KAJIAN IMUNOHISTOKIMIA PERKEMBANGAN NEURON KATEKOLAMINERGIK PADA AREA POSTREMA MONYET EKOR PANJANG (Macaca fascicularis) TRI WAHYU PANGESTININGSIH

Transkripsi

1 KAJIAN IMUNOHISTOKIMIA PERKEMBANGAN NEURON KATEKOLAMINERGIK PADA AREA POSTREMA MONYET EKOR PANJANG (Macaca fascicularis) TRI WAHYU PANGESTININGSIH SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006

2 PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Kajian Imunohistokimia Perkembangan Neuron Katekolaminergik pada Area Postrema Monyet Ekor Panjang (Macaca fascicularis) ini adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini. Bogor, Februari 2006 Tri Wahyu Pangestiningsih NRP: P

3 KAJIAN IMUNOHISTOKIMIA PERKEMBANGAN NEURON KATEKOLAMINERGIK PADA AREA POSTREMA MONYET EKOR PANJANG (Macaca fascicularis) TRI WAHYU PANGESTININGSIH Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Primatologi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006

4 Judul Disertasi : Kajian Imunohistokimia Perkembangan Neuron Katekolaminergik pada Area Postrema Monyet Ekor Panjang (Macaca fascicularis) Nama : Tri Wahyu Pangestiningsih NRP : P Program Studi : Primatologi Disetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. drh. Koeswinarning Sigit, MS. Ketua Prof. drh. Dondin Sajuthi, MST., Ph.D. Anggota Dr.drh. Nurhidayat, MS. Anggota Prof. Douglas McHose Bowden, MD. Anggota Diketahui Ketua Program Studi Primatologi Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc. Tanggal Ujian: 14 Februari 2006 Tanggal Lulus

5 KAJIAN IMUNOHISTOKIMIA PERKEMBANGAN NEURON KATEKOLAMINERGIK PADA AREA POSTREMA MONYET EKOR PANJANG (Macaca fascicularis) Tri Wahyu Pangestiningsih 1,3), Koeswinarning Sigit 2), Dondin Sajuthi 2,3), Nurhidayat 2), Douglas McHose Bowden 4) ABSTRAK Telah dilakukan penelitian secara imunohistokimia tentang perkembangan neuron katekolaminergik (KA) pada area postrema (AP) monyet ekor panjang /MEP (Macaca fascicularis), mulai umur kebuntingan 40 hari (F 40) sampai anak umur 105 hari (P 105) menggunakan pelabelan tunggal tirosin hidroksilase (TH), dan pada F 55, F 70, F 145 dengan pelabelan ganda TH dan dopamin ß- hidroksilase (DBH). Hasil pengamatan menunjukkan bahwa neuron KA dalam bentuk kelompok imunoreaktif TH (ir-th) dapat diamati mulai F 55 pada daerah yang sejajar dengan bagian kaudal medula oblongata, dan pada umur tersebut neuron KA bermigrasi ke ventrolateral menjadi bakal Grup A2 dan A1. Neuron ir-th pada AP fetus terletak di dekat lapisan ependimal serta di bagian internal, berbentuk bulat dengan prosesus sitoplasma kecil pada F 55, kemudian berkembang menjadi neuron bipolar dengan prosesus sitoplasma yang pendek pada F 100, dan berkembang lebih lanjut menjadi neuron bipolar dengan prosesus sitoplasma yang panjang pada P 105. Sejumlah kecil badan sel yang imunoreaktif-dbh (ir-dbh) ditemukan pada F 55, dan jumlahnya semakin bertambah pada F 70 dan F 145. Jalur katekolamin pada medula oblongata pertama kali ditemukan pada F 120, yang menghubungkan antara neuron KA di Grup A2 dengan A1, dari dorsomedial medula oblongata menuju area ventrolateral. Keberadaan jalur katekolaminergik ini menandakan bahwa neuron KA dalam medula oblongata telah berdiferensiasi membentuk jalur akson yang saling tersambung satu dengan yang lain, dan merupakan tanda bahwa sistem katekolaminergik sudah berada dalam tahap siap berfungsi. Penelitian juga menemukan bahwa neuron KA di AP pada MEP dipertahankan keberadaannya sampai postnatal, yang pada spesies mamalia lain belum diketahui karena belum ada informasinya. Ditemukan juga bahwa pada periode fetus, neuron KA di AP pada MEP didominasi oleh neuron dopaminergik dengan sedikit neuron noradrenergik. Dapat disimpulkan bahwa neuron KA di AP pada MEP merupakan sel bakalan yang membentuk sel-sel Grup A2 dan A1. Kata kunci: monyet ekor panjang, area postrema, tirosin hidroksilase, dopamin ß-hidroksilase, neuron katekolaminergik, neuron dopaminergik, neuron noradrenergik, perkembangan fetus, sel bakalan. 1) Bagian dari disertasi penulis pertama, Program Studi Primatologi, Sekolah Pascasarjana-IPB; Fak. Kedokteran Hewan UGM, Tel: , wahyuwijayanto@yahoo.com 2) Program Studi Primatologi, Sekolah Pascasarjana-IPB, Tel: ; Fak. Kedokteran Hewan IPB, Kampus IPB Darmaga, Bogor, Tel: ) Pusat Studi Satwa Primata, LPPM-IPB, Jl. Lodaya II/5 Bogor, 16151, Tel: ) National Primate Research Center, University of Washington,1705 NE Pacific St. Seattle, Washington

6 DEVELOPMENT OF CATECHOLAMINERGIC NEURONS IN THE AREA POSTREMA OF THE LONG-TAILED MACAQUE (Macaca fascicularis): AN IMMUNOHISTOCHEMICAL STUDY Tri Wahyu Pangestiningsih 1,3), Koeswinarning Sigit 2), Dondin Sajuthi 2,3), Nurhidayat 2), Douglas McHose Bowden 4) ABSTRACT The development of catecholaminergic (CA) neurons in the area postrema (AP) of the long-tailed macaque from fetal day (F) 40 to postnatal day (P) 105 was studied immunohistochemically. Single label for tyrosine hydroxylase (TH) was applied for F40 up to P105, while double labeling for TH and dopamine ß-hydroxylase (DBH) was used for specimens F 55, F 70 and F 145. (Average duration of pregnancy is about 165 days.). CA neurons first appeared at F 55 as a cluster of TH immunoreactive (TH-ir) neurons predominantly in the anlage of AP in the posterolateral wall of the fourth ventricle. Labeled neurons, round with very short cytoplasmic processes were distributed most densely just deep to the ependymal layer with scattered cells further from the ventricular surface. At F 55 a very small number of THir cells was seen in dorsomedial and ventrolateral areas corresponding to the subsequent location of CA groups A1 and A2 in the caudal medulla. At F 100 TH-ir cells were more bipolar in shape with short cytoplasmic processes that were longer in the P 105 specimen. Double labeling revealed that most of the CA cells in AP were immunoreactive for TH. A very few were reactive for DBH at F 55, and a few more at F 70 and F 145. The first evidence of CA pathway development appeared in the F 120 specimen. TH labeled fibers were seen in coronal section between labeled cells in A1, A2 and AP. From these results we propose that in the long-tailed macaque: 1) the area postrema is the source of stem cells for CA neurons that migrate to areas A1 and A2; 2) by the end of the fetal period and during early infancy A1 and A2 are already predominantly noradrenergic, whereas cells in area postrema remain largely dopaminergic. Keywords: long-tailed macaque, area postrema, tyrosine hydroxylase, dopamine ß-hydroxylase, catecholaminergic neurons, dopaminergic neurons, noradrenergic neurons, fetal development, stem cells. 1) 2) 3) 4) Part of the dissertation of the first author. Program Studi Primatologi, Sekolah Pascasarjana-IPB; Fak. Kedokteran Hewan UGM, Tel: , wahyuwijayanto@yahoo.com Program Studi Primatologi, Sekolah Pascasarjana-IPB Tel: ; Fak. Kedokteran Hewan IPB, Kampus IPB Darmaga, Bogor, Tel: Pusat Studi Satwa Primata, LPPM-IPB, Jl. Lodaya II/5 Bogor, 16151, Tel: National Primate Research Center, University of Washington, 1705 NE Pacific St. Seattle, Washington

