perkembangan plasenta. Persamaan dan perbedaan diantara spesies akan dibahas.
Struktur dan Fungsi Integrin
Integrin merupakan anggota famili reseptor transmembran heterodimerik dependen-kation yang tersusun atas sub-sub unit α dan β yang berikatan non-kovalen. Masing-masing subunit memiliki domain ekstraseluler N-terminal yang luas, sebuah domain transmembran, dan sebuah domain sitoplasmik C-terminal pendek. Termasuk pengecualian adalah subunit β4, yang memiliki sebuah domain sitoplasmik yakni ~40 asam amino lebih panjang dari sub-sub unit β lainnya. Sebanyak 18 sub-unit α dan delapan subunit β telah diidentifikasi, dan sub-sub unit ini membentuk 23 heterodimer yang diketahui (Gbr. 2). Spesifitas ligan untuk masing-masing heterodimer ditentukan dengan kombinasi spesifik sub-sub unit α dan β. Kebanyakan sub-unit β bisa terkait dengan lebih dari satu subunit α (misal, subunit β1 bisa bergabung dengan sekurang-kurangnya 11 subunit α berbeda). Integrin mengenali komponen-komponen matriks ekstraseluler dan ko-reseptor adhesi sel dari imunoglobulin dan famili cadherin.
Fungsi utama dari integrin adalah untuk memperantarai perlekatan sel-dengan-sel dan sel-dengan-substratum walaupun juga bisa memodulasi beberapa fungsi seluler lainnya. Integrin terkait erat dengan sitoskeleton melalui domain sitoplasmik dari subunit β. Kompleks ini bisa mengikat beberapa protein sitoskeletal, yang mencakup α-aktinin, paxillin, talin, tensin, dan vinculin. Protein-protein berkumpul tersendiri sebagai sebuah tempat adhesi focal. Tempat adhesi focal tersusun atas berbagai heterodimer integrin yang berakumulasi pada permukaan sel sebagai respons terhadap pengikatan ligan. Akumulasi integrin ini akan merekrut protein-protein sitoskeletal seperti α-aktinin, talin, dan vinklulin yang bisa bertindak sebagai sebuah penjangkar untuk F-actin. Stabilisasi mikrofilamen-mikrofilamen akan merekrut protein-protein sitoskeletal lainnya seperti paksillin dan talin. Disamping protein-protein sitoskeletal ini, tempat-tempat adhesi focal mengandung kompleks-kompleks pensinyalan yang melibatkan kinase, seperti adhesi kinase focal (FAK), dan kinase terikat integrin (ILK), sebuah kinase serin/threonin protein. Tempat-tempat adhesi focal bisa berinteraksi dengan beberapa protein intraseluler, termasuk molekul jalur MAP kinase, GTPase kecil (ras dan rho), lipid kinase (PIP 5-kinase dan PI3 kinase), dan fosfolipid (fosfolipase C dan fosfolipase A2), dan aktivasi tempat-tempat adhesi focal bisa mengarah pada perubahan pH dan Ca++ intraseluler.
Jaringan sitoskeletal ini dan kompleks-kompleks pensinyalan dalam tempat adhesi focal memungkinkan kendali ganda aktivitas integrin, yang umumnya disebut sebagai pensinyalan (signalling) dari-dalam-keluar dan dari-luar-kedalam. Sebuah integrin pada permukaan sel bisa merespons terhadap perubahan-perubahan dalam sel dengan meningkatkan (atau mengurangi) afinitasnya terhadap ligannya (pensinyalan dari-dalam-keluar). Atau, pengikatan integrin ke ligannya bisa menghasilkan pergeseran konfirmasi yang mengarah pada aktivasi jalur-jalur transduksi sinyal (pensinyalan dari-luar-ke-dalam). Pensinyalan dari-luar-kedalam dan dari-dalam-keluar terlibat dalam migrasi, pertumbuhan, diferensiasi, inflamasi, dan penargetan sel.
Integrin dan Reproduksi
Istilah integrin pertama kali dicetuskan pada pertengahan tahun 1980an dengan diketahuinya peran protein-protein membran “integral” ini dalam menghubungkan matriks ekstraseluler dengan sitoskeleton sel. Integrin-integrin telah dikaitkan dengan berbagai proses fisiologis seperti proses yang berkaitan dengan biologi reproduksi. Integrin sekarang ini dianggap penting untuk fertilisasi, implantasi embrio, dan perkembangan plasenta.
Integrin dan Fertilisasi. Spermatozoa dan oosit harus lewat melalui saluran reproduksi wanita untuk bersentuhan dan pada akhirnya bergabung dalam sebuah proses yang disebut dengan fertilisasi. Spermatozoa dan oosit mengekspresikan jumlah integrin dan molekul yang mengandung tempat-tempat pengenalan integrin (termasuk komponen-komponen matriks ekstraseluler dan fertilin) yang bisa terlibat dalam pengikatan dan fusi membran plasma dari kedua tipe sel yang mengarah pada fertilisasi. Pada bagian berikut, ekspresi integrin oleh spermatoizoa dan embrio dan keterlibatan potensial integrin selama fertilisasi akan dibahas.
Spermatozoa. Setelah mengalami reaksi akrosom, spermatozoa melepaskan protease yang melarutkan zona pellucida dari oosit dan membuat tempat pengikatan (atau ligan) menjadi terbuka untuk spermatozoa pada zona pellucida. Selama menyusupi zona pellucida, segmen ekuatorial dari spermatozoa mampu terikat ke membran ooplasmik. Ada bukti kuat yang menunjukkan bahwa integrin dan protein mirip integrin serta ligan-ligannya terlibat dalam pengikatan ini. Kandidat utama untuk pengikatan dan fusi gamet adalah protein fertilin (P 30), sebuah anggota dari famili protein yang disebut ADAM (ditandai dengan eskpresi sebuah domain disintegrin dan metaloprotease), yang telah diidentifikasi pada hewan pengerat, primata, dan manusia. Fertilin merupakan sebuah protein heterodimerik yang tersusun atas sub-sub unit α dan β. Domain ekstraseluler dari subunit β ditandai dengan keberadaan sebuah domain “disintegrin” yang mengandung peptida ARG-GLY-ASP (RGD), sebuah ligan yang diketahui untuk banyak heterodimer integrin. Fertilin mengenali sebuah integrin pada permukaan oosit. Spermatozoa dari mencit yang kekurangan subunit β dari fertilin juga kekurangan adhesi antara sperma dan telur dan fusi sperma dan telur. Setelah pengikatan disintegrin dan perubaan konformasi dalam heterodimer fertilin, sebuah subunit α terbuka, dan ini memperantarai fusi kedua membran.
