Peningkatan pemahaman tentang mekanisme molekuler diferensiasi osteogenik yang diinduksi oleh Bone Morphogenetic Protein-9 (BMP-9) pada sel punca mesenkimal (mesenchymal stem cells/MSC) telah menjadi fokus penelitian dalam beberapa tahun terakhir. BMP-9 diketahui memiliki potensi osteogenik yang lebih tinggi dibandingkan Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) dan tidak dihambat oleh Noggin, suatu antagonis Bone Morphogenetic Protein. Oleh karena itu, BMP-9 dianggap sebagai kandidat potensial dalam terapi regenerasi tulang. Meskipun demikian, mekanisme rinci mengenai bagaimana BMP-9 menginduksi diferensiasi osteogenik masih perlu dikaji lebih dalam. Studi terbaru menggunakan analisis bioinformatika telah memberikan wawasan baru terhadap gen yang terekspresi secara diferensial (differentially expressed genes/DEGs) serta jalur molekuler yang terlibat dalam proses ini.
Dalam penelitian ini, profil ekspresi gen pada mesenchymal stem cells yang diinduksi oleh BMP-9 dibandingkan dengan mesenchymal stem cells yang diinduksi oleh Green Fluorescent Protein (GFP) sebagai kontrol. Dataset yang digunakan adalah GSE48882 yang berasal dari Gene Expression Omnibus (GEO), yang mencakup tiga sampel MSC yang diinduksi oleh GFP dan tiga sampel mesenchymal stem cells yang diinduksi oleh BMP-9. Analisis bioinformatika dilakukan untuk mengidentifikasi DEGs, yang selanjutnya dianalisis menggunakan Gene Ontology (GO) dan Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) untuk memahami fungsi biologis dan jalur sinyal yang terlibat. Selain itu, analisis interaksi protein-protein (protein-protein interaction/PPI) dilakukan untuk mengidentifikasi gen kunci dalam diferensiasi osteogenik yang dimediasi oleh BMP-9.
Hasil analisis menunjukkan bahwa terdapat 1967 gen yang diekspresikan secara diferensial, dengan 1029 gen mengalami peningkatan ekspresi dan 938 gen mengalami penurunan ekspresi. Analisis GO menunjukkan bahwa gen-gen yang terlibat dalam proses ini terutama terkait dengan komponen seluler seperti sitoplasma, nukleus, dan eksosom ekstraseluler. Dari segi fungsi molekuler, gen-gen ini berkaitan erat dengan aktivitas pengikatan protein dan pengikatan RNA poliadenilasi (poly(A) RNA binding). Analisis jalur KEGG menunjukkan bahwa DEGs yang diidentifikasi terkait dengan berbagai jalur biologis, termasuk pemrosesan protein di retikulum endoplasma, ekspor protein, transportasi RNA, apoptosis, serta jalur pensinyalan p53 dan tumor necrosis factor (TNF). Jalur-jalur ini menunjukkan keterlibatan proses transkripsi, translasi, dan regulasi apoptosis dalam diferensiasi osteogenik MSC yang diinduksi oleh BMP-9.
Analisis jaringan protein-protein interaction mengungkapkan bahwa beberapa gen memiliki peran sentral dalam proses ini. Gen dengan skor derajat interaksi tertinggi adalah Heat Shock Protein Family A (Hspa5), yang merupakan anggota keluarga heat shock protein dan berperan dalam lipatan serta transportasi protein di dalam retikulum endoplasma. Gen lain yang terlibat meliputi SWI/SNF Related, Matrix Associated, Actin Dependent Regulator of Chromatin, Subfamily A, Member 2 (Smarca2), SMAD Family Member 7 (Smad7), Sec61 Translocon Alpha 1 Subunit (Sec61a1), Prolyl 4-Hydroxylase Subunit Beta (P4hb), dan Hypoxia-Inducible Factor 1-Alpha (Hif1a). Smad7, sebagai bagian dari jalur pensinyalan transforming growth factor beta (TGF-β), diketahui berperan dalam regulasi negatif pensinyalan Smad yang diaktifkan oleh BMP-9. Hif1a, di sisi lain, berperan dalam respons terhadap hipoksia dan dapat meningkatkan ekspresi vascular endothelial growth factor (VEGF), yang berkontribusi terhadap angiogenesis selama regenerasi tulang.
Temuan ini mengonfirmasi bahwa BMP-9 menginduksi diferensiasi osteogenik mesenchymal stem cells melalui regulasi kompleks dari berbagai jalur pensinyalan dan gen target. Dibandingkan dengan BMP-2 dan Bone Morphogenetic Protein-7 (BMP-7) yang telah digunakan dalam terapi klinis, BMP-9 menunjukkan potensi yang lebih besar dalam menginduksi osteogenesis dengan efek samping yang lebih minimal. Studi terdahulu telah menunjukkan bahwa BMP-9 dapat meningkatkan aktivitas osteoblas melalui jalur Smad dan memiliki efek positif dalam model osteoporosis ovariektomi (OVX). Selain itu, BMP-9 juga dapat menghambat diferensiasi osteoklas, sehingga memberikan efek ganda dalam remodelisasi tulang.
Meskipun studi ini memberikan wawasan yang signifikan mengenai peran BMP-9 dalam diferensiasi osteogenik mesenchymal stem cells, terdapat beberapa keterbatasan yang perlu diperhatikan. Pertama, validasi eksperimental melalui metode seperti polymerase chain reaction (PCR) dan Western blot belum dilakukan untuk mengonfirmasi ekspresi gen dan protein yang diidentifikasi dalam analisis bioinformatika. Kedua, peran microRNA (miRNA) dan long non-coding RNA (lncRNA) dalam regulasi diferensiasi osteogenik BMP-9 masih belum dieksplorasi secara mendalam. Ketiga, dosis optimal BMP-9 untuk aplikasi klinis belum ditentukan, sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menentukan konsentrasi yang paling efektif dan aman dalam terapi regenerasi tulang.
Penelitian ini mengidentifikasi gen dan jalur utama yang terlibat dalam diferensiasi osteogenik MSC yang diinduksi oleh BMP-9. Hasil analisis bioinformatika menunjukkan bahwa BMP-9 dapat mengaktifkan berbagai jalur pensinyalan yang berkontribusi terhadap osteogenesis, dengan keterlibatan gen kunci seperti Heat Shock Protein Family A, SMAD Family Member 7, dan Hypoxia-Inducible Factor 1-Alpha. Temuan ini memberikan dasar bagi penelitian lebih lanjut mengenai mekanisme molekuler BMP-9 dalam terapi regenerasi tulang serta potensinya sebagai alternatif bagi BMP-2 dalam aplikasi klinis. Studi lanjutan yang menggabungkan pendekatan bioinformatika dengan eksperimen in vitro dan in vivo akan sangat penting untuk memvalidasi hasil ini dan mengoptimalkan aplikasi klinisBMP-9 dalam kedokteran regeneratif.
Sumber:
Leave a Reply