'Musang mutan' menyoroti evolusi otak manusia
Saat menjelajahi perkembangan otak manusia menggunakan model musang mutan, para ilmuwan secara tidak sengaja menemukan petunjuk tentang evolusi otak kita yang terlalu besar.
Manusia diberkati dengan otak yang relatif besar. Dan, selama 7 juta tahun terakhir - rentang waktu singkat dalam evolusi - ukuran otak kita telah tiga kali lipat.
Korteks serebral, lapisan luar yang berbelit-belit dan terlipat, terutama terjadi pada manusia. Persisnya mengapa dan bagaimana otak kita menjadi begitu mewah adalah hal yang diperdebatkan dan buktinya saat ini hanya sedikit.
Menemukan petunjuk tentang pergeseran genetik dan biologis yang terjadi jutaan tahun lalu mirip dengan mencari jarum di tumpukan jerami di sisi lain alam semesta. Namun, sesekali Lady Serendipity tersenyum kepada para ilmuwan.
Baru-baru ini, para peneliti dari sejumlah institusi, termasuk Howard Hughes Medical Institute di Chevy Chase, MD, Yale University di New Haven, CT, dan Boston Children’s Hospital di Massachusetts, melakukan serangkaian penelitian yang mengamati mikrosefali.
Studi mereka membuahkan hasil dan meningkatkan pemahaman kami tentang mikrosefali, tetapi mereka juga mendorong kami lebih dekat ke jarum di tumpukan jerami yang jauh. Temuan mereka baru-baru ini dipublikasikan di jurnal tersebut Alam.
“Saya dilatih sebagai ahli saraf dan mempelajari anak-anak dengan penyakit perkembangan otak,” jelas Dr. Christopher Walsh, dari Rumah Sakit Anak Boston. Saya tidak pernah berpikir saya akan mengintip ke dalam sejarah evolusi umat manusia.
Bagaimana meneliti mikrosefali
Bayi dengan mikrosefali memiliki kepala yang jauh lebih kecil dari biasanya, dan korteks serebralnya tidak terbentuk dengan benar. Kondisi ini seringkali bersifat genetik, meski belakangan ini juga telah dikaitkan dengan virus Zika.
Bagaimana dan mengapa korteks tidak terbentuk dengan benar tidak sepenuhnya dipahami. Salah satu alasan mengapa mengeksplorasi topik ini begitu rumit adalah kurangnya model yang baik; model mouse paling sering digunakan, tetapi tidak sesuai dengan tujuannya.
Otak tikus, seperti yang Anda duga, sangat kecil. Selain itu, tikus tidak menikmati keragaman sel otak yang sama seperti manusia, dan korteksnya jauh lebih mulus.
Gen yang paling sering terlibat dalam mikrosefali adalah gen yang mengkode protein yang dikenal sebagai Aspm. Saat gen ini bermutasi, otak manusia akan berukuran sekitar setengah dari ukuran normal.
Namun, pada tikus tanpa gen - yang disebut tikus knockout Aspm - otak mereka menyusut hanya sepersepuluh. Perubahan yang hampir tidak dapat dideteksi ini tidak banyak berguna bagi para ilmuwan.
Dalam perburuan untuk model mikrosefali yang lebih baik, para peneliti - yang dipimpin oleh Dr. Walsh dan Byoung-Il Bae, dari Universitas Yale - beralih ke musang.
Ini mungkin, pada awalnya, tampak seperti pilihan hewan yang aneh, tetapi masuk akal; musang lebih besar dan memiliki korteks yang kompleks dengan jenis sel yang sama dengan manusia. Juga, seperti tikus, mereka berkembang biak dengan cepat dan bebas.
Seperti yang dijelaskan Dr. Walsh, "Sekilas, musang mungkin tampak pilihan yang lucu, tetapi mereka telah menjadi model penting bagi perkembangan otak selama 30 tahun."
Meskipun musang telah terbukti berguna sebelumnya, sedikit yang diketahui tentang genetika musang, jadi membuat versi knockout Aspm dari hewan tersebut akan menjadi tantangan. Namun, Dr. Walsh tidak terpengaruh; dia mendapatkan dana dan mulai bekerja.
Musang KO Aspm hanyalah musang knockout kedua yang pernah diciptakan manusia.
Seperti yang diharapkan, otak musang knockout Aspm hingga 40 persen lebih kecil dari biasanya, membuatnya lebih dekat dengan versi manusia dari mikrosefali. Dan, seperti halnya mikrosefali manusia, ketebalan korteks tidak berubah.
Petunjuk evolusi otak
Selain merancang model baru dan berguna untuk mikrosefali manusia, para ilmuwan juga menyelami masalah yang jauh lebih sulit: bagaimana kita mengembangkan otak sebesar itu?
Mereka menyelidiki bagaimana hilangnya Apsm berdampak pada otak musang seperti yang terjadi. Cacat ditelusuri kembali ke perubahan dalam cara sel glial radial berperilaku.
Sel glia radial berkembang dari sel neuroepitel, yang merupakan sel induk dari sistem saraf. Ini mampu berkembang menjadi sejumlah jenis sel yang berbeda di korteks.
Dimulai di dekat ventrikel otak yang sedang berkembang, sel glial radial bergerak menuju korteks pembentuk. Saat sel-sel ini bergerak semakin jauh dari titik awalnya, mereka perlahan-lahan kehilangan kemampuannya untuk berkembang menjadi berbagai jenis sel otak.
Tim menemukan bahwa kekurangan Apsm menyebabkan sel glial radial lepas dari ventrikel lebih mudah dan memulai migrasi mereka lebih awal.
Setelah waktunya tidak aktif, rasio sel glial radial dengan jenis sel lain menjadi tidak sedap, mengakibatkan lebih sedikit sel saraf di korteks. Apsm bertindak sebagai pengatur, memutar ke atas atau ke bawah jumlah keseluruhan neuron kortikal. Dan, di sinilah letak petunjuk evolusi otak manusia.
“Alam harus memecahkan masalah mengubah ukuran otak manusia tanpa harus merekayasa ulang semuanya.”
Byoung-Il Bae
Apsm mengubah perkembangan otak dengan cara ini dengan memengaruhi fungsi sentriol, atau struktur seluler yang terlibat dalam pembelahan sel. Tanpa Apsm, sentriol tidak melakukan tugasnya dengan benar.
Baru-baru ini, beberapa gen yang terlibat dalam pengaturan protein sentriol, termasuk Apsm, telah mengalami perubahan evolusioner. Dr. Walsh percaya bahwa mungkin gen inilah yang membedakan kita dari simpanse, atau sepupu jauh kita, Neanderthal.
“Masuk akal dalam retrospeksi,” kata Dr. Walsh. “Gen yang menyatukan otak kita selama perkembangan pastilah gen yang diubah evolusi untuk membuat otak kita lebih besar.”
Dengan mengubah satu gen ini, migrasi sel glial radial dapat diubah dan korteks dapat membesar. Studi ini memberikan model baru untuk mikrosefali dan wawasan baru tentang asal mula otak kita yang menggembung.