7 PRAKATA Syukur ke hadlirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkah dan hidayah-nya, sehingga disertasi yang membahas mengenai perkembangan sel syaraf (neuron) dengan judul Kajian Imunohistokimia Perkembangan Neuron Katekolaminergik pada Area Postrema Monyet Ekor Panjang (Macaca fascicularis) ini dapat diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan selama tiga tahun, sejak Agustus 2002 sampai dengan September 2005 di Pusat Studi Satwa Primata-LPPM, IPB dan University of Washington, Seattle, Amerika Serikat, yang merupakan projek kerjasama penelitian antara ke-dua institusi tersebut di atas. Pada kesempatan ini penghargaan dan terima kasih setinggi-tingginya Penulis ucapkan kepada: Prof. Dr. drh. Koeswinarning Sigit, MS., Prof. drh. Dondin Sajuthi, MST., Ph.D., Dr. drh. Nurhidayat, MS., dan Prof. Douglas M Bowden, MD. selaku Dewan Komisi Pembimbing atas segala waktu, nasehat, kesabaran, ketelitian, dan pengorbanan yang dicurahkan selama pembimbingan hingga selesainya penulisan disertasi ini. Ucapan terima kasih juga Penulis sampaikan kepada Rektor dan Dekan Fakultas Kedokteran Hewan, Universitas Gadjah Mada yang telah memberikan ijin tugas belajar, serta Dekan Sekolah Pascasarjana IPB atas kesempatan belajar yang diberikan. Tak lupa ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Dr. Ir. Sri Supraptini Mansjoer selaku Ketua Program Studi Primatologi, Sekolah Pascasarjana IPB, Dr. drh. Joko Pamungkas, MSc., selaku Kepala Pusat Studi Satwa Primata LPPM-IPB, drh. I Nengah Budiarsa selaku Direktur Wanara Satwa Loka atas fasilitas serta bantuan yang diberikan. Kepada Dr. Anita Hendrickson dari National Primate Research Center-University of Washington, Seattle, Amerika Serikat atas fasilitas, bantuan dan bimbingan pada pewarnaan label ganda, serta masukan-masukannya melalui komunikasi pribadi selama penulisan disertasi. Kepada Dr. David Pow dari Queensland University atas bantuan revealit antigen yang diberikan.

8 Terima kasih juga Penulis sampaikan kepada BPPS-DIKTI dan APPERI sebagai Lembaga Pemberi Beasiswa selama Penulis menjalankan tugas belajar. Penghargaan dan terima kasih juga disampaikan kepada Dr. Nastiti Kusumorini, Prof. drh. Soesanto Mangkoewidjojo, MSc., PhD., dan Dr. drh. Arief Boediono selaku penguji luar komisi dalam ujian tertutup dan terbuka atas segala saran dan masukannya untuk penyempurnaan disertasi ini. Penulis juga menyampaikan rasa terima kasih yang tak terhingga kepada Dr. drh. Diah Iskandriati, Dr. drh. Erni Sulistiawati, Dr. Drh. Chairun Nisa MS, drh. Diah Pawitri, dr. Irma A Suparto MS, Ir. Entang Iskandar MSi, Ir. Itasia A Lelana, Dr. Mark Dubah, Andra Erickson, Erik McArthur, Hidayat Djajadi, Rahayu Sulistina, Artati Sri Redjeki SH, Ir. Linda, para staf di Laboratorium Patologi dan Lipida serta di Laboratorium Mikrobiologi dan Imunologi PSSP LPPM-IPB, Bagian Anatomi FKH IPB dan UGM, dan semua rekan di PSSP LPPM-IPB dan PRM yang telah membantu selama Penulis menjalani studi. Segala ujian dan tantangan selama tugas belajar tak akan dapat Penulis lalui tanpa dorongan dari seluruh keluarga. Untuk itu, Penulis sangat berterima kasih kepada suami tercinta Mas Hery, serta anak-anakku Dian, Andi, Dhanik atas kesabaran, pengertian, dan pengorbanan yang diberikan selama Penulis menjalani studi. Kepada ayahnda Ignatius Jahoedi Priohamidjojo, Mas Tiwid, Mbak Ninuk, Heni, dan Dhini beserta keluarga serta keluarga besar Supadi terima kasih atas bantuan, dorongan semangat, dan doa yang tiada henti. Akhir kata, semoga Allah Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan rahmat dan hidayah kepada Penulis untuk mengamalkan ilmu yang diperoleh demi kemajuan bangsa dan negara, serta dapat dimanfaatkan bagi peningkatan kesejahteraan manusia. Bogor, Februari 2006 Penulis Tri Wahyu Pangestiningsih NRP: P

