Informasi

7.3: Penghambatan Lateral dalam Pola Sistem Saraf - Biologi

7.3: Penghambatan Lateral dalam Pola Sistem Saraf - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tidak semua sel dalam sistem saraf dapat menjadi neuron. Faktanya, dalam sistem saraf pusat kita sendiri, sekitar setengah hingga 3/4 sel adalah sel glial3. Di Drosophila, sel progenitor saraf (neuroblas) hanya sebagian dari semua sel neurectoderm. Neuroblas ini mengekspresikan faktor transkripsi bHLH proneural termasuk gen kompleks Achaete-Scute. Kompleks Achaete-Scute (Ac-Sc) adalah sekelompok 4 gen bHLH yang produk proteinnya membentuk homo- dan hetero-dimer untuk mengatur transkripsi gen neuron. Sel mengekspresikan Ac-Sc delaminasi dari lembaran neurectoderm dan akhirnya menimbulkan neuron4. Sebelum saya merangkum mekanisme mirip pola Turing untuk spesifikasi neuroblas, pertama-tama saya ingin menyebutkan bahwa pembentukan neuroblas Drosophila berbeda dalam satu cara yang sangat penting dari pola Turing tradisional - setiap neuroblas muncul secara terpisah dari neuroblas lainnya. Pola ini tidak terjadi di seluruh jaringan melainkan super lokal, hanya terjadi pada kelompok sel 6-7 dengan hanya satu sel yang menjadi neuron (Gambar 5)5.

Setelah spesifikasi klaster rawan, osilasi acak komponen jalur pensinyalan Notch terjadi hingga satu sel secara acak mengekspresikan tingkat Delta yang lebih tinggi, ligan Notch. Ini mengaktifkan pensinyalan Notch di sel tetangga. Aktivasi jalur pensinyalan Notch menyebabkan ekspresi gen Hes Enhancer-of-split, yang merupakan penekan kompleks AcSc. AcSc biasanya meningkatkan ekspresi Delta, tetapi dalam sel positif Notch ini di mana AcSc tidak aktif, level Delta mulai turun. Di sel positif Delta tetangga, tidak ada Notch yang memberi sinyal untuk mematikan AcSc (karena kurangnya Delta di semua sel tetangga) dan level Delta tetap tinggi. Dengan cara ini, satu sel dalam klaster rawan adalah Delta/AcSc positif dan sel-sel tetangganya adalah Notch/Hes positif6 (Gambar 3). Sistem ini menciptakan satu sel positif Delta di bidang melalui penghambatan lateral. Dalam model Turing, Delta akan menjadi aktivator lokal dan Notch akan menjadi penekan. Delta mengaktifkan ekspresinya sendiri dengan tidak mematikan AcSc dan mengaktifkan Notch di sel tetangga. Berbeda dengan model Turing, Notch dan Delta tidak perlu menyebar agar ini berfungsi, sebaliknya sinyal itu sendiri disebarkan oleh pensinyalan sel-sel.

Morfogen bertingkat, difusi reaksi, dan penghambatan lateral adalah semua cara untuk menghasilkan pola yang berulang (seperti bintik dan garis) atau mempolarisasi jaringan. Jika Anda pernah ke pantai atau mengikuti kursus fisika, Anda tahu bahwa cara lain untuk menghasilkan pola berulang adalah dengan osilator yang mengeluarkan fungsi gelombang. Jika Anda belum mengambil fisika (atau berkarat), cara termudah untuk berpikir tentang gelombang dan osilator adalah dengan membayangkan memegang tali yang diikat ke tiang. Saat Anda menggerakkan lengan ke atas dan ke bawah, Anda bertindak sebagai osilator, bergerak dari posisi tinggi ke posisi rendah. Rentang gerak lengan Anda menentukan ketinggian gelombang. Anda dapat membuat gelombang bergerak lebih cepat (dengan frekuensi yang lebih tinggi) dengan menggerakkan lengan Anda lebih cepat. Kecepatan osilator menentukan kecepatan gelombang bergerak. Jika lengan Anda bergerak terlalu lambat, gelombang akan hancur dengan cepat dan tidak pernah mencapai dinding.

Gelombang dan osilator juga terjadi dalam sistem biologis. Salah satunya adalah osilator segmentasi pada vertebrata. Dalam hal ini ekspresi gen dari gen jalur Notch bertindak sebagai osilator. Model "jam dan muka gelombang" telah diusulkan untuk menggambarkan pola segmental pada vertebrata. Segmentasi mesoderm yang mengelilingi notochord (somit) terjadi dari anterior ke posterior, dengan somit bertunas dari zona posterior mesoderm yang tidak tersegmentasi. Saat somit baru bertunas, somit lama didorong ke depan, sehingga somit paling anterior bertunas lebih dulu. "Jam segmentasi" adalah osilator di mesoderm pra-somit di bagian belakang hewan. Sebuah "gelombang" ekspresi gen kelas hes berjalan melintasi mesoderm presomitic (PSM). Ketika mencapai titik paling anterior dari mesoderm presomitik, ia berhenti dan jaringan terlepas dari PSM. Penanda yang memberi tahu jaringan ketika mereka cukup jauh di anterior berlawanan dengan gradien asam retinoat (RA) di anterior dan FGF di posterior. Ketika gelombang ekspresinya mencapai tingkat rendah/sedang dari setiap molekul gradien, ini menandakan jaringan untuk menjalani somitogenesis (tunas somit)7.

