Stem Cells dalam Hippocampus Bereaksi dengan “Mendengarkan” pada Neuron Terdekat

Penelitian baru dari ahli saraf di John Hopkins menjelaskan bagaimana sel induk yang ditemukan pada hippocampus tikus dewasa dapat bereaksi dengan “mendengarkan” pada komunikasi kimia antara neuron terdekat.

Bekerja dengan tikus, peneliti Johns Hopkins mengatakan mereka telah menemukan bagaimana sel-sel induk bandar bola yang ditemukan di bagian otak yang bertanggung jawab untuk belajar, memori dan pengaturan suasana hati memutuskan untuk tetap aktif atau membuat sel-sel otak baru. Rupanya, sel-sel induk “mendengarkan” pada komunikasi kimia antara neuron terdekat untuk mendapatkan ide tentang apa yang menekankan sistem dan kapan mereka perlu bertindak.

Para peneliti mengatakan memahami proses pensinyalan kimia ini dapat menjelaskan bagaimana otak bereaksi terhadap lingkungannya dan bagaimana cara kerja antidepresan saat ini, karena pada hewan obat-obatan ini telah terbukti meningkatkan jumlah sel otak. Temuan ini dilaporkan 29 Juli dalam publikasi online lanjutan Nature.

“Apa yang kami pelajari adalah bahwa sel-sel induk otak tidak berkomunikasi dengan cara resmi yang dilakukan neuron, melalui sinapsis atau secara langsung saling memberi sinyal,” kata Hongjun Song, Ph.D., profesor neurologi dan direktur Institut Kedokteran Johns Hopkins untuk Program Stem Cell Engineering Cell. “Sinapsis, seperti ponsel, memungkinkan sel-sel saraf untuk berbicara satu sama lain. Sel punca tidak memiliki sinapsis, tetapi eksperimen kami menunjukkan mereka secara tidak langsung mendengar neuron berbicara satu sama lain; itu seperti mendengarkan seseorang di dekat Anda berbicara di telepon. ”

“Percakapan tidak langsung” yang terdeteksi oleh sel induk terdiri atas pesan kimia yang didorong oleh output neurotransmiter yang bocor dari sinaps saraf, struktur di ujung sel otak yang memfasilitasi komunikasi. Neurotransmitter ini, yang dilepaskan dari satu neuron dan dideteksi oleh satu neuron lain, memicu penerimaan neuron untuk mengubah muatan listrik mereka, yang menyebabkan neuron untuk menembakkan pulsa listrik yang menyebarkan komunikasi atau untuk menenangkan, memadamkan pesan lebih lanjut.

Untuk mengetahui sel punca otak neurotransmitter yang dapat dideteksi, para peneliti mengambil jaringan otak tikus, menyambungkan elektroda ke sel punca dan mengukur perubahan dalam muatan listrik setelah penambahan neurotransmitter tertentu. Ketika mereka memperlakukan sel induk dengan neurotransmitter GABA – produk penghambat sinyal yang diketahui, muatan listrik sel punca berubah, menunjukkan bahwa sel punca dapat mendeteksi pesan GABA.

Untuk mengetahui pesan apa yang diberikan GABA kepada sel-sel induk otak, para ilmuwan menggunakan tipuan genetik untuk menghapus gen reseptor GABA – protein pada permukaan sel yang mendeteksi GABA – hanya dari sel induk otak. Pengamatan mikroskopis dari sel induk otak yang kekurangan reseptor GABA selama lima hari menunjukkan sel-sel ini bereplikasi sendiri, atau memproduksi sel glia – mendukung sel untuk neuron di otak. Sel induk otak dengan reseptor GABA mereka utuh tetap sama, tidak membuat lebih banyak sel.

Selanjutnya, tim ini memperlakukan tikus normal dengan valium, sering digunakan sebagai obat anti-kecemasan dan dikenal bertindak seperti GABA dengan mengaktifkan reseptor GABA ketika kontak dengan mereka. Para ilmuwan memeriksa tikus pada hari kedua dan ketujuh dari penggunaan valium dan menghitung jumlah sel induk otak pada tikus yang tidak diobati dan tikus yang diobati dengan aktivator GABA. Mereka menemukan tikus yang dirawat memiliki lebih banyak sel induk yang dorman daripada tikus yang tidak diobati.

“Secara tradisional, GABA memberitahu neuron untuk dimatikan dan tidak terus menyebarkan pesan ke neuron lain,” kata Song. “Dalam hal ini neurotransmitter juga menutup sel-sel induk dan membuat mereka tidak aktif.”

Populasi sel induk otak pada tikus (dan mamalia lainnya, termasuk manusia) dikelilingi oleh sebanyak 10 jenis neuron yang saling bercampur, kata Song, dan jumlah ini mungkin membuat sel-sel induk tidak aktif. Untuk mengetahui neuron mana yang mengendalikan sel induk, para peneliti memasukkan protein pengaktif cahaya khusus ke dalam neuron yang memicu sel untuk mengirimkan pulsa listrik, serta melepaskan neurotransmitter, ketika cahaya bersinar pada mereka. Dengan menyinari untuk mengaktifkan jenis neuron spesifik dan memantau sel induk dengan elektroda, tim Song menunjukkan bahwa salah satu dari tiga jenis neuron yang diuji mentransmisikan sinyal ke sel punca menyebabkan perubahan muatan listrik di sel induk. Neuron yang mengirim pesan sel punca adalah interneuron yang mengungkapkan parvalbumin.

Akhirnya, untuk melihat apakah mekanisme kontrol sel induk ini selaras dengan apa yang mungkin dialami hewan, para ilmuwan menciptakan stres untuk tikus normal dengan mengisolasi mereka secara sosial, dan melakukan hal yang sama pada tikus yang kekurangan reseptor GABA di sel induk otak mereka. Setelah seminggu, tikus normal yang terisolasi secara sosial mengalami peningkatan jumlah sel induk dan sel glia. Tetapi tikus yang terisolasi secara sosial tanpa reseptor GABA tidak menunjukkan peningkatan.

“Komunikasi GABA dengan jelas menyampaikan informasi tentang pengalaman sel-sel otak di dunia luar, dan, dalam hal ini, menjaga sel induk otak tetap ada, jadi jika kita tidak membutuhkannya, kita tidak menggunakannya,” kata Song .

Penulis lain di koran termasuk Juan Song, Chun Zhong, Michael Bonaguidi, Gerald Sun, Derek Hsu, Kimberly Christian dan Guo-li Ming dari Johns Hopkins University, Yan Gu dan Shaoyu Ge dari State University of New York di Stony Brook, Konstantinos Meletis dari Institut Karolinska, Z. Josh Huang dan Grigori Enikolopov dari Laboratorium Cold Spring Harbor, Karl Deisseroth dari Universitas Stanford dan Bernhard Luscher dari Pennsylvania State University.