Dunia Hewan: Memahami Hydra, dari Penyembuhan Luka Hingga Regenerasi

Fenomena regenerasi di dunia hewan ditemukan lebih dari 200 tahun yang lalu pada polip air tawar Hydra. Sampai sekarang, bagaimanapun, sebagian besar tidak jelas bagaimana regenerasi teratur dari jaringan atau organ yang hilang dapat diaktifkan setelah cedera.

Dalam penyelidikannya terhadap Hydra, tim peneliti interdisipliner di Universitas Heidelberg mampu menunjukkan bagaimana sinyal penyembuhan luka yang dilepaskan saat cedera diubah menjadi sinyal spesifik pembentukan pola dan diferensiasi sel. Komponen pentingnya adalah mitogen-activated protein kinase (MAPK) dan jalur pensinyalan Wnt. Jalur ini merupakan mekanisme molekuler yang relatif tidak berubah selama evolusi.

Kemampuan untuk beregenerasi sangat bervariasi pada hewan. Kebanyakan mamalia dan vertebrata hanya memiliki kapasitas regenerasi yang terbatas. Sedangkan hewan dasar dan hewan sederhana yang muncul pada awal evolusi, seperti cnidaria dan planaria, dapat meregenerasi seluruh tubuh mereka.

Dalam semua kasus, proses regenerasi dimulai dengan penyembuhan luka. Sel-sel di lokasi cedera berkembang biak dan membentuk massa yang tidak terdiferensiasi—blastema—dari mana struktur yang hilang dipolakan kembali. Ini mengaktifkan proses genetik yang juga mengontrol perkembangan embrio. Untuk menentukan mekanisme molekuler yang terlibat, tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. Dr Thomas W. Holstein mempelajari polip air tawar Hydra untuk memahami fitur dasar dari aktivasi regenerasi ini.

Hasil studi ini telah dipublikasikan di jurnal PNAS pada 22 Agustus dengan judul Injury-induced MAPK activation triggers body axis formation in  Hydra by default Wnt signaling.

Anja Tursch dan Thomas W. Holstein (Heidelberg University)

Hydra polip air tawar dikenal karena kemampuannya untuk beregenerasi. Setelah kepala atau kaki diangkat - atau kepala dan kaki keduanya - Hydra mampu meregenerasi struktur yang hilang, mereformasi organisme yang sepenuhnya utuh. Para ilmuwan Heidelberg menyelidiki interaksi molekuler yang menyebabkan kerusakan pada regenerasi struktur yang tidak ada. Gambar menunjukkan regenerasi Hydra dari mana kepala dan kaki sebelumnya dihilangkan. Regenerasi melalui rekombinan Wnt menyebabkan pembentukan kepala kedua dengan tentakel, bukan kaki yang diregenerasi.

Inti dari investigasi mereka adalah tesis doktoral Anja Tursch. Dia mengulangi eksperimen kunci dari naturalis Jenewa Abraham Trembley (1710 hingga 1784) yang membawanya untuk menemukan fenomena regenerasi.

Polip Hydra dibelah dua, mendorong bagian atas untuk meregenerasi "kepala" baru dan bagian bawah "kaki" baru. Maka bagian tubuh yang sama sekali berbeda dapat tumbuh dari jaringan yang sama persis di permukaan yang dipotong di tengah. Berdasarkan pekerjaan mereka sebelumnya tentang regenerasi Hydra, para peneliti di Pusat Studi Organisme (COS) Universitas Heidelberg kini telah menunjukkan bagaimana ini menjadi mungkin.

Terlepas dari mana itu terjadi, setiap kerusakan memicu sinyal nonspesifik untuk respon cedera. Yaitu penyembuhan luka, melalui ion kalsium dan produksi spesies oksigen reaktif. Sinyal ditransmisikan secara intraseluler oleh tiga mitogen-activated protein kinase - p38, JNKs, dan ERK. Aktivasi ketiga molekul ini diperlukan untuk regenerasi kepala dan kaki. Jalur pensinyalan Wnt kemudian diaktifkan. Terutama selama perkembangan embrionik untuk pembentukan organ yang belum sempurna dan sumbu tubuh. Sinyal generik penyembuhan luka dengan demikian ditransfer ke sinyal posisi spesifik dari pola dan diferensiasi sel untuk regenerasi.

Baca Juga: Dunia Hewan: Mengapa Kucing Tidak Suka Dibelai Bagian Perutnya?

Baca Juga: Dunia Hewan: Mengapa Kucing Suka Menjilati Tubuhnya Sendiri?

Baca Juga: Dunia Hewan: Evolusi Konvergen Antara Cetacea dan Mosasaurus

"Eksperimen kami menunjukkan bahwa jalur pensinyalan Wnt adalah komponen utama dari respons cedera umum pada awalnya. Ini tergantung pada kekuatan sinyal, mengarahkan jaringan ke arah perkembangan kepala atau kaki," jelas Prof. Holstein. Inilah sebabnya, dalam kasus penghambatan MAPK, regenerasi yang tidak ada dapat diinduksi oleh protein Wnt rekombinan yang dihasilkan secara artifisial. "Juga mengejutkan bahwa pada bagian tubuh tengah yang kepala dan kakinya dihilangkan, kepala dapat diinduksi pada kedua ujungnya dengan cara ini," tambah Dr Suat zbek, anggota kelompok penelitian ‘Molecular Evolution and Genomics’ Prof. Holstein di COS.

Wnt/β-catenin, adalah salah satu bagian dari jalur pensinyalan Wnt. Ini telah diketahui mengkodekan informasi posisi untuk pembentukan struktur kepala baru. Bekerja sama dengan ahli matematika yang dipimpin oleh Prof. Dr Anna Marciniak-Czochra, tim peneliti Prof. Holstein dan Dr zbek mengembangkan model. Model ini yang menunjukkan bagaimana informasi posisi basal dalam jaringan mengubah respons cedera yang awalnya tidak berdiferensiasi menjadi proses pola diferensial melalui Wnt jalur sinyal.

“Karena MAPK dan Wnt sangat dilestarikan secara evolusioner, maka mekanisme ini kemungkinan besar tertanam dalam genom kita. Yang penting untuk proses regeneratif pada vertebrata dan juga mamalia,” Holstein menekankan.

PROMOTED CONTENT

REKOMENDASI HARI INI

Upaya Sir Walter Raleigh Menemukan Kota Emas Legendaris El Dorado