'Peta MUSIK' menunjukkan beberapa sel otak menua lebih cepat

Para insinyur di Universitas California, San Diego telah menemukan bahwa beberapa sel otak menua lebih cepat dibandingkan sel lainnya, dan jumlahnya sangat banyak pada penderita penyakit Alzheimer. Selain itu, para peneliti mengamati perbedaan dalam proses penuaan sel-sel otak tertentu tergantung pada jenis kelamin: di korteks serebral wanita terdapat proporsi oligodendrosit "tua" yang lebih tinggi dibandingkan dengan neuron "tua" dibandingkan dengan korteks pada pria. hal>

Penemuan ini dimungkinkan oleh teknik baru yang disebut MUSIC (pemetaan interaksi asam nukleat dalam sel tunggal), yang memungkinkan peneliti melihat ke dalam sel otak individu dan memetakan interaksi antara kromatin - bentuk DNA yang terlipat rapat - dan RNA. Teknik ini memungkinkan kita memvisualisasikan interaksi ini pada tingkat sel tunggal dan mempelajari pengaruhnya terhadap ekspresi gen.

“MUSIK adalah alat yang ampuh yang memungkinkan kita mempelajari lebih dalam aspek kompleks dari penyakit Alzheimer,” kata penulis senior studi, Sheng Zhong, Profesor Bioteknologi Shu Chien. Gena Lai di Jacobs School of Engineering di University of California, San Diego.

“Teknologi ini berpotensi mengungkap mekanisme molekuler baru yang mendasari patologi penyakit Alzheimer, yang dapat membuka jalan bagi intervensi terapeutik yang lebih bertarget dan meningkatkan hasil pasien.”

Otak manusia memiliki jaringan sel kompleks yang berkomunikasi dan berinteraksi dengan cara yang kompleks. Di setiap sel ini, terdapat interaksi dinamis komponen genetik, termasuk kromatin dan RNA, yang menentukan fungsi penting seluler. Seiring pertumbuhan dan bertambahnya usia sel-sel otak, interaksi antara kromatin dan RNA berubah. Dan di setiap sel, kompleks ini bisa sangat bervariasi, terutama pada sel dewasa. Namun, mengungkap seluk-beluk interaksi ini masih merupakan sebuah tantangan.

Teknik MUSIK telah menjadi penyelamat, memberikan kesempatan untuk melihat cara kerja sel-sel otak individu. Dengan menggunakan MUSIC, tim Zhong menganalisis sampel otak post-mortem, khususnya jaringan korteks frontal manusia, yang diperoleh dari 14 donor berusia 59 tahun atau lebih, beberapa menderita penyakit Alzheimer dan beberapa tidak.

Mereka menemukan bahwa berbagai jenis sel otak menunjukkan pola interaksi yang berbeda antara kromatin dan RNA. Menariknya, sel dengan interaksi kromatin pendek yang lebih sedikit cenderung menunjukkan tanda-tanda penuaan dan penyakit Alzheimer.

“Dengan menggunakan teknologi transformatif ini untuk menganalisis sel tunggal, kami menemukan bahwa beberapa sel otak lebih tua dibandingkan sel lainnya,” kata Zhong. Ia menjelaskan, penderita penyakit Alzheimer memiliki jumlah sel otak tua tersebut lebih banyak dibandingkan orang sehat.

Para peneliti yakin penemuan ini dapat membantu mengembangkan pengobatan baru untuk penyakit Alzheimer.

“Jika kita dapat mengidentifikasi gen yang tidak teratur dalam sel-sel tua ini dan memahami fungsinya dalam struktur kromatin lokal, kita juga dapat mengidentifikasi target terapi potensial baru,” kata penulis pertama studi Xingzhao Wen, seorang kandidat PhD di bidang bioinformatika di laboratorium Zhong.

Penelitian ini juga menemukan perbedaan jenis kelamin dalam penuaan sel otak. Di korteks serebral wanita, peneliti menemukan rasio oligodendrosit tua dan neuron tua yang lebih tinggi. Oligodendrosit adalah sejenis sel otak yang membentuk lapisan pelindung di sekitar neuron. Mengingat peran pentingnya dalam menjaga fungsi otak normal, peningkatan jumlah oligodendrosit tua dapat memperburuk penurunan kognitif.

“Kehadiran oligodendrosit tua yang tidak proporsional di korteks serebral wanita dapat memberikan petunjuk baru tentang peningkatan risiko gangguan neurodegeneratif dan kejiwaan yang diamati pada wanita,” kata Wen.

Selanjutnya, para peneliti akan bekerja untuk lebih mengoptimalkan MUSIC agar dapat digunakan untuk mengidentifikasi faktor-faktor—seperti gen pengatur dan sirkuit genetik—yang bertanggung jawab atas percepatan penuaan pada sel-sel otak tertentu.

“Kami kemudian akan mengembangkan strategi untuk menekan aktivitas gen atau sirkuit ini, dengan harapan dapat memperlambat penuaan otak,” kata Zhong.

Hasil penelitian ini dijelaskan secara rinci dalam artikel yang diterbitkan di majalah Alam.