Beberapa integrin telah ditemukan pada spermatozoa yang bisa mempermudah perlekatan spermatozoa ke zona pellucida, migrasi melalui zona tersebut, dan terakhir perlekatan dua membran plasma terpisah sebelum aktivasi protein fertilin. Integrin telah ditemukan pada spermatozoa dari semua hewan yang sudah diteliti sampai sekarang ini, tetapi spermatozoa manusia paling banyak diteliti. Selama kapasitasi spermatozoa, integrin α5β1 (reseptor fibronetik klasik) menignkat, dan setelah reaksi akrosom, αvβ3 (reseptor vitronectin) tidak diregulasi. Bersamaan dengan kapasitasi, spermatozoa mengekspresikan fibronektin. Peranan ekspresi ini diilustrasikan dalam temuan bahwa setelah inkubasi dengan antibodi-antibodi antifibronektin. Adhesi telur-sperma dan penetrasi oosit hamster oleh spermatozoa manusia berkurang signifikan. Demikian juga, vitronectin dilepaskan dari spermatozoa setelah reaksi akrosom, dan peptida-peptida pemblokir (peptida poli RGD yang menyerupai tempat pengikatan integrin pada vitronectin) mengganggu perlekatan spermatozoa manusia ke oosit hamste ryagn bebas zona. Lebih jauh. Vitronektin eksogen mempromosikan perlekatan telur-sperma dan agregasi sperma. Fibronektin dan vitronektin yang dilepaskan dari spermatozoa tampak mempermudah adhesi spermatozoa lain ke zona pellucida dan/atau ooplasma dengan integrin. Beberapa subunit integrin lainnya (α3, α4, dan α6) telah diidentifikasi pada spermatozoa manusia dan, seperti halnya α5, terlokalisasi pada segmen ekuatorial.
Oosit. Oosit mengekspresikan berbagai integrin unik. Oosit mencit mengandung sub-sub unit integrin α2, α3, α5, α6, αv, β1, β3, dan β5 sebagaimana dideteksi dengan mRNA dan/atau analisis protein walaupun tidak jelas integrin mana yang diekspresikan pada permukaan oosit. Demikian juga, oosit manusia mengekspresikan sub-sub unit integrin α3, α6, αv, β1, β3, β4, dan β5. Pengikatan sperma-telur dihambat total pada mencit oleh antibodi pemblokir fungsi terhadap subunit integrin α6 dan oleh sebuah analog peptida terhadap domain ligan integrin. Akan tetapi, dengan menggunakan peptida yang mengandung RGD, sebuah antibodi pemblokir non-fungsional terhadap αβ3 tidak memiliki efek terhadap pengikatan sperma-telur. Disamping itu, Almeida dkk telah menemukan bahwa spermatozoa terikat ke sel-sel somatis hanya jika sel-sel somatis mengekspresikan integrin α6β1, dan ini dihambat oleh analog fertilin. Serupa dengan mencit, interaksi spermatozoa manusia/oosit tidak dihambat oleh peptida yang mengandung RGD. Akan tetapi, penggunaan antibodi pemblokir fungsi terhadap β1 sebagian menghambat fusi sperma-telur pada manusia.
Walaupun oosit mengekspresikan banyak sub-sub unit integrin berbeda, data yang dikumpulkan telah menyoroti pentingnya integrin α6β1 pada permukaan telur dimana kompleks bisa mempermudah fertilisasi dengan berinteraksi dengan fertilin. Aktivasi α6β1 bisa mengarah pada sinyal-sinyal intraseluler yang bisa membantu dalam pembentukan embrio. Lebih banyak eksperimen yang diperlukan untuk meneliti interaksi langsung fertilin dan αβ1 pada fusi sperma-telur, transduksi sinyal, dan ekspresi pada hewan lain.
Integrin dan Implantasi. Implantasi merupakan sebuah urutan kejadian yang sangat terkoordinasi yang melibatkan perlekatan, aposisi, dan, pada beberapa kasus, invasi embrio ke dalam uterus. Akan tetapi, embrio hanya akan terimplantasi ke dalam uterus pada waktu yang teregulasi dengan tepat, yang dikenal sebagai jendela implantasi. Interaksi antara embrio dan epitelium uterin sangat mirip dengan interaksi endotelium-leukosit dan proses-proses metastatik dimana integrin dominan dan merupakan molekul adhesi akhir dalam proses perlekatan. Ketika embrio telah melekat ke epitelium uterin, dia bisa terikat kuat ke epitelium uterin (implantasi non-invasif) atau melewati epitelium uterin dan menyusupi stroma uterin (implantasi invasif). Review-review terbaru tentang topik ini mencakup artikel dari Burghardt dkk dan Carson dkk.
Integrin diregulasi secara spasial dan temporal dalam uterus selama siklus reproduktif dan awal kehamilan. Kebanyakan data tentang reseptor integrin uterin berasal dari penelitian-penelitian klinis dan eksperimen pada hewan, walaupun eksperimen-eksperimen terbaru telah dilaporkan dengan menggunakan sistem-sistem pada organisme tingkat lebih tinggi. Regulasi perkembangan ekspresi integrin dalam blastosist dan dalam uterus sejalan dengan keterlibatan integrin dalam implantasi.
Endometrium tersusun atas epitelum uterin dan stroma. Stroma mengandung banyak unsur-unsur seluler seperti fibroblast, komponen-komponen vaskular, dan berbagai sel imun dinamis. Sekurang-kurangnya 14 subunit integrin ditemukan dalam endometrium manusia, 10 subunit pada kera, dan 7 subunit pada babi. Ekspresi integrin dalam uterus mencit sebagai sebuah fungsi dari tahapan siklus reproduktif belum diteliti. Beberapa integrin yang diekspresikan oleh sel-sel epitelium uterin babi dan manusia menunjukkan regulasi spasial dan temporal selama siklus reproduktif (yakni siklus menstrual atau siklus estrous), sedangkan yang lainnya diekspresikan secara konstitutif (Tabel II).
Implantasi invasif. Pada manusia, sub-sub unit integrin α2, α3, α6, α9, αv, β1, β3, β4, β5, dan β6 telah diidentifikasi pada epitelium luminal uterus. Terkecuali β5 dan β6, semua integrin yang disebutkan disini juga diekspresikan dalam epitelium glandular, yang menunjukkan sub-sub unit integrin α1 dan α4. Sub-sub unit integrin α5 dan α8 belum ditemukan dalam endometrium manusia. Sehingga heterodimer yang mungkin diketahui tersedia dalam permukaan luminal uterin mencakup α2β1. Α3β1, α6β1, α6β4, α9β1, αvβ1, αvβ3, αvβ5, dan αvβ6.
Ada kemiripan utama antara pola-pola ekspresi integrin manusia dan epitelium uterin kera, keduanya memanfaatkan strategi implantasi invasif. Berdasarkan ekspresi spasial dan kemampuan untuk terikat ke beberapa ligan yang tersedia, tiga reseptor tampak sangat relevan untuk proses awal implantasi yaitu: α9β1, αvβ1, αvβ3. Integrin-integrin ini semuanya merupakan anggota baik dari famili fibronektin atau vitronektin reseptor.
