Sel Induk Mutan Menentang Aturan Pengembangan

Rilis Gratis TAHAN 3 | eTurboNews | eTN
Avatar Linda Hohnholz
Ditulis oleh Linda Hohnholz

Menghapus satu gen dari sel-sel jantung yang sedang berkembang tiba-tiba membuat mereka berubah menjadi prekursor sel otak, membuat para peneliti Gladstone memikirkan kembali identitas seluler.

Bayangkan Anda sedang memanggang kue, tetapi Anda kehabisan garam. Bahkan dengan bahan yang hilang, adonan masih terlihat seperti adonan kue, jadi Anda memasukkannya ke dalam oven dan menyilangkan jari, berharap mendapatkan sesuatu yang cukup mirip dengan kue biasa. Sebaliknya, Anda kembali satu jam kemudian untuk menemukan steak yang sudah matang.

Kedengarannya seperti lelucon praktis, tetapi transformasi mengejutkan semacam ini adalah apa yang sebenarnya terjadi pada sepiring sel induk tikus ketika para ilmuwan di Gladstone Institutes menghapus hanya satu gen—sel induk yang ditakdirkan untuk menjadi sel jantung tiba-tiba menyerupai pendahulu sel otak. Pengamatan kebetulan para ilmuwan membalikkan apa yang mereka pikir mereka ketahui tentang bagaimana sel punca berubah menjadi sel dewasa dan mempertahankan identitas mereka saat mereka dewasa.

"Ini benar-benar menantang konsep dasar tentang bagaimana sel tetap berada di jalurnya begitu mereka memulai jalan mereka untuk menjadi sel jantung atau otak," kata Benoit Bruneau, PhD, direktur Gladstone Institute of Cardiovascular Disease dan penulis senior studi baru yang diterbitkan di Alam.

Tidak Memutar Balik

Sel punca embrionik bersifat pluripoten—mereka memiliki kemampuan untuk berdiferensiasi, atau berubah, menjadi setiap jenis sel dalam tubuh dewasa yang terbentuk sepenuhnya. Tetapi dibutuhkan banyak langkah bagi sel punca untuk memunculkan tipe sel dewasa. Dalam perjalanannya untuk menjadi sel jantung, misalnya, sel punca embrionik pertama kali berdiferensiasi menjadi mesoderm, salah satu dari tiga jaringan primitif yang ditemukan pada embrio paling awal. Lebih jauh ke bawah jalan, sel-sel mesoderm bercabang untuk membuat tulang, otot, pembuluh darah, dan sel-sel jantung yang berdetak.

Secara umum diterima dengan baik bahwa begitu sebuah sel mulai berdiferensiasi di salah satu jalur ini, ia tidak dapat berbalik untuk memilih nasib yang berbeda.

“Hampir setiap ilmuwan yang berbicara tentang nasib sel menggunakan gambar lanskap Waddington, yang sangat mirip dengan resor ski dengan berbagai lereng ski yang turun ke lembah yang curam dan terpisah,” kata Bruneau, yang juga Ketua William H. Younger dalam Penelitian Kardiovaskular di Gladstone dan seorang profesor pediatri di UC San Francisco (UCSF). "Jika sebuah sel berada di lembah yang dalam, tidak mungkin sel itu melompat ke lembah yang sama sekali berbeda."

Satu dekade lalu, Penyelidik Senior Gladstone Shinya Yamanaka, MD, PhD, menemukan cara memprogram ulang sel dewasa yang terdiferensiasi sepenuhnya menjadi sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi. Meskipun ini tidak memberi sel kemampuan untuk melompat di antara lembah, itu bertindak seperti lift ski kembali ke puncak lanskap diferensiasi.

Sejak itu, peneliti lain telah menemukan bahwa dengan isyarat kimia yang tepat, beberapa sel dapat diubah menjadi jenis yang terkait erat melalui proses yang disebut "pemrograman ulang langsung"—seperti jalan pintas melalui hutan di antara jalur ski yang berdekatan. Tetapi tidak satu pun dari kasus ini yang dapat membuat sel secara spontan melompat di antara jalur diferensiasi yang berbeda secara drastis. Secara khusus, sel mesoderm tidak dapat menjadi prekursor dari jenis yang jauh seperti sel otak atau sel usus.

