Penuaan adalah proses kompleks dan multifaset, yang melibatkan banyak perubahan pada tingkat molekuler, seluler, jaringan, dan organ.
Akibatnya, sel-sel tua kehilangan kemampuan untuk berfungsi secara optimal, yang menyebabkan penurunan fungsi tubuh dan peningkatan frekuensi penyakit.

Pemrograman ulang adalah pendekatan penelitian inovatif yang bertujuan untuk mengembalikan sel-sel tua ke kondisi yang lebih muda.
Versi yang paling dikenal didasarkan pada ekspresi ulang faktor Yamanaka,
sekelompok gen yang berperan sentral dalam mengubah sel somatik menjadi sel iPS (sel induk berpotensi majemuk terinduksi).

Pemrograman ulang parsial adalah versi yang berkembang dari pendekatan ini.
Berbeda dengan pemrograman ulang penuh, yang mengubah sel somatik menjadi sel iPS,
pemrograman ulang parsial bertujuan untuk menghasilkan perubahan yang lebih terdefinisi dalam sel, sambil mempertahankan identitasnya.
Pendekatan ini secara prinsip mungkin lebih aman, dan membuka kemungkinan penelitian baru di bidang penuaan.

Penelitian yang diterbitkan pada tahun 2024 di jurnal eLife mengkaji potensi pemrograman ulang parsial.
Tim peneliti dari laboratorium Vadim Gladyshev di Rumah Sakit Brigham dan Sekolah Kedokteran Harvard, termasuk Wayne Mitchell, Ludger Gumina, dan Alexander Tyshkovskiy,
mengkaji efek pemrograman ulang parsial pada sel yang dikultur di laboratorium.

Penting untuk diperjelas sejak awal: Penelitian ini seluruhnya dilakukan pada sel fibroblas tikus yang dikultur dalam cawan petri (in vitro), bukan pada hewan utuh atau manusia. Para peneliti mengisolasi fibroblas dari tikus muda (usia 4 bulan) dan tua (usia 20 bulan) dan membandingkannya.

Penelitian ini menggunakan berbagai metode canggih untuk mengkaji efek pemrograman ulang parsial pada sel:

1. Pemrograman ulang parsial kimiawi:

Para peneliti menggunakan koktail senyawa kecil (molekul kimia), yang dirancang untuk menginduksi pemrograman ulang parsial.
Berbeda dengan pemrograman ulang genetik, koktail kimia dalam penelitian ini bekerja melalui mekanisme yang berbeda dari aktivasi faktor Yamanaka. Faktanya, koktail yang paling efektif (disebut 7c) tidak meningkatkan ekspresi Sox2 dan Oct4, dan bahkan mengurangi ekspresi Nanog dan Myc.
Artinya, peremajaan sel dicapai di sini melalui jalur kimia yang berbeda dari pemrograman ulang klasik berbasis faktor Yamanaka.

2. Fibroblas:

Penelitian ini berfokus pada fibroblas, sel yang ditemukan di jaringan ikat.
Sel-sel ini dipilih karena relatif mudah dikultur di laboratorium dan pengukuran yang akurat dapat diperoleh darinya.
Keuntungan lainnya adalah fibroblas banyak diteliti dalam konteks penuaan seluler.

3. Analisis molekuler komprehensif (multi-omics):

Setelah melakukan pemrograman ulang parsial, para peneliti menganalisis sel pada berbagai tingkatan:
- RNA-seq: Analisis sekuens RNA sel, yang memungkinkan identifikasi perubahan dalam ekspresi gen.
- Proteomik dan fosfo-proteomik: Analisis kuantitatif protein dan fosforilasi protein, yang memungkinkan identifikasi perubahan dalam tingkat dan fungsi protein.
- Metabolomik: Analisis metabolit dalam sel.
- Metilasi DNA: Pengukuran pola metilasi DNA, yang digunakan untuk menghitung jam epigenetik.

4. Ukuran fungsional:

Selain analisis molekuler, ukuran fungsional juga diukur, seperti:
- Respirasi seluler: Ukuran fungsi mitokondria (organel seluler yang penting untuk produksi energi), diukur menggunakan respirometri seluler.
- Potensial membran mitokondria: Ukuran lain dari fungsi mitokondria.

5. Perbandingan antara sel muda dan tua:

Penelitian ini mencakup perbandingan antara hasil yang diperoleh dari sel muda dan sel tua yang menjalani pemrograman ulang parsial.
Perbandingan ini memungkinkan untuk mengkaji apakah efeknya berbeda antara sel muda dan tua.

Keuntungan metode penelitian:

Penggunaan teknologi modern dan akurat.
Analisis mendalam pada berbagai tingkatan, dari metilasi dan transkriptom hingga protein dan metabolit.
Pemeriksaan ukuran fungsional.
Perbandingan antara sel muda dan tua.

Hasil penelitian:

Perawatan pemrograman ulang parsial menyebabkan perubahan, baik pada tingkat transkriptom maupun protein:

1. Perubahan pada tingkat transkriptom:

Analisis RNA-seq menunjukkan perubahan dalam ekspresi banyak gen.
Beberapa perubahan terkait dengan proses metabolik, termasuk yang terkait dengan mitokondria.

2. Perubahan pada tingkat protein:

Analisis proteom menunjukkan perubahan dalam tingkat dan fungsi protein.
Sekali lagi, perubahan diamati pada protein yang terlibat dalam proses metabolik dan mitokondria.

3. Efek fungsional:

Para peneliti melaporkan perubahan dalam ukuran fungsi seluler, seperti yang ditemukan pada respirasi seluler dan potensial membran mitokondria.
Menurut jam epigenetik (berbasis metilasi) dan jam transkriptomik yang dihitung pada sel yang dikultur di laboratorium, perkiraan usia biologis sel menurun.

4. Perbandingan antara sel muda dan tua:

Perubahan yang diinduksi oleh koktail sangat mirip di antara kelompok usia yang berbeda, dengan korelasi tinggi antara sel muda dan tua.
Dengan kata lain, efeknya tidak terbatas pada sel tua saja tetapi juga diamati pada sel muda.

Kesimpulan:

Penelitian ini memberikan bukti awal bahwa pemrograman ulang parsial kimiawi dapat meremajakan sel yang dikultur di laboratorium, setidaknya menurut ukuran molekuler dan jam biologis.
Namun, penting untuk dicatat: Ini hanya sel tikus dalam cawan petri, bukan hewan utuh atau manusia.
Lompatan dari hasil laboratorium ke pengobatan penyakit terkait usia, seperti penyakit kardiovaskular, Alzheimer, atau kanker, masih jauh dan spekulatif pada tahap ini, dan akan memerlukan lebih banyak penelitian, termasuk eksperimen pada hewan dan kemudian pada manusia, sebelum aplikasi klinis dapat dibahas.

.
Referensi:
https://elifesciences.org/articles/90579