9 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Pacitan, Jawa Timur pada tanggal 6 November 1962, sebagai anak ketiga dari Ayah Ignatius Jahoedi Priohamidjojo dan Ibu Maria Elizabeth Soepartijani (Almh). Pendidikan dasar sampai menengah pertama Penulis selesaikan di Pacitan tahun 1978, sedang pendidikan menengah atas di SMA Negeri I Madiun lulus tahun Pada tahun yang sama Penulis diterima sebagai mahasiswa di Fakultas Kedokteran Hewan UGM hingga mendapatkan gelar Dokter Hewan pada tahun 1987, dan diterima menjadi staf edukatif pada fakultas yang sama pada tahun Gelar Magister Ilmu-Ilmu Pertanian (MP) Penulis peroleh dari Program Studi Sain Veteriner, Program Pascasarjana UGM tahun Untuk mengembangkan diri dalam IImu Anatomi Veteriner khususnya, hingga kini Penulis menjadi anggota Perhimpunan Dokter Hewan Indonesia sejak tahun 1987 dan Perhimpunan Ahli Anatomi Indonesia sejak tahun Untuk memperkuat pemahaman tentang neuroscience, Penulis berkesempatan menjadi peneliti tamu pada Biostructure Technology Laboratory, National Primate Research Center, University of Washington, Amerika Serikat pada bulan Januari-Juni 2002 dan Juni-Agustus Pada kesempatan pertama sebagai peneliti tamu di Institusi di atas, Penulis berhasil menyelesaikan penambahan istilah neuroanatomi dalam Bahasa Indonesia pada website neuro science dengan alamat situs melengkapi istilah dalam bahasa Inggris, Rusia, Spanyol, Italia, dan Belanda yang sudah ada sebelumnya. Penulis menikah dengan Dr. drh. Hery Wijayanto, MP. dan dikaruniai tiga orang putra-putri, Dian Meididewi Nuraini, Jazmi Anditya Wicaksono, dan Sabrina Wahyu Wardhani.

10 DAFTAR ISI Hal DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR SINGKATAN... PENDAHULUAN... Latar belakang... Tujuan penelitian... Manfaat penelitian... TINJAUAN PUSTAKA... Biologi Macaca fascicularis... Anatomi dan fungsi otak... Perkembangan otak... Neurotransmiter... Katekolamin Identifikasi katekolamin... Neuron katekolaminergik... Area postrema... MATERI DAN METODE... Tempat dan waktu penelitian... Materi penelitian... Metode... Pengambilan fetus... Perfusi jaringan otak... Proses blok parafin dan sayatan preparat untuk pewarnaan imunohistokimia label tunggal... Pewarnaan cresyl eacht violet dan HE... Pewarnaan imunohistokimia secara label tunggal... Pewarnaan imunohistokimia secara label ganda... Pengamatan hasil penelitian... Interpretasi hasil pewarnaan imunohistokimia... Analisis hasil... HASIL DAN PEMBAHASAN... Hasil... Anatomi area postrema... Perkembangan morfologi neuron KA di AP... Migrasi neuron KA di AP dan distribusinya... Diferensiasi neuron KA di AP menjadi neuron dopaminergik atau noradrenergik... x xii xiv

11 Terbentuknya jalur akson katekolamin di medulla oblongata... Intensitas pewarnaan neuron KA di AP... Pembuluh darah pada AP... Pembahasan... Anatomi area postrema... Perkembangan morfologi neuron KA di AP... Migrasi neuron KA pada medula oblongata dan distribusinya... Diferensiasi neuron KA di AP menjadi neuron DA atau NA... Terbentuknya jalur akson katekolamin di medula oblongata... Intensitas pewarnaan neuron KA di AP... Pembuluh darah pada AP... KESIMPULAN DAN SARAN... Kesimpulan... Saran... DAFTAR PUSTAKA

12 Gambar 1. Gambar 2. Gambar 3. Gambar 4. Gambar 5. Gambar 6. Gambar 7. Gambar 8. Gambar 9. Gambar 10. Gambar 11. Gambar 12. Gambar 13. Gambar 14. Gambar 15. DAFTAR GAMBAR Potongan di bidang median otak manusia... Perkembangan sistem syaraf manusia pada bulan pertama kebuntingan... Skema perkembangan neuron dan neuroglia di buluh neural dan krista neural... Skema perkembangan otak... Klasifikasi neurotransmiter... Sintesis berbagai jenis katekolamin yang ditemukan pada jaringan syaraf serta enzim yang terlibat dalam seri perubahannya... Metabolisme katekolamin oleh enzim catechol-ométhyltransferase (COMT) dan mono-aminoxidase (MAO).. Potongan batang otak pada bidang frontal (kiri) dan bidang sagital (kanan) pada monyet Rhesus... Potongan koronal AP tikus dengan pewarnaan imunositokimia terhadap TH... Skema tahap-tahap penelitian mulai dari seleksi induk, preparasi sampel sampai ke pewarnaan imunohistokimia... Sayatan koronal medula oblongata pada P 105 dengan perwarnaan imunohistokimia terhadap TH... Gambaran mikroskopis area postrema pada P 10 dengan pewarnaan HE... Sayatan koronal bakal medula oblongata pada F 40 dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH... Sayatan koronal daerah bakal AP di medula oblongata pada F 55 dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH... Perkembangan bentuk neuron katekolaminergik di AP mulai F 40 sampai P Hal

13 Gambar 16. Gambaran skematis perkembangan bentuk neuron KA di AP mulai F 40 sampai P Gambar 17. Gambar 18. Gambar 19. Gambar 20. Gambar 21. Gambar 22. Gambar 23. Gambar 24. Sayatan koronal daerah medula oblongata pada F 55 dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH... Sayatan koronal daerah medula oblongata pada F 70 dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH... Sayatan sagital AP pada F 55 dengan pewarnaan imunofloresen label ganda terhadap TH dan DBH... Sayatan sagital AP pada F 70 dengan pewarnaan imunofloresen label ganda terhadap TH dan DBH... Sayatan sagital AP pad F 145 dengan pewarnaan imunofloresen label ganda terhadap TH dan DBH... Jalur akson katekolamin ventral ascenden catecholamine pathway (acp v ) di medula oblongata pada F 120 dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH... Sayatan koronal area postrema pada F 100 dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH... Sayatan koronal area postrema dengan pewarnaan imunohistokimia terhadap TH pada P

14 DAFTAR SINGKATAN A AADC acp v AP COMT CTZ CVO DA DAB DBH DVC FITC ir-dbh ir-th KA MAO MEP MN NA NGF NHS NMN PB PBS PNMT SIDS TH VMA adrenergik aromatic amino acid DOPA decarboxylase ventral ascending catecholamine pathway area postrema catechol O-methyl transferase chemoreceptor trigger zone circumventricular organ dopaminergik 3,3-diamino benzidine tetrahydrochloride dopamine ß-hydroxylase dorsal vagal complex fluorocein-iso-thiocyanate imunoreaktif DBH imunoreaktif TH katekolaminergik monoamine oxidase monyet ekor panjang metanephrine noradrenergik neuronal growth factors normal horse serum normetanephrine phosphate buffered phosphate buffered saline phenylethanolamine N-methyl transferase sudden infant death syndrome tyrosine hydroxylase vanilmandelic acid