Temuan Baru Memberikan “Cahaya Harafiah” pada Misteri Berusia Puluhan Tahun Tentang Cara Kerja Fotoreseptor

Ahli saraf di Johns Hopkins telah menunjukkan bahwa sel-sel khusus dapat memberi sinyal keberadaan cahaya secara bersamaan melalui dua cara berbeda

Bekerja dengan sel retina mamalia, ahli saraf di Johns Hopkins Medicine telah menunjukkan bahwa, tidak seperti kebanyakan sel penginderaan cahaya (fotoreseptor) di retina, satu jenis khusus menggunakan dua jalur berbeda pada saat yang sama untuk mengirimkan sinyal “penglihatan” listrik ke otak. Studi tersebut juga mengungkapkan bahwa fotoreseptor semacam itu, menurut para peneliti, mungkin berasal dari zaman kuno dalam skala evolusi.

Temuan ini dan lainnya, baru-baru ini dipublikasikan di PNAS“memberikan penjelasan ilmiah dan literal” tentang misteri selama puluhan tahun tentang cara kerja sel-sel ini, kata para peneliti.

Penelitian baru ini dipimpin bersama oleh King-Wai Yau, Ph.D., profesor di Departemen Ilmu Saraf di Fakultas Kedokteran Universitas Johns Hopkins, dan rekan pascadoktoral Guang Li. Penelitian King sebelumnya menghasilkan kemajuan dalam pemahaman bagaimana sel penginderaan cahaya di mata mamalia mengirimkan sinyal ke otak, temuan yang pada akhirnya dapat membantu para ilmuwan mempelajari mengapa orang tanpa penglihatan masih dapat melihat cahaya.

Pada hewan, termasuk manusia, fotoreseptor (sel penginderaan cahaya) yang disebut batang dan kerucut terletak di retina, yaitu lapisan jaringan di bagian belakang mata yang merespons cahaya. Batang dan kerucut menganalisis sinyal visual yang dikirim melalui sinyal listrik ke otak, yang menafsirkan apa yang “dilihatnya”.

Jenis fotoreseptor lain di retina, yang disebut sel ganglion retina fotosensitif intrinsik (ipRGCs), menggunakan proyeksi panjang (akson) yang membentuk saraf optik untuk menyampaikan sinyal visual dari batang dan kerucut. IPRGC juga menjalankan fungsi lain, seperti mengatur ritme sirkadian tubuh yang digerakkan oleh cahaya dan membedakan kontras dan warna.

Penemuan Jalur Ganda

Diketahui bahwa fotoreseptor pada hewan mendeteksi cahaya menggunakan jalur sinyal yang diberi nama berdasarkan asal selulernya. Fotoreseptor yang berasal dari “mikrovillus,” mirip dengan yang ada di mata lalat buah, menggunakan enzim fosfolipase C untuk memberi sinyal deteksi cahaya – sedangkan fotoreseptor yang berasal dari silia, seperti yang ada di batang dan kerucut, menggunakan jalur nukleotida siklik. Untuk memberi sinyal deteksi cahaya, sebagian besar fotoreseptor menggunakan jalur mikrovili atau silia, tidak keduanya. Namun, dalam percobaan untuk lebih memahami cara kerja ipRGC, tim Yau menemukan bahwa ipRGC menggunakan kedua jalur secara bersamaan.

Para peneliti menemukan hal ini dengan memaparkan ipRGC pada gelombang cahaya terang yang singkat. Dalam kondisi ini, jalur pensinyalan mikrovilus menghasilkan respons listrik yang lebih cepat dan mendahului, meskipun ada beberapa tumpang tindih, respons jalur siliaris yang lebih lambat.

Tim Yau menemukan bahwa keenam subtipe ipRGC menggunakan mekanisme sinyal mikrovillus dan silia – meskipun dengan persentase yang berbeda – pada saat yang bersamaan.

Tim Johns Hopkins juga menemukan bahwa meskipun sebagian besar fotoreseptor yang menggunakan jalur sinyal silia menggunakan nukleotida siklik tertentu, cGMP, sebagai pembawa sinyal, ipRGC menggunakan yang lain, cAMP, yang mirip dengan ubur-ubur, hewan yang jauh lebih tua dalam evolusi. skala. Hal ini menunjukkan bahwa ipRGC mungkin berasal dari zaman kuno.

Referensi: “Koeksistensi dalam satu sel fototransduksi mikrovili dan silia di M1- ke M6-IpRGCs” oleh Guang Li, Lujing Chen, Zheng Jiang dan King-Wai Yau, 18 Desember 2023, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2315282120

Peneliti Johns Hopkins lain yang berkontribusi dalam penelitian ini adalah Lujing Chen dan Zheng Jiang.

Penelitian ini didanai oleh dana hibah dari Institut Kesehatan Nasional (R01 EY014596) dan Penghargaan Beckman-Argyros dalam Penelitian Visi.