Peneliti Stanford Menelusuri Asal Otak ke Dua Garis Keturunan Embrio

Temuan tim Stanford Medicine menantang gambaran sederhana bahwa seluruh otak mula-mula terbentuk dari satu kelompok sel saraf awal, lalu perlahan dibagi menjadi wilayah depan dan belakang. Menurut penelitian ini, sejak tahap sangat dini terdapat dua program progenitor yang berbeda dan tidak saling tumpang tindih: garis keturunan yang mengekspresikan Otx2 untuk membentuk otak depan serta otak tengah, dan garis keturunan yang mengekspresikan Gbx2 yang berkomitmen membentuk otak belakang. 1

Bukan berarti manusia dewasa memiliki dua otak yang terpisah. Otak depan, otak tengah, dan batang otak tetap saling terhubung serta bekerja bergantung satu sama lain. Klaim studi ini secara khusus menyangkut asal perkembangan embrio: bagian depan/tengah dan bagian belakang tampaknya menempuh rute pembentukan yang berbeda sejak awal.

Dua populasi sel sudah tampak pada embrio tikus

Para peneliti mengamati embrio tikus pada masa gastrulasi, yaitu tahap amat awal ketika rencana dasar tubuh dan jaringan mulai ditetapkan. Mereka menemukan populasi ektoderm saraf bagian anterior yang ditandai oleh Otx2, dengan keturunan sel yang akan menjadi otak depan dan otak tengah. Di bagian posterior, mereka menemukan populasi bertanda Gbx2 yang ditujukan untuk menjadi otak belakang. Kedua populasi itu dilaporkan tidak pernah bertumpang tindih pada tahap paling awal yang diperiksa. 1

Hasil ini mendukung model spesifikasi paralel: alih-alih satu prekursor saraf yang baru kemudian diberi identitas depan atau belakang, program untuk otak depan/tengah dan program untuk otak belakang sudah berbeda sejak awal.

Perbedaan kromatin memperkuat bukti

Tim juga memeriksa kromatin, yakni cara DNA dikemas dan diakses di dalam sel. Kondisi kromatin memengaruhi gen mana yang dapat digunakan sebuah sel.

Ektoderm saraf anterior dan posterior memperlihatkan keadaan kromatin yang berbeda. Dalam penafsiran para peneliti, perbedaan ini menandakan komitmen perkembangan yang terpisah: sel terkait Otx2 dan sel terkait Gbx2 bukan sekadar sel yang dapat dipertukarkan lalu diarahkan berbeda oleh sinyal pada tahap berikutnya.

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa Otx2 dan Gbx2 menandai wilayah yang berlawanan di sekitar calon batas otak tengah–otak belakang. Otx2 diperlukan bagi perkembangan otak depan dan otak tengah, sedangkan Gbx2 diperlukan bagi bagian anterior otak belakang. Studi baru ini menempatkan pemisahan tersebut pada populasi progenitor yang sangat awal. 1

Mengapa ini penting bagi riset sel batang

Implikasi praktisnya terlihat dalam upaya membuat neuron motorik otak belakang dari sel batang pluripoten manusia. Jika identitas otak belakang memang muncul melalui rute Gbx2 yang terpisah, memulai dari progenitor saraf tipe anterior lalu berusaha mendorongnya menjadi lebih posterior mungkin melewati batas perkembangan yang penting.

Karena itu, para peneliti mengarahkan sel batang manusia melalui program perkembangan posterior. Stanford Medicine melaporkan bahwa strategi ini menghasilkan neuron motorik otak belakang manusia yang fungsional secara in vitro atau di laboratorium. Sel tersebut dapat menembakkan potensial aksi dan menunjukkan ciri molekuler yang berkaitan dengan wilayah otak belakang yang terlibat dalam pengendalian gerak wajah dan menelan. 1

Peluang model yang lebih tepat untuk penyakit batang otak

Neuron motorik otak belakang relevan untuk mempelajari kondisi yang dapat mengganggu fungsi batang otak, termasuk atrofi otot spinal (spinal muscular atrophy atau SMA) dan ALS. Gangguan pada area ini dapat memengaruhi fungsi seperti menelan dan bernapas.

Namun, temuan ini bukan terapi dan tidak membuktikan bahwa sel hasil kultur sepenuhnya meniru seluruh proses penyakit. Nilai langsungnya adalah menyediakan model perkembangan yang lebih spesifik untuk menyelidiki mekanisme penyakit serta menguji kerentanan jenis neuron tertentu.

Jejak evolusi yang sangat tua

Tim turut melaporkan pola organisasi dua asal anterior–posterior yang sebanding pada embrio ayam, ikan zebra, dan cacing akorn—kerabat deuterostoma yang jauh dari vertebrata. Berdasarkan perbandingan tersebut, mereka menyimpulkan bahwa pola dasar ini kemungkinan sangat tua secara evolusioner, sekitar 550 juta tahun. 1

Kesimpulan evolusioner itu merupakan inferensi dari kesamaan organisasi perkembangan pada hewan-hewan tersebut, bukan pernyataan bahwa otak modern mereka identik. Yang tampaknya dipertahankan adalah logika dasarnya: program saraf anterior dan posterior yang terpisah bersama-sama membangun sistem saraf yang terintegrasi.