Jalur kematian sel merupakan sebuah mekanisme biologis yang terjadi pada makhluk hidup dengan mengatur mengapa dan bagaimana cara sel mati. Kematian sel terjadi tidak hanya melalui satu jalur, namun dapat terjadi melalui berbagai jalur. Peneliti mengelompokkan kematian sel menjadi dua jalur, yaitu Programmed and Non-Programmed Cell Death. Programmed Cell Death diatur secara genetik dengan tujuan untuk menjaga homeostasis, perkembangan dan pertahanan tubuh. Sedangkan terjadinya Non-Programmed Cell Death tidak dikontrol oleh gen dan umumnya terjadi akibat gangguan eksternal seperti cedera dan infeksi patogen. Artikel ini akan mengulas jalur kematian sel berupa Apoptosis, Nekrosis, Necroptosis dan Pyroptosis beserta Kit Deteksinya.

Apoptosis

Salah satu jalur kematian sel yang termasuk dalam Programmed Cell Death adalah apoptosis. Apoptosis merupakan kematian sel secara terprogram yang diatur oleh genetik yang terjadi secara alami dalam tubuh. Jalur ini terjadi pada perkembangan awal dengan tujuan untuk mengeliminasi sel-sel yang tidak diinginkan. Contoh apoptosis yang terjadi pada perkembangan awal adalah sel-sel selaput pada sela jari. Pada individu dewasa, apoptosis berguna untuk “membersihkan” tubuh dari sel-sel yang rusak dan tidak dapat diperbaiki.

Gambar 1. Ilustrasi proses terjadinya apoptosis

Proses terjadinya apoptosis melibatkan sejumlah jalur pensinyalan protein yang telah diatur dalam tubuh untuk menyingkirkan sel yang telah rusak tanpa membuat perubahan yang berarti. Terjadinya fenomena ini bertujuan untuk menyingkirkan sel yang telah melewati masa produktif dan akan digantikan oleh sel muda baru yang kemudian akan disebut dengan ‘’regenerasi sel”. Tidak terjadinya apoptosis atau terlalu banyak terjadi apoptosis akan menyebabkan terganggunya keseimbangan tubuh, seperti kanker atau penyakit seperti syndrome Parkinson dan Alzheimer.

Nekrosis

Berbeda dengan apoptosis, nekrosis merupakan kematian sel yang tidak terkontrol dan terprogram, dan termasuk dalam jalur Non-Programmed Cell Death. Kematian sel nekrosis disebabkan oleh terjadinya cedera sel yang bersifat irreversible akibat proses patologis. Nekrosis ditandai oleh terjadinya pembengkakan organel sel, pecahnya membran plasma dan berujung pada lisis, sehingga cairan plasma sel akan mengisi ruang intraseluler dan berujung pada kerusakan jaringan disekitarnya.

Gambar 2. Ilustrasi Jalur Kematian sel Nekrosis.
Sumber: https://www.andreasastier.com/blog/the-different-types-of-necrosis-and-their-histological-identifications

Jalur kematian pada nekrosis tidak menggunakan jalur pensinyalan seperti pada apoptosis, ini  terjadi karena rangsangan berbahaya yang luar biasa dari luar sel dan hampir selalu dikaitkan dengan respons inflamasi karena pelepasan protein syok panas, asam urat, ATP, DNA, dan protein nuklir, yang menyebabkan aktivasi inflamasom dan sekresi sitokin proinflamasi interleukin-1 beta (IL1). Secara morfologi, terdapat 6 pola nekrosis yaitu koagulatif, likuifaktif, kaseosa, gangren, lemak dan fibrinoid.

Necroptosis

Penemuan selanjutnya pada proses kematian sel adalah terdapat jalur kematian sel yang mirip dengan nekrosis, namun juga diregulasi oleh program genetik dan terdapat jalur pensinyalan layaknya apoptosis. Proses inilah yang selanjutnya dikenal sebagai necroptosis dan dipicu oleh beberapa stimuli, termasuk ligan kematian, protein spesifik yang memediasi kematian seperti RIPK1, RIPK3 dan MLKL. Interaksi antara beberapa protein pensinyalan dan ligan kematian akan berujung kepada pembengkakan sel dan ruptur membran yang mirip pada nekrosis.

Gambar 3. Ilustrasi jalur kematian sel necroptosis.
Sumber: https://blog.cellsignal.com/mechanisms-of-cell-death-necrosis-necroptosis

Necroptosis terjadi pada proses patologis seperti pada penderita kerusakan hati akibat alkohol, adanya sel kanker dan lainnya. Proses imunologis juga dapat memicu terjadinya necroptosis, seperti autoimun atau zat kimia berbahaya dalam tubuh yang dapat menyerang sel dan jaringan tubuh yang sehat. Namun pada proses nekroptosis masih terdapat kemungkinan terjadi sel survival apabila terdapat perilisan protein savior seperti NF-κB (Nuclear Factor kappa B).

Pyroptosis

Pyroptosis adalah jalur kematian sel yang dikarakterisasikan dengan pembengkakan dan lisis osmotik, menghasilkan membran ruptur dan akan meriliskan komponen inflamasi. Berbeda dengan necroptosis yang terjadi pada sel somatik, pyroptosis umumnya terjadi pada sel imun. Jalur pensinyalan pyroptosis adalah melalui caspase inflamatory, sehingga terjadinya pyroptosis akan selalu disertai dengan inflamasi dan akan meriliskan sitokin proinflamasi seperti IL-2 dan TNF-ɑ.

Gambar 4. Ilustrasi jalur kematian pyroptosis.
Sumber: https://www.genetex.com/Research/Overview/cell_biology/Pyroptosis_Inflammation

Meskipun jalur pensinyalan pada pyroptosis hampir sama dengan apoptosis, yaitu melalui jalur caspase, pyroptosis memiliki ciri khas yaitu terjadinya kerusakan integritas membran yang disebabkan oleh respon inflamasi. Pyroptosis berperan pada respon imun terhadap virus atau bakteri dan terlibat pada inflamasi.

Cara dan Kit Deteksi

Berbagai cara deteksi diperlukan untuk mengetahui jenis kematian sel sehingga dapat melakukan diagnosis dengan tepat. Metode deteksi kematian sel yang dilakukan antara lain dengan metode flow cytometry, TUNEL, imunohistokimia dan Annexin V-PI. Apoptosis dapat diamati dengan menandai perubahan posisi Phosphatidylserine pada membran sel, fragmentasi DNA dan aktivasi caspase. Sedangkan nekrosis dapat diamati dengan hilangnya integritas membran sel. Necroptosis dapat diamati dengan melihat ciri-ciri pembengkakan sel dan hilangnya integritas membran serta fragmen DNA, sedangkan pyroptosis dapat diamati dengan adanya peradangan dan aktivasi caspase inflamasi.

Berikut adalah beberapa produk cell detection kit yang dapat kami supply dari brand elabscience dan solarbio

Referensi:

https://www.genome.gov/genetics-glossary/apoptosis

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557627/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352345X14000095