Para ilmuwan di Instituto de Neurociencias, sebuah pusat bersama antara Dewan Riset Nasional Spanyol (CSIC) dan Universitas Miguel Hernández Elche (UMH), telah mengidentifikasi mekanisme krusial yang menjaga identitas sel saraf pada tikus. Temuan ini berpusat pada dua enzim, KDM1A dan KDM5C, yang bekerja sama sebagai penjaga epigenetik.
Enzim-enzim ini memiliki fungsi vital dalam menekan gen yang tidak spesifik untuk neuron, memastikan bahwa hanya instruksi genetik yang tepat yang tetap aktif dalam sel saraf. Studi yang dipublikasikan dalam jurnal Cell Reports ini menggunakan model tikus di mana gen KDM1A dan KDM5C dihilangkan secara bersamaan dari neuron otak dewasa. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk mengamati dampak hilangnya kontrol epigenetik pada neuron matang, melampaui tahap perkembangannya.
Kombinasi KDM1A dan KDM5C terbukti lebih signifikan daripada efek masing-masing enzim. Ketika kedua enzim ini tidak berfungsi, neuron mulai mengekspresikan gen yang tidak semestinya. Fenomena ini berdampak negatif pada fungsi kognitif, termasuk memori, pembelajaran, dan regulasi kecemasan. Para peneliti menemukan bahwa hilangnya kedua enzim ini secara drastis mengubah lanskap epigenetik neuron, menyebabkan penumpukan tanda epigenetik pada banyak wilayah genomik yang seharusnya tidak aktif. Selain itu, terdeteksi adanya disorganisasi dalam struktur tiga dimensi genom neuronal.
Perubahan epigenetik ini mengakibatkan alterasi fisiologi neuron, seperti peningkatan eksitabilitas, yang secara negatif memengaruhi perilaku dan kemampuan kognitif tikus. Penemuan ini merupakan langkah maju yang signifikan dalam memahami asal-usul gangguan neurologis yang terkait dengan disabilitas intelektual, yang disebabkan oleh mutasi pada regulator epigenetik. Pemahaman tentang interaksi enzim-enzim ini membantu menguraikan biologi neuron dan mengidentifikasi mekanisme potensial yang terlibat dalam penyakit neurologis.
Penelitian ini membangun karya sebelumnya dari laboratorium yang sama, yang telah menunjukkan pentingnya KDM1A secara individu dalam menjaga organisasi genom dan mencegah kerusakan terkait usia, serta peran KDM5C dalam mencegah transkripsi yang keliru dan menyempurnakan respons neuronal. Keunikan penemuan kali ini terletak pada aksi kooperatif kedua protein ini dalam melestarikan identitas neuronal. Mutasi pada gen KDM1A dan KDM5C telah dikaitkan pada manusia dengan disabilitas intelektual dan kelainan neurologis lainnya. Penelitian ini membuka jalan bagi riset baru untuk memperdalam pemahaman mengenai asal-usul penyakit otak tertentu.
Temuan ini juga selaras dengan penelitian yang menunjukkan bahwa epigenetik berperan penting dalam kemampuan berpikir tingkat tinggi dan plastisitas sinaptik, yang mendasari pembelajaran dan pembentukan memori. Mekanisme epigenetik, seperti metilasi DNA dan modifikasi histon, menjembatani interaksi antara gen dan pengaruh lingkungan, yang dapat membentuk perbedaan individu dalam perilaku dan kognisi. Lebih lanjut, studi pada tikus menunjukkan bahwa KDM1A berperan penting dalam menjaga identitas neuron sepanjang hidup, dan penuaan alami dapat mereproduksi beberapa defek yang sama seperti hilangnya KDM1A, meskipun dalam skala yang lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa menjaga integritas epigenetik neuron sangat penting untuk fungsi otak yang optimal seiring bertambahnya usia.