Integrin α9β1 bisa terikat ke pengulangan tipe III fibronektin, yang juga ditemukan pada tenascin, dan sangat banyak diekspresikan pada tepitelium luminal uterin selama siklus menstrual. Integrin ini diregulasi ketat dalam epitelium glandular pada manusia dan hanya diekspresikan selama fase sekretory pertengahan dan akhir. Keberadaan α9β1 pada permukaan luminal epitelium uterin menjadikannya sebagai sebuah partisipan potensial dalam tahap-tahap awal adhesi. Kemungkinan bahwa heterodimer αvβ1 terdapat pada epitelium luminal uterin telah diusulkan. Walaupun ekspresi heterodimer ini belum diselidiki dalam uterus dengan menggunakan antibodi yang mengenali heterodimer sebagaimana berlawanan dengan sub-sub unit individual, dua sub unit terdapat pada waktu yang sesuai dengan jendela implantasi. Integrin αvβ1 bisa terikat ke urutan asam amino RGD yang ditemukan pada fibronektin (dengan afinitas tinggi) dan vitronektin (dengan afinitas rendah). Mengevaluasi hanya subunit dari heterodimer ini cukup sulit karena subunit αv atau β1 bisa terikat ke berbagai subunit. Sehingga, peningkatan kadar baik subunit αv atau β1 bisa menghasilkan heterodimer lain (αvβ3 atai α9β1, masing-masing) yang meningkat dibanding heterodimer αvβ1.
Heterodimer αvβ3 telah ditemukan terlibat dalam implantasi manusia. Ekspresi maksimal dari αvβ3 pada epitelium luminal uterin manusia bersamaan dengan munculnya progesteron selama jendela implantasi. Integrin αvβ3 merupakan integrin yang paling aktif, yang mampu terikat ke berbagai komponen matriks ekstraseluler (ECM), seperti vitronektin, fibronektin, fibronektif oncofetal, dan osteopontin. α4β1 telah ditemukan selama berlangsungnya jendela implantasi pada endometrium manusia. Akan tetapi, integrin ini diekspresikan dalam epitelium glandular dan bukan pada epitelium luminal, yang mengurangi kemungkinan bahwa dia terlibat dalam kejadian-kejadian awal implantasi. Heterodimer-heterodimer integrin lain yang diekspresikan oleh endometrium diekspresikan secara konstitutif dan tidak terlokalisasi pada permukaan apikal epitelium uterin (α3β1 dan α6β4), diekspresikan pada sel-sel non-epitelium (α6β1), atau didownregulasi selama tahapan mid-secretory (α2β1 dan αβv6).
Masih sedikit informasi yang tersedia tentang ekspresi integrin oleh sel-sel trofoblast manusia pada saat implantasi. Karena implantasi pada hewan juga invasif, beberapa pengetahuan bisa diperoleh dari pemeriksaan trophectoderma mencit. Selama tahap awal aposisi dan adhesi, trophetoderma hewan mencit mengekspresikan integrin α5β1 dan αvβ3. Akan tetapi, ketika konseptus mencit mulai menyusupi epitelium uterin, trophectoderma menggeser ekspresi integrin dengan menambahkan ekspresi integrin α1β1, α6β1, dan α7β1. Reseptor-reseptor ini bisa terikat ke laminin dan kolagen, diduga dengan invasi pendukung epitelium, dan mempermudah migrasi ke dalam stroma. Ketersediaan ligan untuk pengikatan integrin pada konseptus dan epitelium uterin harus dipertimbangkan. Ada tiga skenario untuk interaksi epitelium trofoblast-uterin: (i) integrin diekspresikan pada trophectoderma terikat ke ligan pada epitelium uterin: (ii) integrin yang diekspresikan pada permukaan apical epitelium uterin terikat ke ligan-ligan pada trophectoderma; atau (iii) integrin diekspresikan pada kedua tipe sel dan terikat ke komponen matriks ekstraseluler yang ditemukan dalam ruang antar-seluler.
Penjelasan ketiga tampaknya adalah yang paling mungkin. Pada manusia, fibronektin oncofetal, yang disebut sebagai lem trofoblastis, terdapat pada trofoblast manusia yang menyusup, dan osteopontin terdapat pada permukaan apikal dari epitelium uterin. Keduanya adalah ligan untuk integrin-integrin yang diekspresikan pada epitelium uterin dan trophectoderma pada saat implantasi. Osteopontin dan αvβ3 telah dilaporkan diekspresikan secara bersama pada epitelium uterin, sel-sel stroma yang mengalami desidualisasi dan sel-sel sitotrofoblast dari kera. Disamping itu, perlekatan dan penonjolan trofoblast mencit ke fibronektin dan vitronektin bisa dihambat oleh peptida-peptida yang mengnadung RGD in vitro. Data-data ini mendukung teori bahwa integrin terdapat pada permukaan sel epitelium uterin dan trofoblast terikat ke komponen-komponen ECM yang disekresikan oleh trofoblast dan epitelium uterin dan bertindak sebagai pengikat antara kedua tipe sel ini.
Implantasi noninvasif. Pada implantasi hewan pocrine, yang noninvasif, epitelium luminal uterin mengekspresikan subunit integrin α1, α3, α4, α5, αv, β1, dan β3 sebagaimana dideteksi dengan mikroskopi imunofluoresensi tidak langsung. Ekspresi sub-sub unit α4, α5, dan β1 pada epitelium luminal uterin terkait dengan tahap siklus estrous dengan tingkat ekspresi tertinggi yang sesuai dengan jendela implantasi babi (hari 10-15 dari siklus estrous). Dua subunit integrin, αv dan β3, secara konstitutif diekspresikan dengan kadar tinggi pada epitelium uterin, dan ekspresinya dibatasi pada aspek basal dari epitelium uterin, yang konsisten dengan sebuah peran pada perlekatan seluler ke membran dasar.
Analisis tempat-tempat implantasi menunjukkan bahwa sub-sub unit α4, α5, αv, β1, dan β3 terdapat pada trophectoderma babi dan epitelium uterin pada tempat-tempat perlekatan. Kombinasi heterodimer yang diketahui dari kelima subunit ini mencakup α4β1, αvβ1, dan αvβ3. Reseptor-reseptor ini, seperti yang ditemukan dalam epitelium luminal manusia pada saat implantasi, merupakan anggota dari famili reseptor fibronektin/vitronektin. Pada trofoblast manusia, α5β1 berinteraksi dengan fibronektin dan mengekang invasi. Fungsi α5β1 dalam trofobast babi bisa serupa. Epitelium uterin babi mengekspresikan vitronektin dan fibronektin oncofetal, dan konseptus mengekspresikan fibronektin, fibronektin oncofetal, dan vitronektin, yang merupakan ligan untuk integrin yang diekspresikan pada permukaan-permukaan yang berkontraksi dari epitelium luminal dan trophectoderma selama implantasi. Implantasi babi menawarkan model yang menarik untuk meneliti tahap perlekatan implantasi karena sel epitelium mendasar tidak dimusnahkan oleh invasi trofoblast selanjutnya melalui epitelium uterin seperti yang terjadi pada spesies lain.
