Sel (biru) di garis tengah ventral sumsum tulang belakang mengekspresikan netrin1 (merah) dan pelacak fluoresen (GFP, hijau). Kredit: Lab Samantha Butler/UCLA
Para ilmuwan di Eli dan Edithe Broad Center for Regenerative Medicine dan Stem Cell Research di UCLA telah menemukan peran tak terduga dari molekul netrin1 dalam mengatur perkembangan sumsum tulang belakang.
Para peneliti menemukan bahwa netrin1, yang terutama dikenal sebagai tanda penuntun yang mengarahkan pertumbuhan serabut saraf, juga membatasi protein morfogenetik tulang, atau BMP, yang memberi sinyal ke daerah tertentu di sumsum tulang belakang. Fungsi penetapan batas ini sangat penting karena aktivitas sinyal ini harus dibatasi secara tepat pada wilayah dorsal agar neuron sensorik dapat berkembang dengan baik.
Temuan mereka, yang dipublikasikan di Cell Reports, membentuk kembali pemahaman kita tentang bagaimana kompleksnya sirkuit tulang belakang terbentuk selama perkembangan embrio dan dapat menginformasikan strategi terapi masa depan untuk perbaikan sumsum tulang belakang.
Penelitian ini dipimpin oleh penulis senior Samantha Butler, profesor neurobiologi di David Geffen School of Medicine.
“Ini adalah kisah tentang keingintahuan ilmiah – tentang menemukan sesuatu yang aneh dan mencoba memahami mengapa hal itu terjadi,” kata Butler, yang juga anggota Pusat Penelitian Sel Punca Luas UCLA.
“Kami menemukan bahwa netrin1, yang telah lama dikenal sebagai arsitek sirkuit saraf yang kuat, memiliki peran yang sangat tidak terduga dalam mengatur sumsum tulang belakang pada tahap awal perkembangan.”
Perkembangan sumsum tulang belakang bagian dorsal, tempat pemrosesan masukan sensorik seperti sentuhan dan nyeri, ditandai dengan kompartementalisasi dan pengorganisasian yang tepat. Agar proses sensorik ini dapat berfungsi, neuron spesifik harus terbentuk di wilayah yang ditentukan secara cermat. Aktivitas ini diatur oleh sinyal BMP, yang hanya terjadi di dalam sumsum tulang belakang dorsal.
Sinyal BMP harus dijaga dengan hati-hati untuk memastikan bahwa sinyal tersebut tidak menyebar ke daerah lain di tulang belakang, sehingga mengganggu pembentukan jenis neuron lainnya. Penjaga gerbang yang kritis, Butler dan timnya menemukan, adalah netrin1.
“Kekhususan regional dari molekul pemberi sinyal seperti BMP dan netrin1 sangat penting untuk pembentukan dan berfungsinya jaringan saraf,” kata Sandy Alvarez, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Butler dan penulis pertama studi tersebut.
“Tanpa regulasi netrin1, kita mungkin akan melihat jaringan saraf tidak terorganisir, berpotensi mempengaruhi bagaimana dan bahkan jika akson mencapai targetnya.”
Dengan menetapkan batas-batas pensinyalan BMP, netrin1 memainkan peran kunci dalam memastikan bahwa neuron sensorik berkembang di wilayah dorsal jauh dari motor dan interneuron di wilayah ventral, sebuah divisi yang penting untuk menyampaikan input sensorik dan output motorik dengan benar ke seluruh tubuh. tubuh.
Netrin1 memodulasi tingkat sinyal Bmp baik in vivo dan in vitro. Kredit: Laporan Sel (2024). DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114954
Pada tahun 2017, Butler dan rekan-rekannya membalikkan paradigma lama tentang pertumbuhan akson selama perkembangan embrio.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan percaya bahwa akson—serat tipis yang menghubungkan sel-sel dalam sistem saraf—tertarik atau ditolak oleh isyarat panduan jarak jauh seperti netrin1. Penelitian Butler, bagaimanapun, menemukan bahwa netrin1 bertindak lebih seperti permukaan lengket, mengarahkan pertumbuhan akson langsung di sepanjang jalur, daripada bertindak sebagai isyarat jarak jauh.
