Ilmuwan telah menemukan protein utama yang bertanggung jawab atas asimetri otak

Mekanisme genetik yang mendasari perbedaan unik otak kiri-kanan kini lebih dipahami melalui penelitian baru, sehingga membuka jalan bagi pemahaman yang lebih baik tentang kelainan manusia yang terkait dengan asimetri otak.

Protein yang disebut Cachd1 memainkan peran kunci dalam membangun struktur saraf dan fungsi yang berbeda di setiap sisi otak, demikian temuan para peneliti dari UCL, Wellcome Sanger Institute, Universitas Oxford, dan kolaborator lainnya. Studi ini dipublikasikan di Sains.

Dengan melakukan eksperimen genetik pada ikan zebra, para peneliti menemukan bahwa ketika mutasi Cachd1 terjadi, otak bagian kanan kehilangan perkembangan asimetris normalnya dan menjadi bayangan cermin dari otak bagian kiri. Gangguan ini menyebabkan koneksi saraf tidak normal sehingga mempengaruhi fungsi otak.

Penemuan ini menyoroti 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 kelainan manusia yang mengganggu asimetri otak, seperti skizofrenia, penyakit Alzheimer, dan gangguan spektrum autisme.

Meskipun memiliki anatomi cermin, 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 kurang dipahami.

Dengan menggunakan ikan zebra—organisme model terkenal untuk mempelajari perkembangan otak berkat embrio transparannya—para peneliti mulai mempelajari bagaimana Cachd1 dapat memengaruhi asimetri otak.

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

Penghancuran cachd1 menggunakan morfolino menghasilkan simetri bilateral. (A-B) Tampilan punggung pada 4 hari pascafertilisasi jenis liar yang tidak disuntik dan larva yang disuntikkan morfolino cachd1 setelah hibridisasi in situ seluruhnya menggunakan riboprobe antisense terhadap penanda habenula punggung asimetris kctd12.1. (C) RT-PCR semikuantitatif untuk transkrip cachd1. Sumber: Sains (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

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

Selain itu, pengaruh Cachd1 tampaknya spesifik pada sisi kanan otak, menunjukkan adanya faktor penghambat yang tidak diketahui yang membatasi aktivitasnya di sisi kiri. Meskipun rincian lengkapnya belum dapat dijelaskan, bukti kuat menunjukkan bahwa Cachd1 memainkan peran penting dalam membedakan sisi kiri dan kanan otak yang sedang berkembang dengan mengatur komunikasi seluler khususnya di sisi kanan.

Studi di masa depan akan memeriksa apakah Cachd1 memiliki fungsi penting lainnya yang terkait dengan jalur Wnt.

“Ini adalah proyek yang sangat kolaboratif dan mendapat manfaat besar dari pendekatan interdisipliner—genetika, biokimia, dan biologi struktural bersatu untuk lebih memahami pembentukan asimetri kiri-kanan di otak, serta mengidentifikasi komponen baru dari sebuah otak. Jalur sinyal penting dengan peran ganda dalam kesehatan dan penyakit,” kata Dr Gareth Powell, salah satu penulis studi ini, mantan mahasiswa doktoral di Wellcome Sanger Institute dan sekarang anggota Departemen Sel dan Biologi Perkembangan UCL.

“Saya senang melihat publikasi penelitian yang sangat kolaboratif ini, yang mempertemukan banyak orang berbakat dengan minat dan keterampilan ilmiah berbeda dari berbagai institusi. Bersama-sama, tim ini memungkinkan kami membuat penemuan baru yang menarik baik dalam jalur sinyal Wnt maupun perkembangan asimetri otak,” kata Profesor Steve Wilson, penulis senior studi dari Departemen Sel dan Biologi Perkembangan UCL.