Model tikus baru membantu peneliti mempelajari peran jenis sel dalam menjaga waktu di dalam tubuh – ScienceDaily

Model tikus baru membantu peneliti mempelajari peran jenis sel dalam menjaga waktu di dalam tubuh – ScienceDaily

[ad_1]

Ilmuwan UT Southwestern telah mengembangkan sistem pencitraan dan tikus yang direkayasa secara genetik yang memungkinkan mereka memvisualisasikan fluktuasi jam sirkadian jenis sel pada tikus. Metodenya, dijelaskan secara online di jurnal Neuron, memberi wawasan baru tentang sel-sel otak mana yang penting dalam mempertahankan jam utama sirkadian tubuh. Tetapi mereka mengatakan pendekatan itu juga akan berguna secara luas untuk menjawab pertanyaan tentang ritme harian sel di seluruh tubuh.

“Ini adalah sumber daya teknis yang sangat penting untuk memajukan studi ritme sirkadian,” kata pemimpin studi Joseph Takahashi, Ph.D., ketua departemen ilmu saraf di UT Southwestern Medical Center, anggota Peter O’Donnell Jr dari UT Southwestern .Institut Otak, dan penyelidik di Institut Medis Howard Hughes (HHMI). “Anda dapat menggunakan mouse ini untuk berbagai aplikasi.”

Hampir setiap sel pada manusia – dan tikus – memiliki jam sirkadian internal yang berfluktuasi dalam siklus sekitar 24 jam. Sel-sel ini membantu mendikte tidak hanya kelaparan dan siklus tidur, tetapi juga fungsi biologis seperti kekebalan dan metabolisme. Cacat pada jam sirkadian telah dikaitkan dengan penyakit termasuk kanker, diabetes, dan Alzheimer, serta gangguan tidur. Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa sebagian kecil otak – disebut inti suprachiasmatic (SCN) – mengintegrasikan informasi dari mata tentang siklus terang dan gelap lingkungan dengan jam utama tubuh. Pada gilirannya, SCN membantu menjaga sel-sel lain di dalam tubuh selaras satu sama lain.

“Apa yang membuat SCN menjadi jenis jam yang sangat istimewa adalah karena ia kuat dan fleksibel,” kata Takahashi. “Ini adalah alat pacu jantung yang sangat kuat yang tidak lupa waktu, tetapi pada saat yang sama dapat bergeser untuk beradaptasi dengan musim, mengubah panjang hari, atau melakukan perjalanan antar zona waktu.”

Untuk mempelajari jam sirkadian di SCN dan bagian tubuh lainnya, kelompok penelitian Takahashi sebelumnya mengembangkan tikus yang memiliki versi bioluminescent PER2 – salah satu protein kunci sirkadian yang kadarnya berfluktuasi selama sehari. Dengan mengamati tingkat bioluminescence bertambah dan berkurang, para peneliti dapat melihat bagaimana PER2 bersiklus di seluruh tubuh hewan pada siang hari. Tetapi protein ada di hampir setiap bagian tubuh, terkadang membuatnya sulit untuk membedakan perbedaan dalam siklus sirkadian antara tipe sel yang berbeda yang bercampur dalam jaringan yang sama.

“Jika Anda mengamati potongan otak, misalnya, hampir setiap sel memiliki sinyal PER2, jadi Anda tidak dapat benar-benar membedakan dari mana asal sinyal PER2 tertentu,” kata Takahashi.

Dalam penelitian baru, para ilmuwan mengatasi masalah ini dengan beralih ke sistem bioluminesensi baru yang mengubah warna – dari merah menjadi hijau – hanya di sel yang mengekspresikan gen tertentu yang dikenal sebagai Cre. Kemudian, para peneliti dapat merekayasa tikus sehingga Cre, yang tidak secara alami ditemukan dalam sel tikus, hanya ada dalam satu jenis sel pada satu waktu.

Untuk menguji kegunaan pendekatan ini, Takahashi dan rekan-rekannya mempelajari dua jenis sel yang menyusun SCN otak – sel arginine vasopressin (AVP) dan vasoactive intestinal polipeptida (VIP). Di masa lalu, para ilmuwan berhipotesis bahwa neuron VIP memegang kunci untuk menjaga sinkronisasi SCN lainnya.

Ketika tim peneliti melihat neuron VIP – mengekspresikan Cre hanya dalam sel-sel itu, sehingga PER2 bercahaya hijau di sel VIP, sementara merah di tempat lain – mereka menemukan bahwa menghilangkan gen sirkadian dari neuron memiliki sedikit efek keseluruhan pada ritme sirkadian Neuron VIP, atau bagian SCN lainnya. “Bahkan ketika neuron VIP tidak lagi memiliki jam yang berfungsi, SCN lainnya pada dasarnya berperilaku sama,” jelas Yongli Shan, Ph.D., seorang ilmuwan peneliti UTSW dan penulis utama studi tersebut. Sel-sel terdekat mampu memberi sinyal ke neuron VIP untuk tetap sinkron dengan SCN lainnya, katanya.

Namun, ketika mereka mengulangi eksperimen yang sama pada neuron AVP – menghilangkan gen jam kunci – neuron AVP itu sendiri tidak hanya menunjukkan ritme yang terganggu, tetapi seluruh SCN berhenti berputar secara sinkron pada ritme 24 jam yang biasa.

“Hal ini menunjukkan kepada kami bahwa jam di neuron AVP sangat penting untuk sinkronisasi seluruh jaringan SCN,” kata Shan. “Itu adalah hasil yang mengejutkan dan agak berlawanan dengan intuisi, jadi kami berharap ini mengarah pada lebih banyak pekerjaan pada neuron AVP yang akan datang.”

Takahashi mengatakan peneliti lain yang mempelajari ritme sirkadian telah meminta garis tikus dari labnya untuk mempelajari siklus harian sel lain. Tikus memungkinkan para ilmuwan untuk mengasah perbedaan dalam ritme sirkadian antara jenis sel dalam satu organ, atau bagaimana sel tumor berbeda dari sel sehat, katanya.

“Dalam semua jenis jaringan yang kompleks atau sakit, ini dapat memungkinkan Anda melihat sel mana yang memiliki ritme dan bagaimana mereka mungkin serupa atau berbeda dari ritme jenis sel lainnya.”

Penelitian ini didukung oleh dana dari HHMI, National Institutes of Health (R01 NS106657, R01 GM114424, T32-HLO9701, F32-AG064886), dan The Welch Foundation (AU-1971-20180324).

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Data SGP

Author Image
adminProzen