Penemuan tak terduga ini mendorong tim Butler untuk menyelidiki lebih lanjut. Dalam percobaan peningkatan fungsi dengan embrio ayam dan tikus, bersama dengan sel induk embrio tikus, mereka memperkenalkan versi netrin1 yang dapat dilacak ke dalam sumsum tulang belakang yang sedang berkembang untuk mengamati perubahan yang dihasilkan.
Menariknya, mereka menemukan bahwa akson telah menghilang.
Pada awalnya, Alvarez mengira ada yang tidak beres – eksperimennya gagal. Namun ketika hasilnya diulangi beberapa kali, dia menemukan hubungan yang mengejutkan.
“Kami tahu bahwa BMP memainkan peran kunci dalam membentuk sumsum tulang belakang dorsal selama perkembangan embrio, namun hampir tidak ada literatur ilmiah tentang interaksi antara sinyal netrin1 dan BMP,” kata Alvarez. “Saya menyadari bahwa apa yang saya lihat adalah penekanan aktivitas BMP oleh netrin1 pada model hewan kami.”
Dengan menggunakan kombinasi pendekatan genetik pada model hewan, tim menunjukkan bahwa memanipulasi tingkat netrin1 secara spesifik mengubah pola sel saraf tertentu di sumsum tulang belakang bagian dorsal. Ketika kadar netrin1 meningkat, populasi sel saraf punggung tertentu menghilang; ketika netrin1 dihilangkan, populasi ini bertambah.
Analisis bioinformatika lebih lanjut membantu menentukan mengapa hal ini terjadi: Para peneliti menemukan bahwa netrin1 secara tidak langsung menghambat aktivitas BMP dengan mengendalikan translasi RNA.
“Netrin1 adalah arsitek sirkuit saraf paling kuat yang pernah saya tangani,” kata Butler. “Upaya kami selanjutnya adalah memahami bagaimana kami dapat menggunakan netrin1 untuk memulihkan sirkuit pada pasien dengan kerusakan saraf atau cedera tulang belakang.”
Meskipun tim akan terus mengeksplorasi bagaimana temuan ini dapat menginformasikan potensi penerapan klinis, termasuk terapi berbasis netrin1 untuk perbaikan saraf, temuan mereka dapat memiliki implikasi di luar perkembangan sumsum tulang belakang. Netrin1 dan BMP juga diekspresikan di organ lain di seluruh tubuh yang memerlukan pola sel yang tepat.
“Hasil kami menunjukkan perlunya mengevaluasi kembali bagaimana netrin1 dan BMP berinteraksi di sistem lain,” kata Alvarez. “Hal ini dapat memberikan pemahaman kita mengenai jenis sel kanker tertentu atau kelainan perkembangan yang melibatkan BMP dan netrin1.”
Penulis UCLA lainnya termasuk Sandeep Gupta, Jesica Mercado-Aion, Kaitlin Honeychurch, Cristian Rodriguez, dan Riki Kawaguchi.
Informasi lebih lanjut: Netrin1 membentuk sumsum tulang belakang punggung melalui modulasi sinyal Bmp, Cell Reports (2024). DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114954. www.cell.com/cell-reports/full … 2211-1247(24)01305-6
Disediakan oleh Universitas California, Los Angeles
Kutipan: Para ilmuwan menemukan peran protein netrin1 yang 'sama sekali tidak terduga' dalam perkembangan sumsum tulang belakang (2024, 14 November) Diperoleh pada 15 November 2024 dari https://medicalkpress.com/nevs/2024-11-scientists-unanticipated-role-protein – netrin1 .html
Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk transaksi wajar untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.