Rambu-rambu protein memandu pembentukan koneksi saraf
Sel dalam sistem optik Drosophila. Kredit: Laboratorium Zinn

Otak kompleks memiliki sel-sel saraf yang saling berhubungan memproses gambar-gambar visual, mengingat kembali ingatan, mengontrol fungsi motorik, dan mengoordinasi banyak fungsi lainnya. Tujuan utama ilmu saraf adalah memahami bagaimana otak “terhubung” —dengan kata lain, bagaimana semua neuronnya tahu bagaimana mereka harus terhubung satu sama lain untuk mencapai fungsi optimal?

Lalat buah Drosophila melanogaster adalah sistem model yang ideal untuk memahami bagaimana informasi genetika mengendalikan kabel saraf karena Drosophila memiliki otak yang sudah tertanam, yang berarti bahwa koneksi saraf pada otak dua lalat rata-rata kemungkinan akan hampir identik. Menjadi hampir identik bukan berarti otak Drosophila itu sederhana. Ada 60.000 sel otak di daerah lobus optik lalat saja. Bagaimana setiap neuron mengetahui koneksi mana yang harus dibuat saat otak berkembang?

Sekarang, para peneliti Caltech telah menentukan bagaimana bagian dari sistem visual lalat terbentuk, bagian penting dalam memahami konektivitas otak.

Sebuah makalah yang menggambarkan penelitian muncul di jurnal eLife . Pekerjaan itu dilakukan di laboratorium Kai Zinn, Howard dan Gwen Laurie Smits Profesor Biologi. Zinn adalah anggota fakultas terafiliasi dengan Caltech’s Tianqiao dan Chrissy Chen Institute for Neuroscience.

Pada 1960-an, ahli saraf Caltech dan Pemenang Nobel Roger Sperry mengusulkan bahwa perakitan sirkuit saraf dipandu oleh interaksi antara protein permukaan sel — protein yang berada di permukaan luar neuron dan sel lainnya. Hipotesis Sperry, yang didasarkan pada eksperimennya pada jalur optik pada katak dan otak ikan, adalah bahwa protein ini bertindak seperti rambu-rambu, memberi label neuron individu di otak sebagai target yang tepat untuk neuron di mata. Karya baru dari laboratorium Zinn mengidentifikasi protein permukaan otak dan sel mata di Drosophila yang memiliki fungsi rambu ini.

Beberapa tahun yang lalu, para peneliti di Stanford dan dalam kelompok Zinn di Caltech menyatakan masing-masing dari 200 protein permukaan sel Drosophila yang berbeda dalam cawan laboratorium dan mengkarakterisasi semua reaksi yang mengikat di antara protein-protein ini yang terjadi dalam tabung reaksi (sekitar 40.000 kemungkinan kombinasi).

Pekerjaan tersebut mengungkapkan bahwa dua keluarga protein permukaan sel, yang dijuluki Dprs dan DIP, memiliki afinitas khusus satu sama lain dan anggota dari kedua keluarga tersebut ditemukan di permukaan neuron. Para peneliti di laboratorium Zinn telah berusaha memahami bagaimana interaksi ini berperan dalam perkembangan saraf.

Penelitian yang dijelaskan dalam makalah eLife berfokus pada pasangan Dpr-DIP tertentu, Dpr11 dan DIP-gamma, yang terjadi di salah satu sirkuit saraf yang memungkinkan Drosophila untuk melihat warna. Protein Dpr11 ditemukan pada fotoreseptor tertentu yang memproses sinar ultraviolet dan membuat koneksi ke tipe sel tertentu (neuron target) yang mengekspresikan DIP-gamma. Para peneliti mempelajari bagaimana sirkuit saraf ini memastikan bahwa masing-masing fotoreseptor dicocokkan dengan pasangan yang tepat selama perakitan. Mereka menemukan bahwa, ketika koneksi saraf sedang dibuat dalam sistem visual yang berkembang, neuron target dihasilkan secara berlebihan dan bersaing untuk mitra fotoreseptor mereka. Pencocokan ini dimungkinkan karena interaksi antara Dpr11 pada fotoreseptor dan DIP-gamma pada neuron target. Jadi, jika kedua protein tidak diekspresikan (seperti halnya, misalnya, pada lalat dengan mutasi pada gen dpr11 atau DIP-gamma), neuron target mati dan sirkuit saraf tidak berkembang dengan benar. Analisis koneksi saraf pada lalat mutan menunjukkan bahwa mereka harus memiliki cacat dalam penglihatan warna.

Meskipun para peneliti telah menemukan bahwa pasangan Dpr / DIP spesifik ini sangat penting untuk pembentukan sirkuit saraf yang tepat, setiap neuron yang diberikan mengekspresikan sekitar 250 protein permukaan-sel yang berbeda, membuat analisis tentang bagaimana protein permukaan-sel mengontrol konektivitas sangat kompleks. Pekerjaan di masa depan akan terus mempelajari bagaimana konektivitas sinaptik ditentukan oleh pasangan antara Dprs dan DIPs dan protein permukaan sel lainnya, dengan tujuan akhir memahami informasi yang diperlukan untuk membuat seluruh diagram pengkabelan otak lalat .

Sebuah makalah yang menggambarkan penelitian ini berjudul “Interaksi antara Dpr11 dan pemilihan kontrol DIP-of neuron amacrine di sirkuit penglihatan warna Drosophila.”

oleh Lori Dajose, Institut Teknologi California

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *