Ahli biologi Brown University telah menemukan molekul baru dalam lalat buah yang merupakan kunci untuk pertukaran informasi yang diperlukan untuk membangun sayap dengan benar. Mereka juga telah menemukan bukti bahwa protein analog mungkin ada pada orang dan mungkin terkait dengan masalah seperti bibir sumbing, atau kegagalan ovarium prematur.
PROVIDENCE, R.I. - Ketika mereka bekerja bersama untuk membentuk bagian tubuh, sel-sel dalam organisme berkembang berkomunikasi seperti pekerja di lokasi konstruksi. Penemuan molekul pensinyalan baru dalam lalat oleh ahli biologi Brown University tidak hanya membantu menjelaskan bagaimana sel-sel banyak mengangkut, tetapi juga memberikan petunjuk baru bagi para peneliti yang mempelajari bagaimana perkembangan manusia berjalan serba salah, misalnya dalam kasus bibir sumbing dan langit-langit.
Untuk semua keragaman kehidupan, sel-sel hewan hanya menggunakan satu set kecil protein untuk sinyal lokasi kerja yang mengoordinasikan konstruksi. Untuk alasan itu, kata Kristi Wharton, profesor biologi molekuler, biologi sel dan biokimia, mempelajari protein dan jalur dalam lalat buah ini dapat memungkinkan para ahli biologi dan dokter untuk menjelaskan bagaimana perkembangan dan proses seluler lainnya terjadi pada beragam makhluk dan jaringan.
Kristi Wharton mempelajari protein “glass-bottom boat”, yang memungkinkan organisme membentuk jaringan menjadi sayap, tangan, organ, dan yang lainnya. Kredit Gambar: Mike Cohea / Brown University
"Kami tertarik pada bagaimana pola bentuk tangan atau bagaimana pola bentuk sayap," kata Wharton. "Bagaimana sel tahu posisinya di jaringan yang sedang berkembang?"
Pada manusia, keluarga kunci dari molekul pensinyalan yang membawa s adalah protein morfogenik tulang (BMPs). Dalam lalat buah, protein yang langsung dianalogikan membawa nama "kapal berbahan dasar kaca" (Gbb), karena bentuk mutan membuat larva tampak jernih alih-alih putih susu. Sampai saat ini, kebijaksanaan konvensional adalah bahwa pensinyalan berasal dari bentuk lalat BMP yang dikenal sebagai Gbb15.
"Pemikiran untuk waktu yang lama adalah bahwa protein yang lebih kecil ini adalah satu-satunya produk yang terbentuk dan penting untuk pensinyalan," kata Wharton. "Tapi kami menemukan bentuk lain dari molekul pensinyalan ini yang sebelumnya tidak diketahui."
Wharton dan mantan rekan postdoctoral Takuya Akiyama memperkenalkan molekul baru, Gbb38, dalam jurnal Science Signaling edisi 3 April. Eksperimen menunjukkan bahwa pada jaringan di mana ia berlimpah, terutama bagian sayap, Gbb38 terbukti bertanggung jawab untuk aktivitas pensinyalan yang lebih banyak daripada Gbb15, dan tampak sangat penting untuk membawa sinyal jarak jauh.
Kemungkinan tautan ke manusia
Selain temuan pada lalat, Akiyama menemukan bahwa mutasi pada gen untuk membuat BMP pada manusia yang secara langsung mencerminkan kode genetik untuk membuat Gbb38 pada lalat, terjadi pada orang dengan bibir sumbing (dengan atau tanpa sumbing langit-langit), dan gangguan reproduksi kegagalan ovarium prematur dan sindrom saluran Mullerian persisten. Dengan kata lain, mutasi yang mengganggu produksi Gbb38 pada lalat, analog dengan mutasi yang terkait dengan gangguan perkembangan pada jaringan yang berbeda pada manusia.
Analisis genetik tidak membuktikan bahwa mutasi yang menghambat produksi protein pensinyalan analog pada manusia akan menjadi penyebab penyakit tersebut, kata Wharton. Faktanya, BMP bentuk panjang seperti Gbb38 belum ditemukan pada manusia. Tetapi penemuan baru setidaknya menyarankan perlunya penelitian untuk menyelidiki hubungan itu, mungkin pertama pada tikus, katanya.
Manfaat potensial lain dari penemuan ini, katanya, adalah menemukan analog Gbb38 pada manusia dapat meningkatkan penggunaan BMP saat ini sebagai terapi untuk perbaikan tulang, fusi tulang belakang, dan rekonstruksi cacat tulang maksilofasial.
"Jika bentuk besar dari BMP manusia memang ada, yang disarankan oleh tiga mutasi manusia, maka mereka bisa menjadi alternatif yang sangat berguna untuk BMP pendek karena bentuk besar lebih aktif dalam hal pensinyalan dan memiliki sifat yang berbeda secara in vivo," "Kata Wharton.
Penemuan di sayap
Dalam makalah baru, dibantu oleh antibodi yang disediakan oleh penulis kedua Guillermo Marques dari University of Alabama, Akiyama dan Wharton dapat menemukan Gbb38 karena mereka pertama kali bertanya apa yang terjadi ketika mereka mengganggu penciptaan Gbb15. Ketika mereka melakukan itu, dengan memutasikan instruksi genetik yang memberi tahu enzim di mana untuk memotong Gbb15 dari protein yang lebih lama, mereka memperhatikan bahwa aktivitas pensinyalan hanya sedikit dikurangi dan bukannya hilang sama sekali seperti yang diprediksi oleh kebijaksanaan konvensional.
Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa ada tempat lain di mana enzim dapat memotong untuk membuat protein. Pemotongan di tempat itu menghasilkan protein Gbb38 yang lebih panjang. Ketika mereka memotong belahan itu dalam lalat, para peneliti menemukan bahwa pensinyalan secara signifikan terhambat. Pengurangan total dalam pensinyalan berasal dari menginterupsi baik Gbb15 dan Gbb38.
Di daerah jaringan sayap lokal, sementara itu, Akiyama menemukan bahwa mengganggu Gbb15 memiliki konsekuensi untuk pensinyalan hanya di antara sel-sel tetangga. Mengganggu Gbb38, sementara itu, membuat pensinyalan lokal tetap utuh, tetapi menciptakan masalah secara signifikan lebih jauh.
"Protein kecil tidak bergerak sangat jauh di jaringan," kata Wharton. “Tapi kami menemukan protein besar memiliki rentang yang sangat panjang. Itu mungkin memberikan satu jawaban untuk pertanyaan lama tentang apa yang mengatur kisaran molekul pensinyalan ini. ”
Pandangan untuk ahli biologi perkembangan, oleh karena itu, mungkin memang lebih jelas dalam kapal kaca-bawah yang lebih besar.
Institut Nasional Ilmu Kedokteran Umum mendanai penelitian ini.