Penelitian menunjukkan serabut saraf di otak disuplai dengan energi sesuai permintaan

Fungsi otak bergantung pada pergerakan cepat sinyal listrik di sepanjang akson, perpanjangan panjang sel saraf yang menghubungkan miliaran sel otak. Serabut saraf diisolasi oleh lapisan lemak yang disebut mielin, yang diproduksi oleh sel khusus yang disebut oligodendrosit. Sel-sel ini membungkus dan mengisolasi serabut saraf untuk memastikan transmisi sinyal yang cepat dan efisien yang penting untuk fungsi otak.

Kini, tim ahli saraf yang dipimpin oleh Aiman ​​Saab di Institut Farmakologi dan Toksikologi di Universitas Zurich (UZH) telah menemukan fungsi sentral baru dari sel pembentuk mielin di otak tikus.

“Kami menemukan bahwa oligodendrosit tidak hanya mendeteksi sinyal dari serabut saraf aktif, namun juga meresponsnya dengan segera mempercepat konsumsi glukosa, sumber energi utama,” kata Saab. Dengan cara ini, oligodendrosit mengirimkan molekul kaya energi ke akson yang aktif dengan cepat untuk mendukung kebutuhan energi dinamisnya.

Temuan ini adalah diterbitkan di jurnal Ilmu Saraf Alam.

Kalium adalah sinyal kunci yang mengaktifkan oligodendrosit

Untuk memahami bagaimana akson yang aktif secara elektrik berkomunikasi dengan oligodendrosit di sekitarnya, para peneliti mempelajari saraf optik tikus, jalur ideal untuk menstimulasi dan memantau aktivitas listrik akson bermielin. Untuk memicu penembakan aksonal dan mengamati bagaimana oligodendrosit merespons aktivitas ini, mereka menggunakan biosensor kecil: protein rekayasa yang berfungsi sebagai pendeteksi mikroskopis perubahan molekuler.

“Dengan menggunakan berbagai bahan kimia dan inhibitor, kami dapat menunjukkan bahwa potasium, yang dilepaskan oleh akson selama penembakan, merupakan sinyal kunci yang mengaktifkan oligodendrosit,” kata Zoe Looser, penulis pertama studi tersebut.

Hilangnya saluran kalium menyebabkan kerusakan serat saraf

Para peneliti juga mengidentifikasi saluran kalium spesifik, yang disebut Kir4.1, sebagai pemain kunci dalam komunikasi antara serabut saraf dan oligodendrosit. Untuk mempelajari perannya, tim menggunakan tikus hasil rekayasa genetika yang tidak memiliki saluran ini di oligodendrositnya.

Pada tikus ini, akson yang dikelilingi oleh oligodendrosit tanpa saluran kalium menunjukkan penurunan kadar laktat, produk sampingan utama dari metabolisme glukosa, dan berkurangnya respons lonjakan laktat saat aktivasi. “Perubahan ini dikaitkan dengan berkurangnya metabolisme glukosa di serabut saraf dan pada akhirnya menyebabkan kerusakan akson yang parah seiring bertambahnya usia tikus,” tambah Looser.

Temuan ini menggarisbawahi peran penting oligodendrosit dalam mengatur proses metabolisme dalam akson yang penting untuk mempertahankan koneksi otak yang sehat. Glukosa tidak hanya menjadi bahan bakar serabut saraf tetapi juga mendukung mekanisme perlindungan terhadap stres oksidatif.

“Gangguan metabolisme glukosa aksonal akibat disfungsi oligodendrosit dapat menyebabkan kerusakan saraf, yang menjadi perhatian pada penuaan dan beberapa penyakit neurodegeneratif, seperti multiple sclerosis dan penyakit Alzheimer,” kata Aiman ​​Saab.

Langkah selanjutnya adalah memahami bagaimana regulasi glukosa oleh oligodendrosit memengaruhi fungsi spesifik serabut saraf, dengan fokus khusus pada kesehatan serabut saraf selama penuaan dan gangguan neurologis.