Ringkasnya, tampak bahwa ekspresi integrin dan ligan-ligannya merupakan elemen perlekatan dan adhesi yang penting untuk konseptus pada epitelium uterin, tanpa memperhtungkan cara implantasi. Integrin-integrin yang diekspresikan pada konseptus tampak terkonservasi diantara spesies yang diteliti sampai sekarang dengan integrin sama yang diekspresikan pada epitelium uterin. Seperti yang disebutkan dalam literatur, induksi populasi reseptor integrin baru (yang spesifik terhadap kolagen dan laminin) terjadi selanjutnya dalam konseptus pada spesies yang menunjukkan implantasi invasif.
Integrin dan perkembangan plasenta. Selanjutnya setelah perlekatan trophectoderma ke epitelium luminal uterin, sel-sel trofoblas dari konseptus mulai menyusupi uterus dan membentuk plasenta fungsional. Pembentukan plasenta menentukan pertemuan janin-ibu baik dengan interaksi langsung dengan suplai darah maternal (hemochorial) atau hubungan dekat dengan pembuluh darah uterin (endotheliochorial). Interaksi langsung tidak terjadi pada hewan-hewan yang mengekspresikan tipe epitheliochorial plasenta (seperti babi, kuda dan ruminants).
Sel-sel trofoblast menyusupi epitelium uterin dengan bergabung dengan epitelium di bawahnya (pada kelinci), dengan melakukan intrusi antara sel-sel epitelium uterin (pada hewan karnivora), atau memisahkan dan memfagosit epitelium uterin dari lamina basal (pengerat dan mencit). Belum diketahui bentuk invasi mana yang digunakan trofoblast manusia, tetapi pada umumnya diyakini bahwa trofoblast manusia menggeser dan menfagositosis epitelium uterin. Sel-sel trofoblast yang menyusup mensekresikan metaloproteinase yang mempermudah migrasinya diantara sel-sel epitelium. Sel-sel trofoblast selanjutnya mengalami proliferasi cepat. Integrin pada plasenta yang sedang berkembang bisa berkembang dan mempertahankan arsitektur plasenta, membentuk vaskulatur baru (angiogenesis), dan pada migrasi sel-sel trofoblast, dan kemungkinan mengaktivasi jalur-jalur transduksi sinyal spesifik yang mempromosikan kelangsungan hidup fetus yang sedang berkembang.
Selama perkembangan plasenta manusia, sel-sel trofoblast berdiferensiasi menjadi dua jalur berbeda yang membentuk syncytiotrofoblast dan sitotrofoblast. Sel-sel sitotrofoblast prekursor bergabung membentuk syncytiotrofoblast multi-nuklear, yang menutupi vili chorionik. Vili chorionik muncul dari vili batang besar plat chorinik (atau vili primer) dan bercabang menjadi vili yang lebih kecil yang membentuk vili sekunder dan tersier (atau definitif). Vili ini disebut vili bebas, vili terapung dan bersentuhan langsung dengan sirkulasi darah maternal dimana mereka melakukan pertukaran gizi dan gas untuk janin. Beberapa dari villi ini membentuk kolom sel sitotrofoblast teragregasi yang disebut vili penjangkar atau vili yang melekat yang menyusupi dinding uterin, menginfiltrasi desidua, dan menggantikan sel-sel endotelium pada arteri spiral maternal. Sitototrofoblast bisa bermigrasi sejauh lapisan myometrial.
Ketika sel-sel sitotrofoblast bermigrasi ke dalam desidua, profil molekul adhesi sel mereka mengalami perubahan. Sitotrofoblast yang dekat dengan vili penjangkar mengekspresikan α6β4. Integrin ini terikat ke hemidesmosom dan merupakan penanda untuk epitelium normal. Sel-sel ini juga mengekspresikan αvβ5 dan αvβ5, yang bisa menghambat migrasi sel. Pada saat sitotrofoblas membentuk kolom-kolom sel yang menjadi vili penjangkar, integrin α6β4, αvβ5, dan αvβ6 tidak lagi diekspresikan. Pada ujung terminal dari kolom trofoblastis dimana sel-sel masuk ke dalam desidua, yang disebut cangkang sitotrofoblast, sel-sel mengekspresikan integrin αvβ3 yang bisa memfasilitas invasi. Integrin, α5β1, diekspresikan dalam kolom sel distal juga. Akan tetapi, eksperimen yang dilakukan oleh Damski dkk menunjukkan bahwa α5β1 bisa bertindak untuk mengontrol laju migrasi dan invasi ke dalam sistem maternal. Terakhir, ketika sel-sel trofoblast mencapai interstitium uterin, mereka mengekspresikan α1β1, sebuah reseptor laminin/kolagen. Pada saat sel sitotrofoblast menyusupi vaskulatur maternal, mereka mengekspresikan sebuah profil adhesi sel yang mirip dengan endotelium, yang mencakup penampilan molekul adhesi sel vaskular-1 (VCAM-1) dan molekul adhesi sel endotelium/trombosit-1 (PECAM-1), tetapi tidak E-cadherin atau E-selektin.
Sel-sel trofoblast dari plasenta mencite tidak sama invasifnya dengan yang berasal dari plasenta manusia, walaupun kedua plasenta bersifat hemochorial. Selama tahap awal kehamilan (hari 5-8), sel-sel trofoblast mencite menyusupi epitelium uterin dan berdiferensiasi membentuk sel-sel raksasa trofoblast dan kerucut ektoplasenta. Pada hari 12, plasenta terbentuk sempurna dengan empat lapisan berbeda (yakni sel-sel raksasa trofoblast terluar, zona spongiotrofoblast, zona labyrinthin, dan plat chorionallantoik terdalam). Pada mencit, sub-sub unit integrin α4, α4, β1, dan β3 terdapat selama perkembangan plasenta, tetapi menunjukkan perbedaan spasial sebagaimana dideteksi dengan analisis imunofluoresensi tidak langsung dan analisis mRNA. Semua subunit (α4, αv, β1, dan β3) diekspresikan oleh sel-sel raksasa trofoblast selama kehamilan. Subunit α4 dan β3 tidak menunjukkan perbedaan berdasarkan lokasi, sedangkan αv lebih kuat diekspresikan dalam zona spongiotrofoblast, dan β1 lebih kuat diekspresikan pada zona labyrintin. Disparitas antara sub-sub unit nitegrin β3 dan αv dalam zona spongiotrofoblast menunjukkan bahwa αv bisa membentuk heterodimer dengan subunit β lainnya (seperti β5 atau β6), yang akan menghasilkan fenotip invasif.
