“Banyak neuropati utama termasuk degenerasi aksonal, disfungsi mitokondria, tingkat energi rendah, atau masalah oligodendrosit,” kata Dr Zu-Hang Sheng, Peneliti Utama di NINDS. “Temuan kami dapat membantu memperjelas bagaimana akson mempertahankan energi dan lebih memahami penyebab neuropati dan bagaimana mengobatinya.”

Semua sel, termasuk neuron, menggunakan adenosin trifosfat (ATP) sebagai bahan bakar, yang diproduksi oleh struktur intraseluler yang disebut mitokondria. Sebuah tim peneliti NINDS yang dipimpin oleh Dr. Shen menemukan bahwa oligodendrosit (sel yang mendukung akson dengan membungkusnya dalam bahan isolasi yang disebut myelin) melepaskan enzim SIRT2, yang meningkatkan aktivitas mitokondria. Ketika diambil oleh akson, enzim ini memberikan dorongan daya lokal dengan meningkatkan produksi energi.

“Neuron membutuhkan sejumlah besar ATP untuk energi, tetapi ATP berjuang untuk menggerakkan akson yang panjang,” kata Dr. Sheng. “Kami ingin memahami bagaimana neuron menjaga tingkat energi tetap tinggi di sepanjang akson, dan dalam beberapa kasus di kaki.”

Seperti pembangkit listrik regional yang dibangun untuk memberi daya pada daerah terpencil, mitokondria terletak di sepanjang akson panjang dan menghasilkan ATP di tempat yang dibutuhkan. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa sementara akson yang kekurangan mielin mengandung lebih banyak mitokondria, perubahan genetik yang mempengaruhi oligodendrosit juga mempengaruhi produksi energi akson.

Tim Dr Shen menggunakan sensor energi canggih yang berubah warna berdasarkan ketersediaan ATP lokal untuk menumbuhkan neuron dan aksonnya di piringan sel dengan atau tanpa oligodendrosit. Apa yang mereka lihat adalah bahwa akson yang tumbuh pada oligodendrosit memiliki ATP yang jauh lebih banyak daripada yang tidak. Ini menunjukkan bahwa ada beberapa hubungan antara sel pendukung dan tingkat energi akson.

Dr. Sheng dan rekan-rekannya kemudian menciptakan “media aklimatisasi” dengan menumbuhkan oligodendrosit di piring laboratorium selama beberapa hari dan mengumpulkan media daripada sel. Selanjutnya, media terkondisi ditambahkan ke piring yang berisi neuron, dan perlakuan ini juga meningkatkan kadar ATP. Ini berarti oligodendrosit melepaskan komponen seluler ke lingkungan dan meningkatkan produksi energi akson.

Pertanyaannya tetap: apa yang dilepaskan oleh oligodendrosit? Untuk menjawabnya, drg. Dua penulis utama studi ini, Chamberlain dan Huang, dan kolaboratornya mengisolasi eksosom (paket yang dilepaskan dari sel yang mengandung molekul pemberi sinyal) dari oligodendrosit, yang juga merupakan akson. Telah ditunjukkan bahwa produksi energi dapat ditingkatkan. Menggunakan penelitian sebelumnya yang mengidentifikasi banyak komponen dalam eksosom, para peneliti berfokus pada protein yang disebut SIRT2 dan memastikan bahwa protein itu ada pada tingkat tinggi di oligodendrosit tetapi tidak di neuron.

SIRT2 juga menjadi target yang menarik karena merupakan enzim yang memodifikasi protein mitokondria, terutama yang termasuk protein yang terkait dengan produksi ATP. Ketika peneliti secara genetik mengaktifkan SIRT2 di neuron, mereka melihat tingkat ATP yang jauh lebih tinggi. Sebaliknya, tidak ada peningkatan energi yang terlihat ketika neuron ditumbuhkan pada oligodendrosit yang tidak memiliki gen SIRT2. Akhirnya, ada peningkatan kuat dalam fungsi mitokondria ketika eksosom yang mengandung SIRT2 ditambahkan ke sumsum tulang belakang tikus yang tidak memiliki gen SIRT2. Bersama-sama, temuan ini menunjukkan bahwa oligodendrosit membantu akson mempertahankan tingkat energi yang tinggi saat dibutuhkan.

Beberapa penyakit neurodegeneratif, termasuk ALS, berhubungan dengan ketidakmampuan mitokondria untuk menghasilkan energi yang cukup untuk neuron dan aksonnya. Penemuan SIRT2 sebagai sinyal transelular yang mampu meningkatkan produksi energi secara lokal di dalam akson berarti bahwa jalur ini dapat menjadi target potensial untuk terapi penyakit neurodegeneratif tertentu di masa depan.

Penelitian ini didukung oleh program penelitian di kampus NINDS.