Penelitian baru mengungkap bagaimana retina manusia, yang tumbuh di laboratorium, menunjukkan bahwa asam retinoat, bukan hormon tiroid, menentukan perkembangan sel penginderaan warna yang penting bagi penglihatan manusia. Penemuan ini meningkatkan pemahaman kita tentang buta warna, kehilangan penglihatan, dan dasar genetik tentang cara kita melihat warna, dan menawarkan jalan yang menjanjikan untuk pengobatan gangguan penglihatan di masa depan.
Para peneliti telah mengembangkan retina manusia di laboratorium, mengungkap proses dimana turunan vitamin A menghasilkan sel-sel unik yang bertanggung jawab atas kemampuan manusia untuk melihat spektrum warna yang luas. Kemampuan visual ini tidak terdapat pada anjing, kucing, dan berbagai mamalia lainnya.
“Organoid retina ini memungkinkan kami untuk pertama kalinya mempelajari sifat yang sangat spesifik ini pada manusia,” kata rekan penulis Robert Johnston, seorang profesor biologi. “Ini adalah pertanyaan besar tentang apa yang menjadikan kita manusia, apa yang membuat kita berbeda.”
Temuannya, dipublikasikan di Biologi PLOS, meningkatkan pemahaman tentang buta warna, kehilangan penglihatan terkait usia, dan penyakit lain yang berhubungan dengan sel fotoreseptor. Mereka juga menunjukkan bagaimana gen memerintahkan retina manusia untuk membuat sel penginderaan warna tertentu, sebuah proses yang menurut para ilmuwan dikendalikan oleh hormon tiroid.
Mekanisme Penginderaan Warna
Dengan mengubah sifat seluler organoid, tim peneliti menemukan molekul yang disebut asam retinoat kecut tentukan apakah kerucut akan berspesialisasi dalam penginderaan cahaya merah atau hijau. Hanya manusia dengan penglihatan normal dan kerabat dekat primata yang telah mengembangkan sensor merah.
Para ilmuwan selama beberapa dekade mengira kerucut merah terbentuk melalui mekanisme pelemparan koin di mana sel secara acak merasakan panjang gelombang hijau atau merah—dan penelitian dari tim Johnston baru-baru ini menunjukkan bahwa proses tersebut mungkin dikendalikan oleh kadar hormon tiroid. Sebaliknya, penelitian baru menunjukkan kerucut merah muncul melalui serangkaian peristiwa tertentu yang diatur oleh asam retinoat di mata.
Organoid retina dicirikan oleh kerucut biru pada warna cyan dan kerucut hijau/merah pada warna hijau. Sel yang disebut batang yang membantu mata melihat dalam kondisi minim cahaya atau gelap ditandai dengan warna magenta. Kredit: Universitas Sarah Hadyniak/Johns Hopkins
Tim menemukan bahwa tingginya kadar asam retinoat pada awal perkembangan organoid berkorelasi dengan rasio kerucut hijau yang lebih tinggi. Demikian pula, kadar asam yang rendah mengubah instruksi genetik retina dan menghasilkan kerucut merah di kemudian hari.
“Mungkin masih ada beberapa keacakan, tapi temuan besar kami adalah Anda membuat asam retinoat pada awal pengembangan,” kata Johnston. “Saat ini sangat penting untuk mempelajari dan memahami bagaimana sel kerucut ini dibuat.”
Sel kerucut hijau dan merah sangat mirip kecuali protein yang disebut opsin, yang mendeteksi cahaya dan memberi tahu otak warna apa yang dilihat orang. Opsin yang berbeda menentukan apakah sebuah kerucut akan menjadi sensor hijau atau merah, meskipun gen untuk setiap sensor tetap 96% identik. Dengan menggunakan teknik terobosan yang mendeteksi perbedaan genetik halus dalam organoid, tim melacak perubahan rasio kerucut selama 200 hari.
“Karena kita dapat mengontrol populasi sel hijau dan merah di organoid, kita dapat mendorong kumpulan sel menjadi lebih hijau atau merah,” kata penulis Sarah Hadyniak, yang melakukan penelitian sebagai mahasiswa doktoral di laboratorium Johnston dan sekarang di Duke University. “Hal ini mempunyai implikasi untuk mengetahui secara tepat bagaimana asam retinoat bekerja pada gen.”
Variabilitas dan Visi
Para peneliti juga memetakan rasio sel-sel ini yang sangat bervariasi pada retina 700 orang dewasa. Melihat perubahan proporsi kerucut hijau dan merah pada manusia adalah salah satu temuan paling mengejutkan dari penelitian baru ini, kata Hadyniak.
Bagian dari retina manusia. Garis putus-putus menggambarkan satu kerucut hijau dengan warna biru dan kerucut merah dengan warna merah jambu. Kredit: Universitas Sarah Hadyniak/Johns Hopkins
Para ilmuwan masih belum sepenuhnya memahami bagaimana rasio kerucut hijau dan merah bisa sangat bervariasi tanpa mempengaruhi penglihatan seseorang. Jika jenis sel ini menentukan panjang lengan manusia, rasio yang berbeda akan menghasilkan panjang lengan yang “sangat berbeda”, kata Johnston.
Untuk membangun pemahaman tentang penyakit seperti degenerasi makula, yang menyebabkan hilangnya sel penginderaan cahaya di dekat pusat retina, para peneliti berkolaborasi dengan laboratorium Johns Hopkins lainnya. Tujuannya adalah untuk memperdalam pemahaman mereka tentang bagaimana sel kerucut dan sel lainnya terhubung ke sistem saraf.
“Harapan di masa depan adalah membantu orang-orang dengan masalah penglihatan ini,” kata Johnston. “Ini akan memakan waktu lama sebelum hal itu terjadi, tetapi mengetahui bahwa kita dapat membuat berbagai jenis sel ini sangatlah menjanjikan.”
Referensi: “Sinyal asam retinoat mengatur spesifikasi spatiotemporal kerucut hijau dan merah manusia” oleh Sarah E. Hadyniak, Joanna FD Hagen, Kiara C. Eldred, Boris Brenerman, Katarzyna A. Hussey, Rajiv C. McCoy, Michael EG Sauria, James A . Kuchenbecker, Thomas Reh, Ian Glass, Maureen Neitz, Jay Neitz, James Taylor dan Robert J. Johnston Jr., 11 Januari 2024, Biologi PLOS.
DOI: 10.1371/jurnal.pbio.3002464
Penulis Johns Hopkins lainnya termasuk: Kiara C. Eldred, Boris Brenerman, Katarzyna A. Hussey, Joanna FD Hagen, Rajiv C. McCoy, Michael EG Sauria, dan James Taylor; dan James A. Kuchenbecker, Thomas Reh, Ian Glass, Maureen Neitz, Jay Neitz dari Universitas Washington.
NewsRoom.id