Ringkasnya, data-data ini menunjukkan bahwa integrin terkait dengan invasi trofoblast dan membantu dalam perkembagan plasenta. Beberapa integrin, termasuk α6β4. Αvβ5, dan αvβ6, diekspresikan oleh sel-sel sitotrofoblast dalam vili penjangkar dimana mereka mungkin membatasi migrasi. Pada saat sel-sel sitotrofoblast bermigrasi ke dalam desidua, mereka mengekspresikan αvβ3 dan α5β1. Rasio αvβ3 dengan α5β1 bisa memiliki peranan dalam membatasi invasi ke dalam vaskulatur.
Regulasi Ekspresi Integrin Plasenta
Sitokin Plasenta. Sitokin adalah peptida-peptida kecil (sekitar 15-30 kDa), yang berumur pendek dalam regulasi autokrin dan parakrin dalam sebuah lingkungan lokal. Uterus dan plasenta menghasilkan beberapa sitokin yang memiliki kemampuan untuk memodulasi pertumbuhan dan perkembangan plasenta. Masih sedikit penelitian yang dilakukan tentang efek langsung sitokin pada regulasi integrin selama implantasi dan perkembangan plasenta. Akan tetapi, data dari mencit knockout, eksperimen dengan tipe sel lain, dan hubungan dekat yang diketahui antara beberapa sitokin dan integrin sangat menunjukkan sebuah peranan penting dalam perkembangan plasenta. Dalam bagian berikut, uterin dan sitokin asal plasenta yang kemungkinan mengontrol ekspresi integrin selama implantasi dan plasentasi juga dibahas.
Faktor nekrosis tumor-α. Faktor nekrosis tumor α (TNF-α) merupakan sitokin pro-inflamasi yang sangat terkonservasi, yang telah dideteksi pada banyak jaringan, termasuk uterus manusia yang hamil, mencit, dan pengerat. Plasenta mamalia juga merupakan sumber TNF-α yang utama. TNF-α menginduksi sinyal-sinyal melalui dua reseptor, reseptor TNF-1 (TNF-R1), yang terkait dengan induksi apoptosis dan stimulasi sebuah jalur NF-kB, dan TNF-R2, yang fungsinya belum dipahami dengan baik. Salah satu peranan TNF-α bisa berupa menstimulasi apoptosis pada sel-sel trofoblast melalui TNF-R1, yang bisa memiliki pengaruh utama terhadap pemodelan dan pemodelan ulang plasenta. Akan tetapi, melalui jalur NF-kB, TNF-α yang beraksi melalui TNF-R1 bisa merubah ekspresi berbagai gen. RNA duta untuk TNF-R2 ditemukan dalam sel-sel trofoblast dan desidua dan teregulasi seiring perkembangan selama kehamilan, dengan tingkat tinggi yang diekspresikan di awal kehamilan (hari 8/9) dan lagi pada akhir perkembangan plasenta. Fungsi TNF-R2 masih belum jelas sekarang ini tetapi bisa mencakup stimulasi kmponen yang mempromosikan proliferasi sel.
Salah satu jalur potensial yang digunakan TNF-α untuk meregulasi perkembangan plasenta melibatkan modulasi molekul-molekul adhesi, termasuk integrin dan VCAM-1, sebuah anggota dari superfamili IgG molekul adhesi. Banyak efek imbas integrin yang bisa diperantarai oleh TNF-α, yang telah ditunjukkan memodulasi ekspresi berbagai subunit integrin pada eksperimen in vitro dengan sel-sel endotelium dan sel-sel metastatis, dan untuk meningkatkan dengan cepat ekspresi VCAM-1 pada sel-sel endotelium. Disamping itu, integrin bisa mempromosikan atau menghambat kematian sel dan memodulasi produksi mediator inflamasi, termasuk TNF-α. Mencit yang kekurangan TNF-α/TNF-β memiliki limpa yang tidak terorganisir akibat ekspresi abnormal molekul adhesi. Demikian juga mencit yang kekurangan TNF-α/TNF-β membentuk daerah labyrintin yang kurang kompleks dan lebih kecil dalam plasentanya, dan ukuran total plasenta berkurang. Eksperimen tentang trophectoderma manusia menunjukkan bahwa walaupun TNF-α tidak merubah ekspresi β1, migrasi sel berkurang signifikan, sehingga menandakan bahwa kemungkinan ada pergeseran dari satu heterodimer β1 ke lainnya. Dengan pengamatan-pengamatan ini, cukup beralasan untuk mempostulasikan bahwa TNF-α bisa memegang peranan dalam ekspresi molekul-molekul adhesi selama perkembangan plasenta.
Interferon-γ. Interferon-γ (IFN-γ) merupakan sitokin pro-inflammatory kuat lainnya yang terdapat dalam saluran reproduksi wanita dan dihasilkan secara lokal. IFN-γ imunoreaktif telah diidentifikasi pada sel trofoblast manusia dan mencite. Disamping itu, IFN-γ telah terlokalisasi pada sel-sel di sekitar tempat implantasi, ruang darah maternal, sel pembunuh alami uterin, dan sel trofoblast raksasa dalam plasenta mencit. Aksi IFN-γ bisa tidak langsung. Interferon-γ meningkatkan ekspresi TNF-R tiga sampai lima kali lipat, yang mana bisa meningkatkan aksi TNF-α. TNF-α bisa merubah ekspresi molekul-molekul adhesi plasenta. Walaupun penghapusan gen IFN-γ tidak terkait dengan gangguan kesuburan, interferon lain seperti IFN-α, IFN-β atau IFN-г bisa mengkompensasi apabila IFN-α tidak terdapat ketika sitokin-sitokin ini memiliki fungsi yang overlap.
Penelitian-penelitian sampai sekarang menunjukkan kemampuan IFN-γ untuk memodulasi perlekatan sel-sel plasenta bisa tergantung pada sub-populasi sel plasenta dan pola ekspresi integrin nya yang spesiik. Sebagai contoh, pra-perlakuan syncytiotrofoblast manusia dengan IFN-γ memungkinkan adhesi sel MOLT-4 limfositik ke lapisan-lapisan sel, meski penonjolan trofoblastis mencit dihambat oleh IFN-γ. Pada sel-sel non-plasenta, IFN-γ telah ditunjukkan mengupregulasi beberapa integrin dan mengurangi yang lainnya dengan tergantung pada tipe sel. Sub-sub unit integrin α2, αβ\5, α6 dan β1 ditingkatkan pada timosit, sedangkan pada sel-sel endotelium, aktivasi integrin αvβ3 dikurangi sebagai respons terhadap IFN-γ. Disamping itu, aktivasi integrin bisa juga merbah produksi IFN-γ; pada sel-sel T sitotoksik, pemblokiran pengikatan integrin α6 dengan antibodi tertentu mengurangi produksi IFN-γ; pada sel-sel T sitotoksik, pemblokiran pengikatan integrin α6 dengan antibodi tertentu mengurangi produksi IFN-γ. Hubungan penting ada antara struktur plasenta dan regulasi ekspresi integrin oleh IFN-γ yang memerlukan penelitian lebih lanjut.
