Ilmuwan Johns Hopkins Identifikasi Sirkuit Pengendali Otak

Tinuku
(KeSimpulan) Dengan menggabungkan teknik penelitian yang dimulai dari 136 tahun yang lalu dengan genetika molekular modern, ilmuwan saraf dari Johns Hopkins mampu melihat bagaimana otak mamalia kembali dan petunjuk-petunjuk molekuler yang sama untuk mengontrol desain sirkuit yang kompleks.

Rincian pengamatan tikus di laboratorium yang diterbitkan di Nature 24 Desember, mengungkapkan bahwa semaphorin, protein yang ditemukan dalam perkembangan sistem saraf seperti pada proses filament (axons) dari sel-sel saraf yang sesuai dengan target selama embrionik hidup, tampaknya mengasumsikan peran yang sama sekali berbeda pada kemudian hari, setelah axon mencapai target. Dalam perkembangan pasca kelahiran dan dewasa, tampak semaphorin mengatur pembentukan sinaps, hubungan-hubungan kimiawi sel saraf.

"Dengan temuan ini kita dapat memahami bagaimana mengatur semaphorins dari jumlah sinaps dan distribusi mereka di bagian otak yang terlibat dalam kesadaran. Ini adalah langkah besar ke depan, pemahaman kita tentang perakitan sirkuit neural yang mendasari perilaku." kata David Ginty, Ph.D., profesor saraf di Johns Hopkins University School of Medicine dan peneliti Howard Hughes Medical Institute. Karena aktivitas otak ditentukan oleh bagaimana dan di mana bentuk hubungan-hubungan ini, peran semaphorin dapat berdampak pada bagaimana para ilmuwan berpikir tentang asal-usul autisme, skizofrenia, epilepsi, dan gangguan neurologis lainnya.

Temuan mengejutkan oleh tim Johns Hopkins untuk mengetahui bagaimana mengembangkan sel-sel saraf axson, proyek informasi dari sel-sel seperti juga dendrit, yang pada dasarnya membawa informasi. Karena temuan sebelumnya di laboratorium Johns Hopkins menunjukkan bahwa axon semaphorins mempengaruhi lintasan dan pertumbuhan, Ginty and Alex Kolodkin, Ph.D menduga bahwa mungkin petunjuk molekul ini memiliki keterlibatan dengan dendrit. Kolodkin yang juga profesor saraf di Johns Hopkins dan peneliti Howard Hughes Medical Institute adalah penemu dan melakukan kloning gen semaphorin untuk pertama kali saat menempuh studi posdoktoral.

Selama 15 tahun terakhir, berbagai model hewan termasuk rekayasa genetika strain tikus telah dilakukan untuk mempelajari molekul keluarga ini. Menggunakan dua kelompok tikus (yang satu dihilangkan semaphorin dan yang lain dihilangkan neuropilin, ini reseptor) mahasiswa postdoktoral Tracy Tran menggunakan metode pewarnaan klasik yang disebut teknik Golgi untuk melihat anatomi sel saraf dari otak tikus. Teknik Golgi melibatkan perendaman jaringan saraf dalam perak chromate untuk membuat struktur dalam sel-sel terlihat di bawah cahaya mikroskop, ahli neuroanatomi pada tahun 1891 menentukan bahwa sistem saraf yang dihubungkan oleh diskrit sel yang disebut neuron.

Tran melihat secara luar biasa "spine" mau tak mau tumbuh di tempat-tempat khas dan dalam jumlah besar di dalam dendrit dari neuron tikus yang kekurangan semaphorin dan kurang neuropilin dibandingkan dengan tikus liar. Tran menduga ada kemungkinan lebih sinapsis dan lebih aktivitas listrik dalam neuron tikus mutan. Para peneliti menguji hipotesis ini dengan memeriksa potongan otak yang lebih kecil di bawah mikroskop elektron.

Kedua spine tikus yang kekurangan semaphorin dan kekurangan neuropilin secara dramatis membesar, dibandingkan dengan spine yang lebih kecil dan bulat pada tikus liar. Jenis tikus liar yang umumnya dicatat oleh Tran adalah satu koneksi per tulang belakang. Sedangkan pada tikus mutan, tempat hubungan di antara dua neuron sering terpecah. Selanjutnya, tim mencatat output listrik tikus mutan dan tikus liar, ditemukan bahwa mutan lebih banyak spine dan besar, juga memiliki sekitar 2,5 kali peningkatan frekuensi aktivitas listrik, mendoktrin transmisi sinaptik abnormal karena peningkatan jumlah sinaps.

Apa yang menyebabkan sinapsis untuk membentuk atau tidak membentuk dalam tempat yang cocok atau tidak adalah sangat penting dan selama ini kurang dipahami dalam proses sistem saraf. Kolodkin menjelaskan bahwa studi neuron timnya dapat memiliki hingga 10.000 koneksi sinaptik dengan neuron lain. Jika sambungan di antara neuron tidak terbentuk maka terjadi miskomunikasi dan kerusakan sirkuit, sebagai akibatnya sejumlah penyakit atau gangguan mungkin akan berkembang.

"Kejang dapat ditafsirkan sebagai penembakan cepat sirkuit neural tertentu yang tidak terkendali. Jelas ada defisit dalam hewan-hewan ini yang memiliki konsekuensi pada manusia untuk epilepsi. Ini juga skizofrenia dan gangguan spektrum autisme mempunyai asal-usul perkembangan atau sejenisnya. Ada beberapa aspek kemungkinan untuk pembentukan sinaps, jika mereka tidak di lokasi dan dalam jumlah yang benar, mengarah pada jenis cacat tertentu. Defisit dalam tulang punggung tikus yang kekurangan semaphorin atau reseptor tampak sangat mirip dengan apa yang ditemukan dalam misalnya Fragile X," kata Kolodkin.

Riset ini didukung oleh National Institutes of Health, National Science Foundation, dan Howard Hughes Medical Institute. Mereka yang terlibat adalah Tracy S. Tran, Alex L. Kolodkin, David D. Ginty, Richard L. Huganir, Roger L. Clem, dan Dontais Johnson. Juga Maria E. Rubio dari University of Connecticut; Lauren Casedan Marc Tessier-Lavigne, dari Stanford University.
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment