Mengapa Manusia Tumbuh Berkembang lebih Lambat daripada Hewan lainnya Seperti Tikus?

Sebuah penelitain oleh Para ilmuwan dari jepang dan barcelona spanyol menemukan bahwa ‘jam segmentasi’ atau jaringan genetik yang mengatur pembentukan pola tubuh embrio berkembang lebih lambat pada manusia daripada pada tikus.

Pada fase awal perkembangan vertebrata (hewan bertulang belakang), embrio berkembang menjadi serangkaian “segmen” yang akhirnya berdiferensiasi menjadi berbagai jenis jaringan, seperti otot atau tulang rusuk. Proses ini diketahui diatur oleh proses biokimia yang berosilasi, yang dikenal sebagai jam segmentasi, yang bervariasi pada setiap spesies. Misalnya, sekitar dua jam pada tikus, dan sekitar lima jam pada manusia. Namun, mengapa panjang siklus ini bervariasi antar spesies dan menjadi misteri sampai penelitain ini.

Untuk memecahkan misteri ini, peneliti memulai percobaan menggunakan sel induk embrionik untuk tikus dan menginduksi sel induk berpotensi majemuk (iPS) yang mereka ubah menjadi sel mesoderm presomit (PSM), sel yang mengambil bagian dalam jam segmentasi. Mereka mulai dengan memeriksa apakah sesuatu yang berbeda terjadi di jaringan sel atau apakah ada perbedaan dalam proses di dalam sel.

Pemahaman proses di dalam sel adalah kuncinya, mereka menduga bahwa perbedaan mungkin ada di dalam gen master HES7 yang mengontrol proses dengan menekan promotornya sendiri, dan melakukan sejumlah eksperimen kompleks di mana mereka menukar gen di antara gen tersebut. sel manusia dan tikus, tetapi ini tidak mengubah siklusnya.

Menurut penulis Miki Ebisuya, yang melakukan pekerjaan di RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (RIKEN BDR) dan European Molecular Biology Laboratory (EMBL) Barcelona, ​​”Kegagalan untuk menunjukkan perbedaan dalam gen membuat kita memiliki kemungkinan bahwa perbedaan tersebut didorong oleh reaksi biokimia yang berbeda di dalam sel.”

Mereka melihat apakah ada perbedaan faktor seperti laju degradasi protein HES7, faktor penting dalam siklus. Mereka melihat sejumlah proses termasuk seberapa cepat protein tikus dan manusia terdegradasi dan ditemukan, membenarkan hipotesis, bahwa protein dalam sel manusia terdegradasi lebih lambat daripada di sel tikus. Ada juga perbedaan waktu yang diperlukan untuk mentranskripsikan dan menerjemahkan HES7 menjadi protein, dan waktu yang dibutuhkan untuk menyambung intron HES7. “Dengan demikian kami dapat menunjukkan,” kata Ebisuya, “bahwa memang lingkungan seluler dalam sel manusia dan tikuslah yang merupakan kunci dari kecepatan reaksi biokimia diferensial dan dengan demikian perbedaan skala waktu.”

Dia melanjutkan, “Melalui ini kami telah menemukan sebuah konsep yang kami sebut alokroni perkembangan, dan penelitian ini akan membantu kami untuk memahami proses rumit yang dilalui vertebrata untuk berkembang. Salah satu misteri kunci yang tersisa adalah perbedaan antara manusia dan sel tikus yang mendorong perbedaan waktu reaksi, dan kami berencana melakukan penelitian lebih lanjut untuk menjelaskan hal ini. “

Jurnal Referensi:

• Mitsuhiro Matsuda, Hanako Hayashi, Jordi Garcia-Ojalvo, Ryoichiro Kageyama, Kumiko Yoshioka Kobayashi, Yoshihiro Yamanaka, Junya Toguchida, Cantas Alev, Makoto Ikeya, Miki Ebisuya. 2020. Species-specific segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds. Science, 2020; 369 (6510): 1450 DOI: 10.1126/science.aba7668