Interlelukin. Interlelukin (IL) merupakan sekelompok sitokin yang berpartisipasi dalam, dan juga meregulasi, respons imun pro-inflammatory dan anti-inflammatory. Interlelukin 1β, 2, 4, 6, dan 10 semuanya telah diidentifikasi dalam uterin dan/atau plasenta pada mencit dan manusia. Interlelukin 1β, 2, dan 6 juga dianggap sebagai sebuah sitokin transisi, yang terkait dengan respons pro-inflamasi dan anti-inflamasi, dan telah dideteksi pada berbagai tahapan kehamilan. Inteleukin 4 dan 10 merupakan sitokin anti-inflamasi yang meningkat seiring dengan pertambahan usia kehamilan. Aksi dari beberapa interlelukin mungkin overlap dengan TNF-α dan/atau IFN-γ dan bisa mengkompensasi untuk kehilangan TNF-α atau IFN-γ ketika gen-gen ini dihapus dari genom mencit. Walaupun peranan pasti dari interleukin belum diketahui, interlelukin seperti IL-4 dan IL-10, sitokin tipe-Th2, yang mendominasi dalam kehamilan dan diyakini mengurangi respons imun maternal selama kehamilan.
Interleukin memodulasi kemampuan sel-sel trofoblast untuk melekat satu sama lain atau ke berbagai substrat. Sebagai contoh, IL-1 menghambat kemampuan blastosist mencite untuk melekat ke cawan Petri berlapis fibronektin, tetapi meningkatkan pertumbuhan balstosist dari blastosist adheren. Disamping itu, sel-sel MOLT-4 limfositik melekat ke sel syncytiotrofblast manusia yang diperlakukan dengan IL-1β. Kemampuan interleukin plasenta untuk memodulasi ekspresi molekul adhesi sel pada sel-sel trofoblast belum diteliti; akan tetapi, interleukin telah ditunjukkan memodulasi ekspresi molekul-molekul adhesi pada sistem-sistem sel lain. IL-1β meningkatkan subunit integrin α2, α5, dan α6 pada limfosit manusia secara in vitro, dan α1, α5, dan β1 pada fibroblast dermal manusia, dan model luka kutaneous babi. IL-4 meningkatkan ekspresi integrin αv dan β3 pada makrofage sumsum tulang mencite. Subunit integrin α5 dan β1 ditingkatkan pada epitelium korneal kelinci oleh IL-6. Ada kemungkinan bahwa interlelukin plasenta memodulasi ekspresi molekul-molekul adhesi dalam plasenta yang berkembang dan migrasi sel-sel trofoblast. Akan tetapi, masih banyak eksperimen yang diperlukan untuk mengetahui interaksi-interaksi ini.
Faktor inhibitory leukemia. Faktor inhibitory leukemia (LIF) merupakan sebuah protein 58-kDa yang mengalami glikosilasi, yang dihasilkan oleh berbagai sel fibroblast, limfosit T terstimulasi, dan monosit-monsit teraktivasi. LIF juga dihasilkan oleh blastosist mencit dan uteri dimana dia mungkin meregulasi pertumbuhan, diferensiasi, dan migrasi blastosist pada saat implantasi. Pada uterus manusia, ekspresi LIF terlokalisasi pada kelenjar-kelenjar endoemtrial selama fase sekretory/postovulatory tetapi tidak terdapat dalam endometrium selama fase poliferatif/pra-ovulatory. Reseptor LIF (reseptor LIF – β) diekspresikan selama fase proliferatif dan sekretory dari siklus dan dibatasi pada epitelium luminal. Disamping itu, implantasi normal terganggu pada hewan mutan reseptor LIF, yang mengarah pada gizi intrauterin buruk tetapi memungkinkan janin tumbuh sampai pada melahirkan.
Bahkan pada cara implantasi yang nonivasif, LIF tampak memiliki peranan sentral. Sitokin ini telah berdampak dalam pemanjangan sel-sel trofoblast babi tepat sebelum implantasi. Sehingga ekspresi uterin dari LIF pada manusia, mencit, dan babi bisa memiliki peranan dalam meregulasi implantasi embrio, kemungkinan melalui interaksi autokrin/parakrin antara LIF dan reseptornya pada epitelium luminal dan/atau trofoblast. Disamping itu, penghapusan genom LIF pada mencit memiliki efek besar terhadap reproduksi. Embrio dari mencit yang kekurangan LIF gagal untuk diimplantasi pada ibu mencit yang juga kekurangan LIF. Akan tetapi, embrio yang kekurangan LIF diselamatkan ketika ditempatkan dalam uterus mencit yang normal.
Integrin dan LIF diekspresikan oleh uterus dan blastosist pada saat implantasi, yang menandakan adanya hubungan antara kedua protein ini. LIF bisa meningkatkan integrin αvβ1 pada sel tumor manusia dan meningkatkan afinitas pengikatan sel tumor terhadap fibronektin.v 1 dan fibronektin berdampak dalam adhesi trofoblast ke epitelium uterin. Disamping itu, LIF ditingkatkan sebagai respon terhadap IL-1, TGF-β dan TNF-α pada sel-sel stroma sumsum tulang manusia, sehingga menandakan bahwa sitokin-sitokin lain dalam saluran reproduktif perempuan bisa bertindak bekerja sama untuk menginduksi produksi LIF pada waktu tepat yang diperlukan untuk implantasi. Terbukti bahwa interaksi-interaksi ini bisa penting untuk implantasi normal dan perkembangan plasenta.
Faktor penstimulasi koloni-1. Faktor penstimulasi koloni (CSF-1), yang juga dikenal sebagai faktor penstimulasi koloni makrofage (M-CSF), merupakan sebuah glikoprotein homodimerik yang dihasilkan oleh berbagai tipe sel, termasuk monosit, granulosit, sel-sel endotelium, sel-sel epitelium, dan fibroblast. Sitokin merupakan sebuah faktor pertumbuhan hematopoietik yang meregulasi proliferasi, diferensiasi, dan viabilitas sel-sel sumsum tulang ke dalam kelompok fagosit mononuklear. Faktor pertumbuhan ini juga telah dideteksi dalam uterin dan jaringan plasenta manusia, mencit dan babi. Mencit yang kekurangan CSF-1 (mencit op/op osteoportik) tidak subur ketika dikawinkan dengan mencit jantan homozigot. Akan tetapi, jika dikawinkan dengan penajtan heterozigot (+/op), fertilitas pulih sebagian. Ketersediaan CSF-1 dan efek negatif kekurangan CSF-1 terhadap kehamilan menunjukkan bahwa sitokin ini pentung untuk reproduksi yang sukses.