Namun, dalam studi baru, Bruneau dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa, yang mengejutkan mereka, prekursor sel jantung memang dapat berubah secara langsung menjadi prekursor sel otak—jika protein yang disebut Brahma hilang.

Pengamatan yang Mengejutkan

Para peneliti sedang mempelajari peran protein Brahma dalam diferensiasi sel-sel jantung, karena mereka menemukan pada 2019 bahwa protein itu bekerja sama dengan molekul lain yang terkait dengan pembentukan jantung.

Dalam cawan sel punca embrionik tikus, mereka menggunakan pendekatan penyuntingan genom CRISPR untuk mematikan gen Brm (yang menghasilkan protein Brahma). Dan mereka memperhatikan bahwa sel-sel tidak lagi berdiferensiasi menjadi prekursor sel jantung normal.

“Setelah 10 hari diferensiasi, sel-sel normal berdetak secara berirama; mereka jelas merupakan sel jantung,” kata Swetansu Hota, PhD, penulis pertama studi tersebut dan staf ilmuwan di Bruneau Lab. “Tetapi tanpa Brahma, yang ada hanyalah sekumpulan sel-sel inert. Tidak ada pemukulan sama sekali.”

Setelah analisis lebih lanjut, tim Bruneau menyadari alasan sel tidak berdetak adalah karena menghilangkan Brahma tidak hanya mematikan gen yang diperlukan untuk sel jantung, tetapi juga mengaktifkan gen yang dibutuhkan dalam sel otak. Sel-sel prekursor jantung sekarang menjadi sel-sel prekursor otak.

Para peneliti kemudian mengikuti setiap langkah diferensiasi, dan secara tak terduga menemukan bahwa sel-sel ini tidak pernah kembali ke keadaan pluripoten. Sebaliknya, sel-sel mengambil lompatan yang jauh lebih besar antara jalur sel induk daripada yang pernah diamati sebelumnya.

“Apa yang kami lihat adalah bahwa sel di satu lembah lanskap Waddington, dengan kondisi yang tepat, dapat melompat ke lembah yang berbeda tanpa terlebih dahulu naik lift kembali ke puncak,” kata Bruneau.

Pelajaran untuk Penyakit

Sementara lingkungan sel di cawan laboratorium dan di seluruh embrio cukup berbeda, pengamatan para peneliti memberikan pelajaran tentang kesehatan dan penyakit sel. Mutasi pada gen Brm telah dikaitkan dengan penyakit jantung bawaan dan dengan sindrom yang melibatkan fungsi otak. Gen ini juga terlibat dalam beberapa kanker.

“Jika menghilangkan Brahma dapat mengubah sel mesoderm (seperti prekursor sel jantung) menjadi sel ektoderm (seperti prekursor sel otak) di piring, maka mungkin mutasi pada gen Brm adalah yang memberi beberapa sel kanker kemampuan untuk mengubah program genetik mereka secara besar-besaran,” kata Bruneau.

Temuan ini juga penting pada tingkat penelitian dasar, tambahnya, karena mereka dapat menjelaskan bagaimana sel dapat mengubah karakter mereka dalam pengaturan penyakit, seperti gagal jantung, dan untuk mengembangkan terapi regeneratif, dengan menginduksi sel-sel jantung baru misalnya.

“Studi kami juga memberi tahu kami bahwa jalur diferensiasi jauh lebih rumit dan rapuh daripada yang kami kira,” kata Bruneau. “Pengetahuan yang lebih baik tentang jalur diferensiasi juga dapat membantu kita memahami cacat jantung bawaan—dan lainnya—, yang sebagian muncul melalui diferensiasi yang cacat.”

Tentang Penulis

Avatar Linda Hohnholz

Linda Hohnholz

Pemimpin redaksi untuk eTurboNews berbasis di markas eTN.

Berlangganan
Beritahu
tamu
0 komentar
Masukan Inline
Lihat semua komentar
0
Akan menyukai pikiran Anda, silakan komentar.x
Bagikan ke...