Persaingan kecil bukanlah hal yang buruk, terutama jika menyangkut perkembangan neuron yang berkembang di otak, demikian temuan sebuah studi Universitas Stanford yang baru.
Dalam studi pertama yang sejenis, para peneliti yang dipimpin oleh ahli biologi Stanford Liqun Luo menggunakan eksperimen genetik dan model komputer untuk menjelaskan dua langkah penting perkembangan otak pada tikus muda: pertumbuhan ekstensi bercabang pada tubuh neuron, yang disebut dendrit, dan koneksi yang dibuat dendrit dengan neuron lain. Seperti antena biologis, dendrit menerima sinyal masuk dari neuron lain melalui koneksi yang disebut sinapsis. Tim Luo menemukan bahwa dendrit neuron yang tumbuh bersaing satu sama lain untuk membentuk koneksi dengan pasangan mereka, dan kehadiran koneksi yang sukses meningkatkan kemungkinan pertumbuhan dendrit.
Temuan yang diterbitkan pada Februari di jurnal Neuron, mengungkapkan bahwa interaksi kompetitif penting ketika neuron tumbuh dan membentuk sirkuit. Mereka juga mendapatkan pertanyaan mendasar dalam ilmu saraf, kata Luo, Profesor Ann dan Bill Swindells di Sekolah Humaniora dan Ilmu Pengetahuan Stanford.
Bagaimana otak terhubung? Bagaimana sirkuit saraf terbentuk? Ini adalah pertanyaan besar yang belum terjawab, kata Luo.
Penyambungan Otak
Itu karena bagaimana neuron tumbuh adalah masalah ayam dan telur, Luo menjelaskan. Apakah dendrit harus ada sebelum sinapsis dapat terbentuk? Atau apakah pembentukan koneksi sinaptik penting untuk pertumbuhan dendritik?
Menurut satu gagasan, yang disebut hipotesis sinaptotrofik, sinapsis menstabilkan dendrit dan membuatnya lebih mungkin untuk tumbuh lebih jauh, sementara dendrit tanpa sinapsis lebih cenderung surut. Luo mengatakan, sejauh yang dia tahu, teori ini belum pernah diuji pada otak mamalia yang sedang berkembang sebelumnya. Jadi, dia memutuskan labnya akan menjadi yang pertama melakukannya.
Laboratorium Luo berspesialisasi dalam mengeksplorasi bagaimana sirkuit saraf terbentuk selama pengembangan, dan bagaimana sirkuit tersebut diatur untuk melakukan fungsi tertentu. Selama lebih dari dua dekade labnya telah menyelidiki pertanyaan-pertanyaan ini, seringkali menggunakan sel Purkinje, neuron utama di otak kecil yang mempengaruhi fungsi motorik dan kognitif.
Sel Purkinje adalah cinta pertama saya karena mereka adalah neuron mamalia pertama yang saya pelajari, saat saya masih pascadoktoral, kata Luo. Mereka terlihat seperti pohon yang indah dan ada banyak alat genetik untuk mempelajarinya.
Beberapa dari alat genetik ini dikembangkan di lab Luo, seperti teknik Mosaic Analysis with Double Marker (MADM), yang menghapus gen yang diinginkan dari sel tunggal yang terisolasi dan memberi label pada sel tersebut dengan penanda unik.
Bayangkan satu sel Purkinje adalah sebatang pohon, Luo menjelaskan. Memberi label pada sel individu memungkinkan Anda untuk menerangi satu pohon utuh dalam hutan neuron yang lebat, sedangkan jika semua sel Purkinje diberi label, sulit untuk memvisualisasikan seperti apa bentuk pohon individu.
Sel Purkinje yang sedang tumbuh membentuk sirkuit melalui sinapsis yang disusun menjadi lapisan, dengan molekul cerebellin-1 (Cbln1) di satu sisi dan protein reseptor glutamat delta 2 (GluD2) di sisi lain.
Dalam studi baru, tim Luo menggunakan beberapa metode yang berbeda untuk mengubah Cbln1 dan GluD2 gen. Mereka juga menggunakan model komputer yang mensimulasikan pertumbuhan dendritik dan pembentukan sinaps untuk lebih mengeksplorasi pertanyaan penelitian mereka.
Dalam satu percobaan, para peneliti memanipulasi sel Purkinje dalam mengembangkan embrio tikus menggunakan MADM dan teknik lain untuk menghapus gen GluD2 dan memberi label pada sel yang diubah.
Para peneliti menemukan bahwa melumpuhkan gen GluD2 di semua sel Purkinje tidak memiliki efek nyata pada pertumbuhan dendritik, tetapi ketika hanya sel Purkinje yang diisolasi yang kehilangan gen GluD2 , hasilnya sangat mencolok.
Sel Purkinje dengan gen GluD2 yang berfungsi tumbuh dalam bentuk kotak yang biasa dengan cabang dendrit yang rata di bagian bawah pohon (pertumbuhan awal) dan bagian atas (pertumbuhan kemudian). Sebaliknya, sel Purkinje yang tidak memiliki gen GluD2 memiliki sedikit pertumbuhan dendrit pada awalnya, sehingga sel Purkinje berbentuk seperti piramida terbalik.
Kunci dari studi ini adalah kemampuan untuk membandingkan sel Purkinje tetangga yang memiliki dan kekurangan gen GluD2 , kata Luo. Ini mengungkapkan persaingan di antara dendrit untuk sinapsis dan bagaimana dendrit tumbuh dengan sinapsis normal atau berkurang untuk menstabilkannya.
Para ilmuwan terkejut dengan bentuk piramida terbalik dari sel Purkinje yang tidak memiliki gen GluD2 . Kurangnya pertumbuhan dendrit awal diprediksi oleh hipotesis sinaptotrofik, tetapi pertumbuhan berlebih dendrit di atas pada perkembangan akhir tidak diharapkan, kata Luo. Satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa pembentukan sinaps dapat membantu lebih awal, tetapi menghambat pertumbuhan dendrit yang terlambat, tambahnya.
Temuan studi ini membawa laboratorium Luo dan komunitas ilmu saraf selangkah lebih dekat untuk memahami bagaimana otak terhubung selama perkembangan. Ini ilmu pengetahuan dasar, tetapi juga berimplikasi pada gangguan perkembangan saraf dan kejiwaan, kata Luo.
Sumber: scienceblog.com-freepik.com
