Kekuatan pendorong di belakang ‘pabrik protein’ seluler diidentifikasi – ScienceDaily

Kekuatan pendorong di belakang ‘pabrik protein’ seluler diidentifikasi – ScienceDaily


Para peneliti telah mengidentifikasi kekuatan pendorong di balik proses seluler yang terkait dengan gangguan neurodegeneratif seperti Parkinson dan penyakit neuron motorik.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan hari ini di Kemajuan Sains, peneliti dari University of Cambridge menunjukkan bahwa komponen kecil di dalam sel adalah mesin biologis di balik produksi protein yang efektif.

Retikulum endoplasma (ER) adalah pabrik protein sel, memproduksi dan memodifikasi protein yang dibutuhkan untuk memastikan fungsi sel yang sehat. Ini adalah organel terbesar sel dan ada dalam struktur tabung dan lembaran seperti jaring. ER bergerak dengan cepat dan terus-menerus berubah bentuk, meluas ke seluruh sel ke mana pun ia dibutuhkan pada saat tertentu.

Dengan menggunakan teknik mikroskop resolusi-super, para peneliti dari Departemen Teknik Kimia dan Bioteknologi (CEB) Cambridge telah menemukan kekuatan pendorong di balik gerakan-gerakan ini – sebuah terobosan yang dapat berdampak signifikan pada studi penyakit neurodegeneratif.

“Telah diketahui bahwa retikulum endoplasma memiliki struktur yang sangat dinamis – terus-menerus meregang dan memperluas bentuknya di dalam sel,” kata Dr Meng Lu, rekan peneliti di Laser Analytics Group, yang dipimpin oleh Profesor Clemens Kaminski.

“UGD harus dapat menjangkau semua tempat secara efisien dan cepat untuk melakukan fungsi penting dalam sel, kapan pun dan di mana pun diperlukan. Penurunan kemampuan ini terkait dengan penyakit termasuk Parkinson, Alzheimer, Huntington, dan ALS. Sejauh ini, ada pemahaman yang terbatas tentang bagaimana ER mencapai perubahan bentuk yang cepat dan menarik ini dan bagaimana ia menanggapi rangsangan seluler. “

Lu dan rekannya menemukan bahwa komponen sel lain memegang kunci – struktur kecil, yang terlihat seperti tetesan kecil yang terkandung dalam membran, yang disebut lisosom.

Lisosom dapat dianggap sebagai pusat daur ulang sel: mereka menangkap protein yang rusak, memecahnya menjadi blok penyusun aslinya sehingga dapat digunakan kembali dalam produksi protein baru. Lisosom juga bertindak sebagai pusat penginderaan – menangkap isyarat lingkungan dan mengkomunikasikannya ke bagian lain dari sel, yang kemudian beradaptasi.

Bisa ada hingga 1.000 atau lebih lisosom yang melesat di sekitar sel pada satu waktu dan dengan mereka, ER tampaknya mengubah bentuk dan lokasinya, dengan cara yang tampaknya diatur.

Yang mengejutkan para ilmuwan Cambridge adalah penemuan mereka tentang hubungan sebab akibat antara pergerakan lisosom kecil di dalam sel dan proses pembentukan kembali jaringan ER besar.

“Kami dapat menunjukkan bahwa pergerakan lisosom itu sendiri yang memaksa ER untuk membentuk kembali sebagai respons terhadap rangsangan seluler,” kata Lu. “Ketika sel merasakan bahwa ada kebutuhan untuk lisosom dan ER untuk melakukan perjalanan ke sudut distal sel, lisosom menarik jaringan ER bersama mereka, seperti lokomotif kecil.”

Dari sudut pandang biologis, ini masuk akal: Lisosom bertindak sebagai sensor di dalam sel, dan ER sebagai unit respons; mengoordinasikan fungsi sinkronisnya sangat penting untuk kesehatan seluler.

Untuk menemukan ikatan mengejutkan antara dua organel yang sangat berbeda ini, tim peneliti Kaminski memanfaatkan teknologi pencitraan baru dan algoritme pembelajaran mesin, yang memberi mereka wawasan yang belum pernah ada sebelumnya tentang cara kerja dalam sel.

“Sangat menarik bahwa kita sekarang dapat melihat ke dalam sel-sel hidup dan melihat kecepatan dan dinamika yang luar biasa dari mesin seluler pada detail seperti itu dan dalam waktu nyata,” kata Kaminski. “Hanya beberapa tahun yang lalu, menyaksikan organel menjalankan bisnis mereka di dalam sel tidak akan terpikirkan.”

Para peneliti menggunakan pola iluminasi yang diproyeksikan ke sel hidup dengan kecepatan tinggi, dan algoritme komputer canggih untuk memulihkan informasi dalam skala lebih dari seratus kali lebih kecil dari lebar rambut manusia. Untuk menangkap informasi seperti itu pada kecepatan video baru-baru ini menjadi mungkin.

Para peneliti juga menggunakan algoritma pembelajaran mesin untuk mengekstraksi struktur dan pergerakan jaringan ER dan lisosom secara otomatis dari ribuan kumpulan data.

Tim memperluas penelitian mereka untuk melihat neuron atau sel saraf – sel khusus dengan tonjolan panjang yang disebut akson di mana sinyal dikirim. Akson adalah struktur tubular yang sangat tipis dan tidak diketahui bagaimana pergerakan jaringan ER yang sangat besar diatur di dalam struktur ini.

Studi ini menunjukkan bagaimana lisosom bergerak dengan mudah di sepanjang akson dan menyeret ER di belakangnya. Para peneliti juga menunjukkan bagaimana merusak proses ini merusak perkembangan neuron yang sedang tumbuh.

Seringkali, para peneliti melihat peristiwa di mana lisosom bertindak sebagai mesin perbaikan untuk potongan struktur ER yang terputus atau rusak, menggabungkan dan menggabungkannya menjadi jaringan utuh lagi. Oleh karena itu, pekerjaan ini relevan untuk memahami gangguan pada sistem saraf dan perbaikannya.

Tim juga mempelajari signifikansi biologis dari gerakan gabungan ini, memberikan rangsangan – dalam hal ini nutrisi – agar lisosom dapat merasakan. Lisosom terlihat bergerak menuju sinyal ini, menyeret jaringan ER ke belakang sehingga sel dapat memperoleh respons yang sesuai.

“Sejauh ini, hanya sedikit yang diketahui tentang regulasi struktur ER sebagai respons terhadap sinyal metabolik,” kata Lu. “Penelitian kami menyediakan hubungan antara lisosom sebagai unit sensor yang secara aktif mengarahkan respons ER lokal.”

Tim berharap bahwa wawasan mereka akan terbukti sangat berharga bagi mereka yang mempelajari hubungan antara penyakit dan respons seluler, dan langkah mereka selanjutnya difokuskan pada mempelajari fungsi ER dan disfungsi pada penyakit seperti Parkinson dan Alzheimer.

Gangguan neurodegeneratif dikaitkan dengan agregasi protein yang rusak dan salah lipatan, sehingga memahami mekanisme yang mendasari fungsi ER sangat penting untuk meneliti pengobatan dan pencegahannya.

“Penemuan ER dan lisosom dianugerahi Hadiah Nobel beberapa tahun lalu – mereka adalah organel kunci yang penting untuk fungsi sel yang sehat,” kata Kaminski. “Sangat menarik untuk berpikir bahwa masih banyak yang harus dipelajari tentang sistem ini, yang sangat penting bagi ilmu biomedis dasar untuk mencari penyebab dan penyembuhan dari penyakit yang merusak ini.”

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Lagu Togel

Author Image
adminProzen