Baru belakangan ini penelitian dilakukan tentang kemampuan CSF-1 untuk memodulasi ekspresi molekul adhesi sel. Apabila sel trofoblast manusia diperlakukan dengan CSF-1 in vitro, ada peningkatan dependen dosis pada subunit integrin α5 dan ligannya, fibronektin, sebagaimana dideteksi dengan sitometri alir. Penelitian ini menandakan potensi CSF-1 untuk bertindak dengan cara autokrin/parakrin untuk meregulasi perkembangan dan invasi plasenta. Integrin plasenta lainnya, αvβ3, bisa ditingkatkan dengan CSF-1, meskipun pada osteoklast, dimana dia meningkatkan penyebaran sel. Sintesis sitokin plasenta, IL-1, IFN- γ, dan TNF-α, diinduksi oleh CSF-1, yang bisa mengarah pada modulasi molekul-molekul adhesi sel. Akan tetapi, interaksi antara CSF-1 dan sitokin-sitokin plasenta lainnya pada ekspresi integrin masih belum jelas.
Hormon steroid pria. Seperti disebutkan di atas, beberapa integrin pada epitelium uterin wanita dan hewan babi menunjukkan perubahan ekspresi sementara. Perubahan-perubahan ini bersamaan dengan perubahan konsentrasi hormon steroid sistemik. Sehingga, hormon-hormon steroidal tampak memfasilitasi implantasi dengan mensinkronisasi penerimaan uterin dengan tibanya blastosist dalam uterus.
Dalam sebuah penelitian yang dilakukan oleh Bowen dkk., hewan babi diovariektomi dan selanjutnya diperlakukan dengan estrogen eksogen, progesteron, kombinasi estrogen dan progesteron, atau plasebo. Progesteron saja, atau kombinasinya dengan estrogen, secara dramatis meningkatkan kadar ekspresi subunit integrin α4 dan α5 dan, subunit β1 sebagaimana dideteksi dengan imunohistokimia epitelium uterin. Uterus yang diperlakukan dengan estrigen cukup mirip dengan kontrol plasebo yang menunjukkan kadar α4, α5, dan β1 yang lebih rendah. Subunit integrin αv dan β3. Yang telah berdampak dalam implantasi, tidak dipengaruhi oleh perlakuan steroid dan terus diekspresikan dalam endometrium dengan tingkat ekspresi yang tinggi. Secara in vitro, sel-sel epitelium uterin babi merespon terhadap perlakuan steroid hanya pada kondisi-kondisi yang mengarah pada fenotip terpolarisasi. Pada manusia, dengan menggunakan sel adenokarsinoma yang mengekspresikan penanda-penanda serupa bagi sel-sel epitelium endometrial normal, estrogen saja atau kombinasinya dengan progesteron mengurangi integrin, αvβ3, sebagaimana diukur dengan sitometri alir dan analisis blot Northern. Seperti disebutkan di atas, integrin αvβ3 pada sel-sel epitelium uterin diyakini penting bagi penerimaan endometrial manusia.
Mutasi null integrin atau “Knockout”
Belakangan ini, mutasi null atau mencit “knockout” yang kekurangan integrin spesifik telah dikembangkan dengan menggunakan sel-sel batang embrionik dan teknologi transgenik. Pada saat ini, 19 dari 26 subunit yang diketahui telah dihapus. Dari jumlah ini, empat menghasilkan letalitas embrionik: mencit null (tidak mengandung) β1 mati tepat setelah implantasi, mencit null α4 matui karena abnormalitas plasenta langsung, dan mencit yang null α5 dan αv mati in utero dengan abnormalitas-abnormalitas plasenta yang mungkin, tak satu pun dari eksperimen knockout integrin yang dilakukan untuk mengetahui peranan protein dalam perkembangan plasenta. Lebih jauh, plasenta jarang diteliti untuk abnormalitas-abnormalitas morfologis.
Mencit yang tidak mengandung integrin α4. Subunit integrin yang memiliki efek paling cepat terhadap perkembangan plasenta sebagaimana dijelaskan dengan penghapusan gen adalah subunit α4. Karena subunit integrin α4 sebagian besar diekspresikan pada sel-sel darah yang bersirkulasi, diharapkan bahwa mutasi null akan menghasilkan interaksi leukosit-endotelium disfungsional. Justru, membran allantoik gagal bergabung dengan membran chorionik, yang menghasilkan kematian embrinik pada Hari 11. Gangguan-gangguan lain mencakup terganggunya perkembangan epikardium dan pembuluh koroner, yang mengarah pada perdarahan kardiak. Studi penghapusan gen pada ko-reseptor α4β1, VCAM-1, memiliki fenotip yang sama seperti mencit yang tidak mengandung α4, sehingga menunjukkan bahwa α4 berinteraksi dengan VCAM-1 meskipun fibronektin, ligan α4, selama pembentukan membran chorioallntoik.
Mencit yang tidak mengandung integrin β1. Penghapusan subunit β1 memiliki dampak merusak bagi konseptus yang sedang berkembang, menghasilkan kegagalan massal sel inner dan kematian embrionik pada kehamilan hari 5. Hasil-hasil ini telah diduga karena β1 terikat ke sebanyak 12 subunit α berbeda. Akan tetapi, blastosist masih mampu melekat ke epitelium uterin dan menginisiasi invasi sebelum kematian embrionik. Massa sel dalam mati sebelum trofoblast, sehingga menandakan bahwa persyaratan untuk β1 adalah untuk kelangsungan hidup massa sel inner (ICM) ketimbang trophectoderma. Beberapa saat setelah pembentukan massa sel inner. Kavitas proamniotik terbentuk, yang menghasilkan pembentukan lapisan sel endoermal dan laposan sel ektodermal yang dipisahkan oleh sebuah membran dasar. Pembentukan lapisan-lapisan ini tidak terjadi pada mencit yang tidak mengandung β1, sehingga menandakan pentingnya interaksi matriks ekstraseluler dengan integrin dalam perkembangan janin.
Mencit yang tidak mengandung integrin αv. Subunit αv terikat ke berbagai subunit β, dan eliminasinya dengan demikian diharapkan memiliki efek besar terhadap embrigenesis. Kebanyakan janin mati sekitar hari 9,5 embrionik. Janin yang bertahan sampai lahir (hampir 20% janin) mati karena perdarahan dalam otak dan usus. Beberapa kelainan plasenta yang diamati pada model knockout ini mencakup kompaksi zona labyrintin dan penurunan lacunae darah. Famili heterodimer αv terlibat dalam angiogenesis dan akan memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan plasenta. Menariknya, mencit dimana subunit β lain (yakni, β3, β5, dan β6) dihapus dapat bertahan hidup dan menunjukkan hanya sedikit kecacatan. Hasil ini menandakan bahwa subunit β bisa mampu menggantikan satu sama lain dalam pembentukan plasenta, dan cacat embrio menyebabkan kematian janin pada sebuah tahapan akhir.
Mencit yang tidak mengandung integrin α5. Analisis mencit yang tidak mengandung α5 menunjukkan cacat perkembangan yang parah. Struktur vaskulatur embrionik dan ekstraembrionik terlihat abnormal, dan notochord dan smomites distal ke somites 10 gagal terbentuk, sehingga menghasilkan kematian pada sekitar hari embrionik 8,5. Akan tetapi, integrin-integrin lain juga mampu mengkompensasi kehilangan α5β1. Sel-sel batang embrionik dari mencit yang tidka mengandung α5 meningkatkan integrin αvβ1 dan terikat secara langsung ke fibronektin. Data ini menunjukkan bahwa plasenta yang tidak mengandung α5 mampu berfungsi pada tingkat perkembangan janin, tetapi seperti dengan subunit αv, struktur normal dari plasenta tidak diperiksa, sehingga poin ini belum didokumentasikan secara eksperimental.
Integrin dan disfungsi reproduktif
Ketidaksuburan yang tidak diketahui penyebanya. Beberapa wanita mengalami ketidaksuburan berulang yang tidak dikethaui penyebabnya, menghasilkan kegagalan reproduktif. Ada beberapa perbedaan dalam endometrium antara wanita subur normal dengan wanita yang menunjukkan ketidaksuburan yang tidak diketahui penyebabnya.
Seperti yang disebutkan di atas, subunit integrin α4 dan β3 secara spesifik diekspresikan bersama dalam epitelium glandular dan luminal uterus, masing-masing, hanya selama saat penerimaan uterin maksimal pada wanita. Kurangnya ekspresi salah satu dari dua subunit integrin ini terkait dengan ketidaksuburan yang tidak diketahui penyebabnya.
Endometriosis. Pada beberapa kasus endometriosis, pertumbuhan ektopik sel-sel endometrial terbukti, dan integrin bisa bertanggung jawab untuk adhesi sel-sel endometrial ke dinding peritoneal. Fragmen-fragmen jaringan endometrial yang aktif terdapat dalam cairan peritoneal selama fase folikular awal wanita yang memiliki tabung paten. Jaringan endometrial yang ditemukan dalam peritoneum dan sel yang memiliki potensi untuk membentuk endometriosis mengekspresikan integrin α2β1, α3β1, α4β1, α5β1, dan α6β1. Sel-sel dalam cairan peritoneal sering mengekspresikan α4β1 pada wanita yang mengalami endmetriosis, tetapi integrin ini tidak terdapat pada wanita normal. Disamping itu, ekspresi αvβ3 jauh lebih rendah pada wanita dengan endometriosis dibanding pada kontrol subur atau wanita dengan masalah ketidaksuburan yang terkait dengan endometriosis.
Defisiensi fase luteal. Tidak adanya sinkronitas antara waktu diferensiasi uterin imbas progesteron dan masuknya embrio ke dalam uteris diketahui sebagai defisiensi fase luteal. Seperti disebutkan di atas, ekspresi dan regulasi αvβ3 pada sel epitelium uterin manusia kelihatan berkorelasi dengan naik turunnya kadar progesteron. Lessey dkk menunjukkan bahwa ada kehilangan ekspresi subunit integrin β3 yang konsisten pada bipsi-biopsi endometrial yang menunjukkan tundaan histologis pada pematangan endometrial. Korelasi dekat antara penurunan kadar reseptor progestern dan ekspresi integrin epitelium menunjukkan bahwa kejadian bisa penting untuk implantasi.
Preeklamsia. Plasenta abnormal bisa menyebabkan kehilangan janin dan/atau komplikasi parah untuk ibu. Salah satu simdrom paling umum dan telah dikenal yang terkait dengan plasentasi abnormal adalah preeklampsia. Disini, invasi trofoblast terbatas, pembuluh dara tidak dimodifikasi, dan tekanan darah ibu meningkat. Plasentasi normal melibatkan invasi sitotrofoblast ke dalam dinding uterin dan ekspresi sekuensial pola-pola integrin spesifik, mulai dari fenotip mlekul adhesi sel yang merupakan ciri khas dari sebuah lapisan epitelium statis sampai fenotip invasif dan terakhir sebuah fenotip yang menyerupai endotelium maternal. Sel-sel sitotrofoblastis dari plasenta preeklamsi tidak menggeser ekspresi mlekul adhesi sel ketika sel mulai bermigrasi ke dalam jaringan maternal. Ekspresi subunit integrin yang meningkat (α1β1 atai αvβ3 (dan molekul adhesi sel, VCAM dan VE-cadherin) dalam sel-sel sitotrofoblast tidak terjadi. Belum diketahui apakah kegagalan untuk merubah molekul adhesi sel merupakan penyebab atau efek dari preeklampsia.
Kesimpulan
Telah semakin jelas selama beberapa tahun terakhir bahwa ekspresi integrin yang sesuai penting untuk keberhasilan reproduksi. Disamping peranannya dalam interaksi sel-dengan-sel dan sel-dengan-matriks, integrin juga penting untuk kelangsungan hidup sel, perkembangan selama siklus sel, diferensiasi seluler, pembentukan polaritas sel, regulasi ekspresi gen, sitokin pro-inflamasi dan anti-inflamasi, dan modulasi kematian sel. Sifat multidimensional dari integrin serta redundansi ekspresi integrin pada tipe-tipe sel reproduktif, dan kemampuannya untuk terikat ke lebih dari satu ligan kemungkinan menjadikannya sebagai partisipan penting dalam proses reproduksi.
Penting untuk memahami bahwa berbagai anggota famili integrin diekspresikan pada sel-sel sistem reproduksi. Dari 23 heterodimer integrin yang diketahui, sekurang-kurangnya 8 bisa diekspresikan secara simultan pada sel-sel reproduktif tertentu seperti epitelium uterin atau sel-sel trofoblast. Salah satu sifat yang mengherankan yang muncul dari informasi ini adalah bahwa integrin kelihatannya mampu mengkompensasi kehilangan dari salah satu subunitnya. Ini terlihat jelas dalam penelitian terhadap mencit knockout dimana ada kompensasi untuk kehilangan satu subunit integrin dengan meningkatkan subunit lainnya. Sebagai contoh, αvβ3 merupakan integrin yang sangat penting dalam berbagai tahapan reproduksi, tetapi kehilangan β3 melalui mutasi gen tidak menghambat proses reproduksi. Justru, subunit integrin lainnya (yaitu, subunit β1 dan β5) ditingkatkan. Penjelasan yang beralasan lainnya untuk ekspresi banyak integrin pada sel yang sama adalah bahwa ini memungkinkan respons yang cepat terhadap kondisi-kondisi lingkungan yang berubah yang menandai jaringan-jaringan yang sedang berkembang, yang mana mencakup perubahan substrat dan matriks serta molekul-molekul regulasi.
Jelas bahwa masih banyak yang harus dipelajari tentang peranan integrin dalam reproduksi dan sehingga mengembangkan basis informasi ini merupakan hal yang paling penting. Karena fungsi polipeptida ini yang utamanya sebagai reseptor adhesi, maka ekspresinya sangat dikontrol selama perkembangan, ekspresi yang menyimpang bisa menjadi salah satu penjelasan untuk fertilitas yang terganggu dan keberhasilan reproduksi yang terganggu.
Bisa minta info daftar kepustakaan nya?
ReplyDelete