'Peta MUSIK' menunjukkan bahwa beberapa sel otak menua lebih cepat

Insinyur di University of California, San Diego, telah menemukan bahwa beberapa sel otak menua lebih cepat daripada yang lain, dan sel-sel tersebut jumlahnya sangat banyak pada orang-orang dengan penyakit Alzheimer. Para peneliti juga mengamati perbedaan dalam proses penuaan sel-sel otak tertentu tergantung pada jenis kelamin: Korteks serebral wanita memiliki proporsi oligodendrosit "tua" yang lebih tinggi dibandingkan dengan neuron "tua" dibandingkan dengan korteks pria.

Penemuan ini dimungkinkan oleh teknik baru yang disebut MUSIC (pemetaan interaksi asam nukleat dalam sel tunggal), yang memungkinkan peneliti untuk mengintip ke dalam sel-sel otak individu dan memetakan interaksi antara kromatin — bentuk DNA yang melingkar rapat — dan RNA. Teknik ini memungkinkan untuk memvisualisasikan interaksi ini pada tingkat sel-sel individu dan mempelajari bagaimana interaksi tersebut memengaruhi ekspresi gen.

"MUSIK adalah alat yang hebat yang memungkinkan kita memperoleh wawasan lebih dalam tentang aspek kompleks penyakit Alzheimer," kata penulis studi senior Sheng Zhong, seorang profesor di Departemen Bioteknologi Shu Chien-Gen Lai di Sekolah Teknik Jacobs di Universitas California, San Diego.

"Teknologi ini berpotensi mengungkap mekanisme molekuler baru yang mendasari patologi penyakit Alzheimer, yang dapat membuka jalan bagi intervensi terapeutik yang lebih terarah dan hasil yang lebih baik bagi pasien."

Otak manusia mengandung jaringan sel yang kompleks yang berkomunikasi dan berinteraksi dengan cara yang kompleks. Di dalam setiap sel ini, komponen genetik, termasuk kromatin dan RNA, berinteraksi secara dinamis untuk menentukan fungsi seluler yang penting. Seiring pertumbuhan dan penuaan sel otak, interaksi antara kromatin dan RNA ini berubah. Kompleks ini dapat sangat bervariasi dari satu sel ke sel lainnya, terutama pada sel dewasa. Namun, mengungkap seluk-beluk interaksi ini tetap menjadi tantangan.

Teknik yang disebut MUSIC hadir untuk menyelamatkan, yang menyediakan jendela ke dalam kerja internal sel-sel otak individu. Dengan menggunakan MUSIC, tim Zhong menganalisis sampel otak postmortem, khususnya jaringan korteks frontal manusia, dari 14 donor berusia 59 tahun ke atas, beberapa dengan penyakit Alzheimer dan beberapa lainnya tanpa penyakit.

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-sel individual, kami menemukan bahwa beberapa sel otak lebih tua daripada yang lain," kata Zhong. Ia menjelaskan bahwa penderita Alzheimer memiliki jumlah sel otak tua yang lebih banyak daripada orang sehat.

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

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

Studi ini juga menemukan perbedaan jenis kelamin dalam cara sel-sel otak menua. Di korteks serebral wanita, para peneliti menemukan rasio oligodendrosit tua yang lebih tinggi dibandingkan neuron tua. Oligodendrosit adalah jenis 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 pikun yang tidak proporsional di korteks serebral wanita dapat mengungkap risiko baru terhadap gangguan neurodegeneratif dan kejiwaan yang diamati pada wanita," kata Wen.

Langkah selanjutnya bagi para peneliti adalah mengoptimalkan MUSIC lebih lanjut sehingga 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 sebuah artikel yang diterbitkan di jurnal Nature.