Diversitas Astrosit Otak: Kunci Fungsi & Kesehatan Saraf

Di dunia neurosains, neuron seringkali mendapat sorotan utama karena perannya yang fundamental dalam fungsi otak. Namun, di balik kecemerlangan neuron, terdapat jutaan sel lain yang bekerja secara harmonis, memastikan otak dapat berfungsi optimal. Di antara sel-sel non-neuronal ini, astrosit menonjol sebagai pemain kunci. Sel-sel berbentuk bintang ini, yang merupakan salah satu jenis sel paling melimpah di otak, memiliki tanggung jawab yang luas dan dinamis, membentuk lanskap fungsional otak dengan cara yang tak terduga. Memahami diversitas astrosit adalah langkah penting untuk mengungkap kompleksitas otak manusia.

Menguak Rahasia Astrosit: Lebih dari Sekadar Sel Pendukung

Astrosit, dengan bentuknya yang menyerupai bintang, jauh dari sekadar sel pelengkap. Mereka adalah arsitek utama yang membantu membentuk sirkuit saraf, berpartisipasi aktif dalam pemrosesan informasi, dan menyediakan dukungan nutrisi serta metabolik yang krusial bagi neuron. Yang menarik, sel-sel ini tidak statis; astrosit individu dapat mengemban peran baru sepanjang hidupnya. Bahkan, pada waktu tertentu, astrosit di satu bagian otak dapat terlihat dan berperilaku sangat berbeda dibandingkan dengan astrosit di bagian otak lainnya. Keberagaman ini menunjukkan kompleksitas dan adaptabilitas luar biasa dari sel-sel ini dalam menjaga homeostasis dan fungsi kognitif.

Dalam konteks Indonesia, pemahaman mendalam tentang astrosit dapat membuka jalan bagi pendekatan baru dalam pengobatan kondisi neurologis yang seringkali memiliki dampak signifikan pada kualitas hidup masyarakat.

Atlas Neurosains Terbaru: Peta Diversitas Astrosit

Setelah analisis ekstensif yang dilakukan oleh para peneliti di MIT, komunitas neurosains kini memiliki atlas terperinci yang mengungkap diversitas dinamis astrosit. Peta ini tidak hanya menggambarkan spesialisasi regional astrosit di otak tikus dan marmoset — dua model penelitian yang sangat penting dalam neurosains — tetapi juga menunjukkan bagaimana populasi astrosit bergeser seiring dengan perkembangan, pematangan, dan penuaan otak. Penemuan ini merupakan terobosan besar yang memberikan wawasan baru tentang bagaimana sel-sel ini beradaptasi dan berfungsi dalam berbagai tahapan kehidupan.

Studi akses terbuka ini, yang dilaporkan dalam edisi 20 November jurnal Neuron, dipimpin oleh Guoping Feng, seorang profesor terkemuka di MIT. Penelitian ini mendapat dukungan dari Hock E. Tan and K. Lisa Yang Center for Autism Research, bagian dari Yang Tan Collective di MIT, serta Inisiatif BRAIN dari National Institutes of Health. Dukungan ini menegaskan pentingnya penelitian dasar semacam ini untuk kemajuan ilmu pengetahuan.

Pentingnya Meneliti Sel Non-Neuronal

“Sangat penting bagi kita untuk memperhatikan peran sel non-neuronal dalam kesehatan dan penyakit,” ujar Feng, yang juga merupakan direktur asosiasi McGovern Institute for Brain Research dan direktur Hock E. Tan and K. Lisa Yang Center for Autism Research di MIT. Memang, sel-sel ini—yang dulunya dianggap hanya sebagai pemain pendukung—semakin mendapat sorotan dalam beberapa tahun terakhir. Astrosit diketahui memainkan peran vital dalam perkembangan dan fungsi otak, dan disfungsi mereka tampaknya berkontribusi pada banyak gangguan kejiwaan dan penyakit neurodegeneratif yang memengaruhi jutaan orang di seluruh dunia, termasuk di Indonesia. “Namun dibandingkan dengan neuron, kita tahu jauh lebih sedikit—terutama selama perkembangan,” tambah Feng. Penekanan pada aspek perkembangan ini menyoroti celah pengetahuan yang perlu segera diisi.

Metode Penelitian: Menjelajahi Ruang, Waktu, dan Spesies

Feng dan Margaret Schroeder, mantan mahasiswa pascasarjana di labnya, menyadari pentingnya memahami diversitas astrosit melalui tiga dimensi utama: ruang, waktu, dan spesies. Mereka telah mengetahui dari penelitian sebelumnya di laboratorium, yang dilakukan bekerja sama dengan lab Steve McCarroll di Harvard University dan dipimpin oleh Fenna Krienen, bahwa pada hewan dewasa, bagian otak yang berbeda memiliki rangkaian astrosit yang khas.