Dalam video di atas, ekspresi gen Hes di PSM berwarna biru dan di somit berwarna merah. Jadi pertanyaan yang mungkin Anda tanyakan sekarang adalah "Bagaimana Dia bertindak sebagai osilator tetapi juga bergerak dalam gelombang?" Gelombang yang Anda lihat dalam video di atas adalah gelombang ekspresi gen. Sel-sel itu sendiri bergerak sangat sedikit. Bayangkan sebuah stadion penuh dengan orang-orang yang melakukan "ombak". Jika gelombang membutuhkan waktu 1 menit untuk mengelilingi stadion, gelombang tersebut dapat disebarkan oleh audiens yang terkoordinasi jika setiap orang mengangkat tangan selama 1 detik setiap menit.

Orang-orang itu sendiri tidak berlari di sekitar stadion, melainkan mereka "berayun-ayun" antara lengan ke atas dan ke bawah. Demikian pula, di PSM setiap sel berosilasi antara Hes on dan Hes off. Sama seperti gelombang stadium, sel menguji lingkungan lokalnya untuk berkoordinasi dengan sel terdekat. Ketika gelombang tiba pada tingkat FGF yang rendah dan tingkat RA yang lebih tinggi, gelombang itu berhenti, seperti gelombang yang menabrak dinding, dan sel-sel dengan pola ekspresi yang cocok akan keluar dari PSM sebagai somit (Gambar 6).

Bagaimana Hes bertindak sebagai osilator dan bagaimana sel berkoordinasi satu sama lain? Kami tidak 100% tahu jawabannya, tetapi ada banyak bukti bahwa Hes adalah osilator intrinsik sel dan jalur Notch (mengendalikan ekspresi Hes) membantu mengoordinasikan sel-sel tetangga. Gen Hes adalah faktor transkripsi dan beberapa gen Hes menghambat ekspresi mereka sendiri. Ketika kadar protein Hes cukup tinggi, tingkat transkripsi turun. mRNA dan protein Hes ini juga memiliki waktu paruh yang pendek, jadi ketika tingkat transkripsi turun, mereka tidak bertahan lama. Saat mRNA dan protein terdegradasi, represi ekspresi Hes dilepaskan dan mRNA dibuat lagi. Tentu saja, ini meningkatkan tingkat protein Hes, yang menekan ekspresi Hes. Dengan cara ini, ekspresinya bertindak sebagai osilator, selama ekspresinya mempertahankan setidaknya tingkat ekspresi yang rendah dan menurun dengan cepat. Pada tikus, degradasi protein terjadi dalam waktu 20 menit. Mutan stabil yang bertahan selama 30 menit telah meredam perilaku osilasi, seperti mengangkat dan menurunkan lengan terlalu lambat saat membuat gelombang tali7. Osilasi adalah sifat intrinsik sel, dapat terjadi dalam kultur sel setelah perawatan serum, tetapi osilasi ini tidak terkoordinasi antar sel - setelah beberapa siklus di mana semua sel menunjukkan periodisitas osilasi yang sama, mereka mulai kehilangan koordinasi dan berosilasi pada mereka panjang gelombang sendiri8,9.

Seperti yang Anda lihat dalam video di atas, sel-sel di mesoderm presomitik cenderung memiliki status osilasi Hes yang sama dengan tetangganya. Ini kemungkinan dikoordinasikan melalui jalur pensinyalan Notch. Seperti yang telah kita lihat, jalur Notch adalah jalur pensinyalan juxtacrine dengan sel-sel di sebelah satu sama lain berkomunikasi melalui reseptor membran sel. Setelah diaktifkan, Notch mengalami pembelahan intramembran dan setengah sitoplasma berjalan ke nukleus di mana ia melepaskan represi pada faktor transkripsi kelas Su(H) untuk mengaktifkan ekspresi gen efektor seperti gen Hes (berbulu/peningkat gen split juga disebut gen Her). Dengan memberi sinyal satu sama lain, sel-sel PSM dapat memberikan umpan balik positif pada tetangga mereka sehingga sel-sel Notch-positif menginduksi pensinyalan Notch di sel sebelah10.


Tonton videonya: SISTEM SARAF PADA MANUSIA (November 2022).