Langkah-Langkah Perkembangan Geografi Seluler Otak Diungkapkan oleh Studi Baru – Majalah Time.com

  • Bagikan
banner 468x60


Dua studi baru tentang otak manusia yang sedang berkembang membantu para peneliti mendamaikan perdebatan lama tentang bagaimana otak terbentuk. Penelitian ini muncul di edisi khusus dari Alam menyoroti studi yang berkontribusi pada sensus sel, atau “daftar bagian,” otak.

Makalah UC San Francisco menjelaskan bagaimana korteks serebral yang berkembang – lapisan terluar otak, yang terkait dengan pemrosesan tingkat tinggi – mengembangkan peta karakteristiknya, yang umum di seluruh manusia dan penting untuk fungsi kita.

Pekerjaan ini juga memvalidasi pendekatan baru untuk memprediksi jenis sel apa yang mungkin menjadi neuron manusia purba dan menyediakan kumpulan data yang luas bagi para peneliti yang bekerja untuk mengklarifikasi hubungan antara perkembangan otak dan penyakit kejiwaan dan neurologis.

“Memahami bagaimana otak manusia berkembang – bagaimana sel menjadi matang dan terhubung di seluruh wilayah – tetap menjadi masalah besar,” kata Arnold Kriegstein, MD, PhD, seorang profesor Neurologi dan anggota dari Institut Ilmu Saraf UCSF Weill dan mantan direktur untuk Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research. “Hari ini ada upaya global untuk menggunakan teknologi baru untuk memahami perkembangan otak pada tingkat molekuler dan seluler dengan cara yang tidak pernah mungkin dilakukan sebelumnya.”

Jenis Peta Khusus

Topografi otak yang rumit membedakannya dari organ lain dalam tubuh. Di ginjal atau hati, mengeluarkan sepotong kemungkinan akan memiliki efek yang sama apakah itu dari bagian atas atau bawah organ. Tetapi di otak, kerusakan dapat memiliki konsekuensi yang sangat berbeda tergantung pada lokasinya. Kerusakan otak di bagian belakang tengkorak kemungkinan akan memengaruhi penglihatan, misalnya, sedangkan kerusakan di bagian samping dapat menyebabkan masalah saat bergerak atau merasakan sentuhan. Sementara ahli saraf mengetahui peta ini dan kepentingannya dengan baik, mereka telah lama memperdebatkan bagaimana peta itu bisa terjadi.

Selama bertahun-tahun para peneliti bertanya-tanya apakah jaringan awal otak mungkin menyimpan peta yang telah ditentukan sebelumnya yang hanya ditransfer ke korteks saat berkembang – sebuah ide yang dijuluki hipotesis protomap. Yang lain menyukai hipotesis protocortex yang bersaing, yang mengandaikan bahwa semua neuron awal memiliki potensi untuk menjadi bagian otak mana pun dan bahwa interaksi berkelanjutan mereka satu sama lain yang membantu setiap neuron mengetahui tujuan akhirnya dalam peta otak yang sedang berkembang.

“Temuan baru kami mengatakan itu sedikit dari keduanya,” kata Kriegstein.

Menerapkan metodologi mutakhir, Kriegstein dan timnya menganalisis profil ekspresi genetik dari ratusan ribu sel otak yang sedang berkembang. Mereka menemukan bahwa sel-sel di korteks prefrontal, area di depan otak yang terkait dengan kognisi, dan V1, wilayah belakang otak yang penting untuk penglihatan, mengekspresikan gen yang terkait dengan wilayah masing-masing pada tahap yang sangat awal. Mengembangkan sel di antara dua kutub otak, bagaimanapun, membutuhkan waktu lebih lama untuk mulai menunjukkan pola ekspresi gen yang mengarahkan mereka ke lokasi tertentu.

“Apa yang kita lihat adalah bahwa pada awalnya hanya ada dua area dasar korteks serebral yang berbeda dengan jelas – bagian depan dan belakang,” kata Kriegstein. “Tetapi kemudian, area di antaranya mulai terbagi lagi, mungkin karena interaksi yang berkelanjutan memengaruhi identitas seluler di area tersebut.”

Dengan kata lain, organisasi korteks serebral yang terbentang tampaknya dimulai dengan protomap yang telah ditentukan sebelumnya yang menetapkan kutub-kutub otak, tetapi dengan cepat beralih ke model protocortex karena sel-sel di tengah membantu mengarahkan identitas masing-masing.

Memprediksi Identitas Sebelumnya

Dalam studi paralel, peneliti UCSF mengambil langkah tambahan untuk memahami perkembangan otak secara lebih rinci dengan menetapkan metode baru untuk memprediksi nasib akhir sel saraf awal. Alih-alih mengidentifikasi sel individu dengan melihat ekspresi gen dalam bentuk transkrip mRNA – perintah kerja molekuler yang memberi tahu mesin seluler protein mana yang akan dibangun – para peneliti bertanya-tanya apakah identitas sel dapat ditentukan dengan melihat struktur materi genetik itu sendiri. Dengan mengalihkan pandangan mereka pada kromatin – kekacauan untaian DNA dan protein yang dikemas secara unik di setiap sel, mereka menemukan bahwa nasib garis keturunan sel dapat diprediksi bahkan sebelum tahap ketika itu bisa disebut neuron. Itu berarti keadaan kromatin dapat mengungkapkan informasi penting tentang sel yang sedang berkembang yang tidak dapat ditangkap hanya dalam ekspresi gen.

Itu mungkin karena mRNA berumur pendek di dalam sel, kata para peneliti, karena berfungsi untuk hanya menyampaikan instruksi dari satu bagian sel ke bagian lain. Tetapi struktur yang diciptakan oleh bagaimana DNA melilit berbagai protein – “keadaan kromatin” sel – lebih stabil dan secara langsung menentukan instruksi mana yang dikirim. Potongan DNA yang terbungkus rapat di sekitar protein memiliki gen yang tersimpan – tertutup untuk bisnis, bisa dikatakan – sementara gen yang menyembul dari protein terbuka. Jadi, masuk akal bahwa memeriksa keadaan kromatin dapat memberi tahu peneliti banyak hal tentang apa yang terjadi di dalam sel.

Sumber Daya untuk Semua

Namun, karya Kriegstein dan rekan-rekannya jauh melampaui pertanyaan yang diajukan dalam studi mereka saat ini. Dalam memetakan ekspresi gen dan status kromatin di seluruh otak yang sedang berkembang, tim telah membuat database unik – tersedia secara gratis di sini – di mana para ilmuwan dapat meneliti perilaku gen yang sudah mereka ketahui terkait dengan penyakit. Para ilmuwan mengetahui bahwa kondisi dari Parkinson, skizofrenia, hingga gangguan perkembangan saraf tampaknya melibatkan jenis sel yang sangat spesifik atau titik waktu yang sangat spesifik selama kehidupan otak. Tetapi para ilmuwan hanya tahu sedikit tentang bagaimana atau kapan sel-sel saraf mengalami masalah dan apakah ada yang bisa dilakukan untuk melindunginya.

“Lokasi dan identitas sel sangat berkaitan dengan apakah mereka rentan terhadap penyakit tertentu,” kata Kriegstein. “Dataset kami sangat kaya akan ekspresi gen yang telah diidentifikasi orang lain sebagai terkait dengan berbagai penyakit. Itu bisa memberi kita gambaran tentang di mana dan kapan beberapa penyakit ini mulai muncul.”

Sumber: UCSF





Source link

  • Bagikan