“Pertanyaan yang wajar adalah, seberapa awal dalam perkembangan kita berpikir pola regional astrosit ini dimulai?” kata Schroeder. Untuk mencari tahu, ia dan rekan-rekannya mengumpulkan sel-sel otak dari tikus dan marmoset pada enam tahap kehidupan, mulai dari perkembangan embrio hingga usia tua. Untuk setiap hewan, mereka mengambil sampel sel dari empat wilayah otak yang berbeda: korteks prefrontal, korteks motorik, striatum, dan thalamus. Kemudian, bekerja sama dengan Krienen, yang kini menjadi asisten profesor di Princeton University, mereka menganalisis kandungan molekuler sel-sel tersebut, membuat profil aktivitas genetik untuk setiap sel. Profil itu didasarkan pada salinan mRNA gen yang ditemukan di dalam sel, yang secara kolektif dikenal sebagai transkriptom sel. Menentukan gen mana yang digunakan sel, dan seberapa aktif gen-gen tersebut, memberikan wawasan kepada para peneliti tentang fungsi sel dan merupakan salah satu cara untuk mendefinisikan identitasnya. Pendekatan berbasis data ini sangat canggih dan memerlukan analisis komputasi yang intensif.

Diversitas Dinamis yang Terungkap

Setelah menilai transkriptom sekitar 1,4 juta sel otak, kelompok ini berfokus pada astrosit, menganalisis dan membandingkan pola ekspresi gen mereka. Pada setiap tahap kehidupan, dari sebelum lahir hingga usia tua, tim menemukan spesialisasi regional: astrosit dari wilayah otak yang berbeda memiliki pola ekspresi gen yang serupa, namun berbeda dari astrosit di wilayah otak lainnya. Spesialisasi regional ini juga terlihat jelas dalam bentuk astrosit yang berbeda di bagian otak yang berbeda, yang dapat dilihat oleh tim dengan mikroskopi ekspansi, metode pencitraan resolusi tinggi yang dikembangkan oleh rekan McGovern, Edward Boyden, yang mengungkap fitur seluler halus. Teknik ini memungkinkan visualisasi yang belum pernah ada sebelumnya terhadap struktur astrosit.

Perlu dicatat, astrosit di setiap wilayah berubah seiring dengan pematangan hewan. “Ketika kami melihat titik waktu embrio akhir, astrosit sudah berpola regional. Tetapi ketika kami membandingkannya dengan profil dewasa, mereka telah bergeser sepenuhnya lagi,” kata Schroeder. “Jadi ada sesuatu yang terjadi selama perkembangan pascakelahiran.” Perubahan paling dramatis yang dideteksi tim terjadi antara kelahiran dan masa remaja awal, periode di mana otak cepat mengalami rewiring saat hewan mulai berinteraksi dengan dunia dan belajar dari pengalaman mereka. Ini adalah periode penting yang dapat menjelaskan banyak fenomena perkembangan saraf pada manusia.

Feng dan Schroeder menduga bahwa perubahan yang mereka amati mungkin didorong oleh sirkuit saraf yang dibentuk dan disempurnakan seiring dengan pematangan otak. “Apa yang kami pikir mereka lakukan adalah beradaptasi dengan ceruk neuronal lokal mereka,” kata Schroeder. “Jenis gen yang mereka tingkatkan dan ubah selama perkembangan menunjukkan interaksi mereka dengan neuron.” Feng menambahkan bahwa astrosit dapat mengubah program genetik mereka sebagai respons terhadap neuron di dekatnya, atau sebaliknya, mereka mungkin membantu mengarahkan perkembangan atau fungsi sirkuit lokal saat mereka mengadopsi identitas yang paling sesuai untuk mendukung neuron tertentu. Saling ketergantungan ini adalah area penelitian yang menjanjikan, terutama untuk memahami kondisi seperti autisme atau skizofrenia.

Perbedaan Spesies dan Implikasinya

Baik otak tikus maupun marmoset menunjukkan spesialisasi regional astrosit dan perubahan populasi tersebut seiring waktu. Namun, ketika para peneliti melihat gen spesifik yang aktivitasnya mendefinisikan berbagai populasi astrosit, data dari kedua spesies tersebut menyimpang. Schroeder menyebut ini sebagai catatan peringatan bagi para ilmuwan yang mempelajari astrosit dalam model hewan, dan menambahkan bahwa atlas baru ini akan membantu para peneliti menilai relevansi potensial temuan lintas spesies. Bagi para peneliti di Indonesia yang sering menggunakan model hewan dalam studinya, temuan ini sangat relevan dan menekankan pentingnya validasi lintas spesies.

Implikasi Masa Depan dan Pemanfaatan Data

Dengan pemahaman baru tentang diversitas astrosit, Feng mengatakan timnya akan sangat memperhatikan bagaimana sel-sel ini dipengaruhi oleh gen terkait penyakit yang mereka pelajari dan bagaimana efek tersebut berubah selama perkembangan. Ia juga mencatat bahwa data ekspresi gen dalam atlas dapat digunakan untuk memprediksi interaksi antara astrosit dan neuron. “Ini akan benar-benar memandu eksperimen di masa depan: bagaimana interaksi sel-sel ini dapat bergeser dengan perubahan pada neuron atau perubahan pada astrosit,” katanya.

Laboratorium Feng sangat antusias agar para peneliti lain memanfaatkan data besar yang mereka hasilkan saat membuat atlas mereka. Schroeder menunjukkan bahwa tim menganalisis transkriptom semua jenis sel di wilayah otak yang mereka pelajari, tidak hanya astrosit. Mereka membagikan temuan mereka agar para peneliti dapat menggunakannya untuk memahami kapan dan di mana gen spesifik digunakan di otak, atau menggali lebih dalam untuk lebih menjelajahi diversitas seluler otak. Ini adalah sumber daya yang tak ternilai bagi komunitas ilmiah global, termasuk para ilmuwan di Indonesia, untuk mempercepat penelitian dalam bidang neurosains dan pengembangan pengobatan baru.