Pilihan peta ekspresi gen yang sekarang telah dimasukkan dalam atlas Max Planck Zebrafish Brain (mapzebrain). Para peneliti memetakan ekspresi gen di seluruh otak ikan zebra pada resolusi sel tunggal. Kredit: Institut Max Planck untuk Kecerdasan Biologis / Inbal Shainer, Enrico Kuehn
Saat seseorang melakukan perjalanan melalui medan yang berat, peta menjadi berguna. Mereka juga membantu para peneliti untuk mempelajari organisasi otak yang kompleks. Para ilmuwan di Institut Max Planck untuk Kecerdasan Biologis telah membuat satu set peta baru untuk otak ikan zebra. Mereka menentukan aktivitas ratusan gen dengan resolusi sel tunggal dan menyusun peta menjadi atlas interaktif. Sumber daya daring ini mendukung para peneliti dalam menemukan jalan mereka di sekitar otak vertebrata ini dan memberikan wawasan baru tentang struktur dan fungsi saraf.
Karya tersebut diterbitkan dalam jurnal Science Advances.
Jaringan sel otak (neuron) yang rumit memungkinkan ikan zebra merasakan lingkungannya, menemukan makanan atau pasangan kawin, dan melarikan diri dari pemangsa. Semua sel ini menyimpan informasi genetik yang sama, namun mereka berspesialisasi dalam fungsi yang berbeda. Ekspresi gen tertentu—proses penyalinan informasi genetik ke dalam messenger RNA dan menerjemahkannya menjadi protein—yang menentukan bentuk, konektivitas, dan peran neuron dalam perilaku. Neuron dengan sifat serupa termasuk dalam tipe yang sama. Diperkirakan ada ratusan, jika tidak ribuan, dari berbagai jenis otak ikan. Angka yang sama berlaku untuk otak manusia.
Mengetahui gen mana yang diekspresikan dan di mana membantu peneliti untuk memahami bagaimana fungsi otak dan bagaimana mengontrol perilaku ikan zebra. Namun, jenis sel saraf yang mendasari perilaku tertentu terkenal sulit diurai, dan peta yang membantu para ilmuwan menemukan jalan di sekitar otak memiliki banyak titik kosong.
“Kami sebelumnya hanya memiliki informasi terbatas tentang ekspresi gen di otak ikan zebra,” jelas Inbal Shainer, seorang peneliti postdoctoral di departemen Herwig Baier. “Data beresolusi rendah dan tidak dapat digabungkan dengan tipe sel terbaru dan peta struktur otak. Pekerjaan kami sekarang mengisi celah ini.”
Untuk mengurangi titik kosong pada peta yang ada, Inbal Shainer, Enrico Kuehn, dan rekan mereka menggunakan metode yang membuat ekspresi gen individu terlihat di bawah mikroskop. Metode ini cukup sensitif untuk mendeteksi perbedaan ekspresi gen di seluruh otak ikan zebra pada resolusi yang sangat tinggi—sampai ke tingkat sel tunggal.
Dari data yang diperoleh, para peneliti menyiapkan peta ekspresi untuk setiap gen dan menggabungkan ratusan peta tersebut menjadi sebuah atlas. Atlas ekspresi gen baru terintegrasi dengan data yang ada dari atlas Max Planck Zebrafish Brain (mapzebrain), yang berisi informasi tentang struktur otak, jenis sel, dan hubungan antar sel. Dengan melihat ciri-ciri ini dan gabungan ekspresi gen, para ilmuwan dapat memperoleh gambaran yang lebih holistik tentang bagaimana informasi diproses di otak ikan zebra.
Misalnya, para peneliti mempelajari bagaimana rangsangan lingkungan mengubah ekspresi gen cfos — penanda sel saraf yang sangat aktif. Ketika seekor ikan zebra muda mengambil makanan, ekspresi gen cfos meningkat di area otak yang mendeteksi mangsa dan mengontrol gerakan berburu, tetapi juga di sekelompok sel yang terhubung ke hipotalamus lateral, area otak yang terlibat dalam memberi sinyal rasa lapar dan kenyang. .
“Memasukkan ekspresi gen ke dalam mapzebrain telah memberi kami wawasan baru yang menarik. Eksperimen lanjutan akan menunjukkan apakah sel yang kami temukan memang memunculkan sinyal kenyang,” kata Enrico Kuehn, ahli biologi molekuler di departemen Herwig Baier.
Atlas ikan zebra adalah alat daring sumber terbuka, dan komunitas riset terus menyumbangkan data ke kumpulan data yang ada. Ilmuwan dapat memeriksa dan menganalisis gambar secara online, mengunduhnya ke perangkat mereka, atau menghubungkan atlas dengan alat online lainnya.
Para peneliti di departemen Herwig Baier optimis bahwa mapzebrain atlas akan terus berkembang, karena lebih banyak gen dan peta sel otak yang lebih rinci ditambahkan. Sebagai langkah selanjutnya, tim bertujuan untuk memasukkan informasi tentang sirkuit saraf yang baru-baru ini diperoleh dengan mikroskop elektron. “Menggabungkan kumpulan data yang berbeda memungkinkan komunitas penelitian ikan zebra untuk mendapatkan wawasan yang sama sekali baru tentang dasar genetik fungsi otak. Ini akan memungkinkan kita untuk lebih memahami bagaimana otak berkembang dan bagaimana mereka beroperasi,” Inbal Shainer menyimpulkan.
Informasi lebih lanjut: Inbal Shainer et al, Atlas ekspresi gen resolusi sel tunggal dari otak ikan zebra larva, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade9909
Disediakan oleh Masyarakat Max Planck
Kutipan: Memetakan wilayah yang tidak diketahui di otak ikan zebra untuk mendapatkan wawasan tentang struktur saraf (2023, 22 Februari) diambil 22 Februari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-02-unknown-territory-zebrafish-brain-gain. html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.