Ilmuwan menemukan protein kunci yang bertanggung jawab atas asimetri otak

Mekanisme genetik yang mendasari perbedaan unik kiri-kanan di otak kini lebih dipahami berkat penelitian baru, yang membuka jalan bagi pemahaman yang lebih baik tentang gangguan manusia yang terkait dengan asimetri otak abnormal.

Protein yang disebut Cachd1 berperan penting dalam pembentukan struktur dan fungsi saraf yang berbeda di setiap sisi otak, demikian temuan para peneliti dari UCL, Wellcome Sanger Institute, University of Oxford, dan rekan penulis lainnya. Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Science.

Dengan melakukan percobaan genetik pada ikan zebra, para peneliti menemukan bahwa ketika Cachd1 bermutasi, sisi kanan otak kehilangan perkembangan asimetris normalnya dan menjadi bayangan cermin dari sisi kiri. Gangguan ini menyebabkan konektivitas saraf abnormal, yang memengaruhi fungsi otak.

Penemuan ini mengungkap mekanisme genetik yang mendasari asimetri otak, sebuah fenomena yang diamati pada banyak spesies hewan, termasuk manusia. Memahami proses ini dapat menghasilkan pemahaman yang lebih baik tentang gangguan manusia yang menyebabkan asimetri otak terganggu, seperti skizofrenia, penyakit Alzheimer, dan gangguan spektrum autisme.

Meskipun anatominya mirip, belahan kiri dan kanan otak manusia memiliki perbedaan fungsional yang memengaruhi koneksi saraf dan proses kognitif seperti bahasa. Bagaimana perbedaan kiri-kanan dalam sirkuit saraf ini muncul masih belum dipahami dengan baik.

Dengan menggunakan ikan zebra—organisme model terkenal untuk mempelajari perkembangan otak karena embrio mereka yang transparan—para peneliti berupaya mempelajari bagaimana Cachd1 dapat memengaruhi asimetri otak.

Tim menemukan bahwa ketika Cachd1 bermutasi, suatu wilayah otak yang disebut habenula kehilangan pembedaan kiri-kanan yang normal. Neuron di sisi kanan menjadi serupa dengan neuron di sisi kiri, yang mengganggu koneksi saraf di habenula dan berpotensi memengaruhi fungsinya.

Knockdown cachd1 menggunakan morpholino menghasilkan simetri bilateral. (AB) Pandangan dorsal pada 4 hari pasca-fertilisasi pada larva tipe liar yang tidak disuntik dan larva yang disuntik morpholino cachd1 setelah hibridisasi in situ seluruh tubuh menggunakan riboprobe antisense terhadap penanda habenula dorsal asimetris kctd12.1. (C) RT-PCR semi-kuantitatif dari transkrip cachd1. Sumber: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Percobaan pengikatan protein menunjukkan bahwa Cachd1 mengikat dua reseptor yang memungkinkan sel berkomunikasi melalui jalur pensinyalan Wnt, salah satu jalur komunikasi seluler yang paling intensif dipelajari, yang memainkan peran penting dalam perkembangan awal, pembentukan sel induk, dan banyak penyakit.

Lebih jauh, efek Cachd1 tampaknya khusus untuk sisi kanan otak, yang menunjukkan bahwa ada faktor penghambat yang tidak diketahui yang membatasi aktivitasnya di sisi kiri. Meskipun rincian lengkapnya belum jelas, data tersebut sangat menunjukkan bahwa Cachd1 memainkan peran kunci dalam menetapkan perbedaan antara sisi kiri dan kanan otak yang sedang berkembang dengan mengatur komunikasi seluler khususnya di sisi kanan.

Penelitian masa depan akan meneliti apakah Cachd1 memiliki fungsi penting lainnya yang terkait dengan jalur Wnt.

"Ini adalah proyek yang sangat kolaboratif yang mendapat banyak manfaat dari pendekatan interdisipliner – genetika, biokimia, dan biologi struktural bersatu untuk lebih memahami pembentukan asimetri kiri-kanan di otak, serta mengidentifikasi komponen baru dari jalur pensinyalan penting dengan berbagai peran dalam kesehatan dan penyakit," kata Dr. Gareth Powell, salah satu penulis penelitian tersebut, mantan mahasiswa PhD Wellcome Sanger Institute dan sekarang menjadi anggota Departemen Biologi Sel dan Perkembangan UCL.

"Saya gembira melihat publikasi studi yang sangat kolaboratif ini, yang mempertemukan banyak orang berbakat dengan minat dan keterampilan penelitian yang berbeda dari berbagai lembaga. Bersama-sama, tim ini memungkinkan kami membuat penemuan baru yang menarik tentang jalur pensinyalan Wnt dan perkembangan asimetri otak," kata Profesor Steve Wilson, penulis senior studi tersebut dan anggota Departemen Biologi Sel dan Perkembangan UCL.