ANI |
Diperbarui: 03 Jan 2023 12:47 IST
Boston [US], 3 Januari (ANI): Banyak gen dan jalur seluler diaktifkan saat sel melakukan aktivitas sehari-hari. Sejarah kejadian ini kini telah dicatat oleh sel-sel dalam rantai protein panjang yang dapat dilihat di bawah mikroskop cahaya berkat upaya para ahli teknologi MIT.
Blok bangunan yang menyandikan aktivitas biologis tertentu terus ditambahkan oleh sel yang telah diprogram untuk membuat rangkaian ini. Kemudian, molekul fluoresen dapat ditambahkan ke rantai protein yang dipesan, yang kemudian dapat dibaca di bawah mikroskop untuk merekonstruksi urutan kejadian.
Teknik ini dapat membantu menjelaskan langkah-langkah yang mendasari proses seperti pembentukan memori, respons terhadap terapi obat, dan ekspresi gen.
“Ada banyak perubahan yang terjadi pada skala organ atau tubuh, selama berjam-jam hingga berminggu-minggu, yang tidak dapat dilacak dari waktu ke waktu,” kata Edward Boyden, Profesor Y. Eva Tan di Neuroteknologi, seorang profesor teknik biologi dan otak dan kognitif. sains di MIT, penyelidik Howard Hughes Medical Institute, dan anggota McGovern Institute for Brain Research MIT dan Koch Institute for Integrative Cancer Research.
Jika teknik ini dapat diperluas untuk bekerja dalam periode waktu yang lebih lama, itu juga dapat digunakan untuk mempelajari proses seperti penuaan dan perkembangan penyakit, kata para peneliti.
Boyden adalah penulis senior studi tersebut, yang muncul hari ini di Nature Biotechnology. Changyang Linghu, mantan Rekan Postdoctoral J. Douglas Tan di Institut McGovern, yang sekarang menjadi asisten profesor di Universitas Michigan, adalah penulis utama makalah ini.
Sistem biologis seperti organ mengandung berbagai jenis sel, yang semuanya memiliki fungsi yang berbeda. Salah satu cara untuk mempelajari fungsi ini adalah dengan mencitrakan protein, RNA, atau molekul lain di dalam sel, yang memberi petunjuk tentang apa yang dilakukan sel. Namun, sebagian besar metode untuk melakukan ini hanya menawarkan sekilas satu saat, atau tidak bekerja dengan baik dengan populasi sel yang sangat besar.
“Sistem biologis sering terdiri dari sejumlah besar jenis sel yang berbeda. Misalnya, otak manusia memiliki 86 miliar sel,” kata Linghu. “Untuk memahami sistem biologis semacam itu, kita perlu mengamati peristiwa fisiologis dari waktu ke waktu dalam populasi sel yang besar ini.”
Untuk mencapai itu, tim peneliti mendapatkan ide untuk merekam peristiwa seluler sebagai rangkaian subunit protein yang terus ditambahkan ke rantai. Untuk membuat rantai mereka, para peneliti menggunakan subunit protein yang direkayasa, yang biasanya tidak ditemukan dalam sel hidup, yang dapat berkumpul sendiri menjadi filamen panjang.
Para peneliti merancang sistem yang dikodekan secara genetik di mana salah satu subunit ini terus diproduksi di dalam sel, sementara yang lain dihasilkan hanya ketika peristiwa tertentu terjadi. Setiap subunit juga mengandung peptida yang sangat pendek yang disebut tag epitope — dalam hal ini, para peneliti memilih tag yang disebut HA dan V5. Masing-masing tag ini dapat berikatan dengan antibodi fluoresen yang berbeda, membuatnya mudah untuk memvisualisasikan tag nanti dan menentukan urutan subunit protein.
Untuk studi ini, para peneliti membuat produksi kontingen subunit yang mengandung V5 pada aktivasi gen yang disebut c-fos, yang terlibat dalam pengkodean memori baru. Subunit bertanda HA membuat sebagian besar rantai, tetapi setiap kali tag V5 muncul di rantai, itu berarti c-fos diaktifkan selama waktu itu.
“Kami berharap dapat menggunakan jenis perakitan sendiri protein ini untuk merekam aktivitas di setiap sel,” kata Linghu. “Ini bukan hanya snapshot dalam waktu, tetapi juga mencatat sejarah masa lalu, seperti bagaimana lingkaran pohon dapat menyimpan informasi secara permanen dari waktu ke waktu saat kayu tumbuh.”
Dalam penelitian ini, para peneliti pertama kali menggunakan sistem mereka untuk merekam aktivasi c-fos pada neuron yang tumbuh di piringan laboratorium. Gen c-fos diaktifkan oleh aktivasi neuron yang diinduksi secara kimia, yang menyebabkan subunit V5 ditambahkan ke rantai protein.
Untuk mengeksplorasi apakah pendekatan ini dapat bekerja di otak hewan, para peneliti memprogram sel otak tikus untuk menghasilkan rantai protein yang akan mengungkapkan kapan hewan tersebut terpapar obat tertentu. Belakangan, para peneliti dapat mendeteksi paparan itu dengan mengawetkan jaringan dan menganalisisnya dengan mikroskop cahaya.
Para peneliti merancang sistem mereka menjadi modular sehingga tag epitop yang berbeda dapat ditukar, atau jenis peristiwa seluler yang berbeda dapat dideteksi, termasuk, pada prinsipnya, pembelahan sel atau aktivasi enzim yang disebut protein kinase, yang membantu mengontrol banyak jalur seluler.
Para peneliti juga berharap untuk memperpanjang periode pencatatan yang bisa mereka capai. Dalam penelitian ini, mereka merekam kejadian selama beberapa hari sebelum pencitraan jaringan. Ada pertukaran antara jumlah waktu yang dapat direkam dan resolusi waktu, atau frekuensi perekaman peristiwa karena panjang rantai protein dibatasi oleh ukuran sel.
“Jumlah total informasi yang dapat disimpannya adalah tetap, tetapi pada prinsipnya kami dapat memperlambat atau meningkatkan kecepatan pertumbuhan rantai,” kata Linghu. “Jika kami ingin merekam untuk waktu yang lebih lama, kami dapat memperlambat sintesis sehingga mencapai ukuran sel di dalamnya, katakanlah dua minggu. Dengan cara itu, kami dapat merekam lebih lama, tetapi dengan resolusi waktu yang lebih sedikit.”
Para peneliti juga sedang mengerjakan rekayasa sistem sehingga dapat merekam berbagai jenis peristiwa dalam rangkaian yang sama, dengan meningkatkan jumlah subunit berbeda yang dapat digabungkan. (ANI)
