Regenerasi merupakan proses biologis fundamental yang memungkinkan organisme untuk memperbaiki atau menggantikan jaringan yang rusak atau hilang. Dalam berbagai kelompok hewan, regenerasi dimungkinkan oleh adanya populasi sel punca yang memiliki kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel. Meskipun banyak hewan memiliki kemampuan regenerasi yang terbatas, beberapa invertebrata seperti cacing pipih (planaria), tunikata, dan cnidaria memiliki populasi sel punca pluripoten yang memungkinkan regenerasi seluruh tubuh mereka. Namun, mekanisme molekuler dan seluler yang mendasari fenomena ini masih belum sepenuhnya dipahami, terutama dalam konteks perbandingan antar spesies.
Hofstenia miamia, salah satu spesies dari filum Acoelomorpha, merupakan organisme model yang menarik untuk mempelajari regenerasi karena kemampuannya untuk menggantikan hampir semua jenis sel tubuh melalui populasi sel punca dewasa yang dikenal sebagai neoblast. Dengan menggunakan teknik sekuensing RNA sel tunggal (single-cell RNA sequencing), penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi dinamika ekspresi gen dan heterogenitas dalam populasi sel punca pluripoten dewasa pada H. miamia. Studi ini berfokus pada karakterisasi jenis sel selama perkembangan pascaembrionik dan regenerasi, serta faktor transkripsi yang terlibat dalam diferensiasi sel punca menjadi berbagai jenis sel yang terdefinisi.
Hasil analisis sekuensing RNA sel tunggal mengungkapkan bahwa H. miamia memiliki sebelas jenis sel utama yang dapat diidentifikasi selama perkembangan pascaembrionik dan regenerasi, termasuk sel punca pluripoten, otot, saraf, epidermis, dan sel pencernaan. Dari analisis klastering yang dilakukan, ditemukan bahwa neoblast terbagi dalam beberapa subpopulasi yang menunjukkan tingkat spesialisasi yang berbeda terhadap jalur diferensiasi tertentu. Sebagai contoh, subpopulasi neoblast dengan ekspresi tinggi dari varian histon H3.3 tampaknya tidak memiliki spesialisasi, sementara subpopulasi lain menunjukkan keterkaitan dengan diferensiasi menjadi jaringan tertentu, seperti otot atau sistem saraf.
Dinamika ekspresi gen selama regenerasi menunjukkan adanya respons spesifik dari berbagai jenis sel terhadap amputasi. Pada tahap awal regenerasi, beberapa faktor transkripsi seperti egr, runt, dan fstl mengalami peningkatan ekspresi yang signifikan, terutama dalam jaringan otot. Hal ini mengindikasikan bahwa otot memainkan peran penting dalam regulasi awal regenerasi melalui jaringan sinyal molekuler yang kompleks. Selain itu, beberapa faktor transkripsi seperti foxF dan six1 ditemukan berperan dalam diferensiasi sel otot, sedangkan vax dan nkx2-1 berperan dalam diferensiasi jaringan saraf.
Studi ini juga mengungkapkan bahwa populasi neoblast di H. miamia memiliki kesamaan dengan sistem sel punca pada planaria, di mana sebagian besar subpopulasi neoblast bersifat spesifik terhadap jalur diferensiasi tertentu. Namun, yang menarik adalah ditemukannya subpopulasi neoblast yang tidak memiliki spesialisasi, ditandai dengan ekspresi tinggi dari varian histon H3.3. Eksperimen interferensi RNA (RNA interference) terhadap H3.3 menunjukkan bahwa penghambatan ekspresi gen ini menyebabkan kegagalan dalam pembentukan blastema dan regenerasi jaringan anterior setelah amputasi kedua. Hal ini menunjukkan bahwa H3.3 berperan dalam mempertahankan status pluripoten dari sel punca dan memungkinkan diferensiasi ke berbagai jenis sel.
Lebih lanjut, ekspresi Early Growth Response Gene Regulatory Network (Egr-GRN) yang sebelumnya diketahui terlibat dalam respons luka dan regulasi regenerasi juga ditemukan memiliki pola ekspresi yang berbeda dalam berbagai jaringan. Sel otot dan saraf menunjukkan peningkatan ekspresi yang lebih kuat dibandingkan dengan sel endodermal, yang menunjukkan bahwa regulasi regenerasi dapat bervariasi antar jenis sel dalam organisme yang sama. Secara keseluruhan, studi ini menegaskan bahwa regenerasi di H. miamia melibatkan koordinasi kompleks antara berbagai populasi sel, faktor transkripsi, dan jaringan sinyal molekuler.
Penelitian ini berhasil mengidentifikasi dinamika ekspresi gen dan heterogenitas dalam populasi sel punca pluripoten dewasa pada H. miamia selama perkembangan pascaembrionik dan regenerasi. Dengan menggunakan pendekatan sekuensing RNA sel tunggal, ditemukan bahwa neoblast terbagi menjadi beberapa subpopulasi dengan tingkat spesialisasi yang berbeda, dan salah satu subpopulasi yang tidak terspesialisasi, ditandai dengan ekspresi histon H3.3, memiliki peran penting dalam regenerasi. Selain itu, faktor transkripsi spesifik ditemukan berperan dalam diferensiasi berbagai jenis sel, dengan jaringan otot menunjukkan respons awal yang kuat terhadap amputasi. Hasil studi ini tidak hanya memberikan wawasan baru tentang mekanisme regenerasi pada Acoelomorpha, tetapi juga berkontribusi dalam pemahaman evolusi sistem sel punca di berbagai filum hewan. Temuan ini dapat menjadi dasar bagi penelitian lebih lanjut mengenai aplikasi sel punca dalam bidang biomedis dan rekayasa jaringan.
Sumber:
Hulett, R.E., Kimura, J.O., Bolaños, D.M., Luo, Y.J., Rivera-López, C., Ricci, L. and Srivastava, M., 2023. Acoel single-cell atlas reveals expression dynamics and heterogeneity of adult pluripotent stem cells. Nature communications, 14(1), p.2612.
Leave a Reply