Sebuah studi di Nature melaporkan bahwa neuron yang baru lahir dapat mengalami kerusakan untai ganda DNA saat melewati celah sempit di dalam otak yang sedang berkembang, dan sel-sel yang sehat biasanya memperbaiki sebagian besar kerusakan tersebut dalam waktu sekitar satu hari.
Otak yang sedang berkembang memaksa neuron yang baru terbentuk untuk bergerak menembus jaringan yang padat agar mencapai tujuannya, termasuk korteks serebral, dengan cara mendesak melalui celah sempit di antara serat dan sel-sel tetangganya.
Sebuah studi yang diterbitkan di Nature oleh para peneliti yang dipimpin oleh Profesor Mineko Kengaku di Institute for Integrated Cell-Material Sciences (WPI-iCeMS) Universitas Kyoto melaporkan bahwa migrasi terbatas ini berkaitan dengan kerusakan untai ganda—salah satu jenis kerusakan DNA paling parah—yang terjadi pada neuron yang sedang bermigrasi.
Untuk menyelidiki mekanismenya, tim tersebut mengarahkan neuron melewati saluran mikro yang dirancang untuk meniru ruang sempit di jaringan otak yang sedang berkembang. Dengan menggunakan penanda fluoresen, mereka mengamati kerusakan DNA yang muncul saat neuron bergerak melalui saluran-saluran tersebut dan berkurang setelah sel-sel keluar; laporan tersebut menyatakan bahwa sebagian besar kerusakan diperbaiki dalam waktu 24 jam dan neuron tetap berfungsi secara normal.
Para peneliti mengaitkan kerusakan tersebut dengan topoisomerase IIβ, sebuah enzim yang biasanya membuat potongan sementara pada DNA untuk mengurangi tekanan torsi sebelum menyambungkan kembali untaian tersebut. Menurut studi tersebut, di bawah tekanan mekanis saat terdesak, enzim dapat terjebak dalam keadaan antara, meninggalkan ujung DNA yang kemudian disambungkan kembali melalui jalur perbaikan non-homologous end-joining.
Laporan tersebut juga menjelaskan perbedaan dari pola yang terlihat pada sel kanker yang bermigrasi melalui penyempitan serupa: kerusakan neuron terkonsentrasi pada wilayah genom yang kemungkinan kecil dapat mengganggu fungsi gen penting, yang menurut para penulis mungkin membantu neuron menoleransi kerusakan sementara.
Untuk memeriksa apa yang terjadi ketika perbaikan terganggu, para peneliti merekayasa tikus yang neuron serebelarnya baru terbentuk kekurangan DNA ligase 4, enzim yang diperlukan untuk memperbaiki kerusakan untai ganda DNA. Menurut studi tersebut, tikus-tikus itu tampak berkembang secara normal pada awalnya tetapi kemudian menunjukkan masalah keseimbangan ringan yang semakin memburuk di masa dewasa—gejala yang menurut para penulis menyerupai ciri-ciri beberapa kondisi manusia yang terkait dengan ketidakstabilan genom yang memengaruhi serebelum.
“Otak yang sedang berkembang tampaknya telah berevolusi untuk menoleransi dan memperbaiki kerusakan neuron secara efisien,” kata Kengaku.
Penelitian ini dilaporkan sebagai kolaborasi yang melibatkan Universitas Kyoto, Universitas Tokyo, Universitas Osaka, National University of Singapore, dan Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science.
