Ketika Sel Menghadapi Krisis Energi


Mitokondria yang Tidak Berfungsi Menyebabkan Banyak Gangguan – Seorang perenang juara, Joe Wise yang berusia 16 tahun tampaknya adalah siswa SMA yang sehat dan bahagia. Dia menikmati waktu bersama teman-temannya, dan dia menantikan kuliah. Tapi lihat lebih dekat, jauh ke dalam selnya, dan ada yang tidak beres. Ada kerusakan pada struktur kecil berbentuk kapsul—disebut mitokondria —yang menggerakkan sel-selnya. Mitokondria abnormal ini menyebabkan kelelahan dan kelemahan ekstrem pada kakinya, kesulitan bernapas, dan sejumlah masalah lainnya.

Ketika Sel Menghadapi Krisis Energi

“Dulu saya bermain bisbol, tapi sekarang saya tidak bisa lari jadi saya tidak bisa melakukannya lagi. Sebaliknya, saya berenang, ”kata Joe. Dalam beberapa tahun terakhir, dia memecahkan beberapa rekor renang nasional, dan pada tahun 2008 dia berada di Tim Renang AS di pertandingan Paralimpiade Beijing.

Joe adalah satu dari puluhan ribu orang di seluruh negeri yang mengidap penyakit mitokondria, meskipun perkiraannya berbeda-beda. Ada lusinan subtipe, dengan masing-masing mempengaruhi kurang dari 1 dari 1.500 orang. Tidak ada pengobatan atau obat untuk penyakit langka ini.

Penyakit mitokondria disebabkan oleh gen abnormal yang menyebabkan protein cacat atau molekul lain di mitokondria. Berbagai subtipe disebabkan oleh perubahan pada gen yang berbeda, yang menyebabkan sel-sel rusak di berbagai bagian tubuh. Yang paling terpukul adalah organ dan jaringan yang membutuhkan banyak energi, seperti otot, otak, jantung, ginjal, dan hati. Ketika pasokan energi merosot, sel bisa menjadi rusak atau hancur.

Tetapi mitokondria memiliki kepentingan di luar penyakit langka. Bahkan pada orang sehat, para peneliti telah menemukan, mitokondria secara bertahap dapat memburuk seiring bertambahnya usia. Mitokondria yang tidak berfungsi telah dikaitkan dengan diabetes, penyakit jantung, penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, dan bahkan penuaan normal. “Jika kita dapat mempelajari lebih lanjut tentang gangguan mitokondria yang langka, temuan ini dapat berimplikasi untuk memahami penyakit yang lebih umum,” kata Dr. Vamsi Mootha dari Harvard Medical School.

Penyakit mitokondria langka ini sangat sulit dikenali dan didiagnosis oleh dokter. Tergantung pada sel mana yang terpengaruh, orang dengan penyakit mitokondria mungkin mengalami kelemahan dan nyeri otot, masalah pencernaan, penyakit jantung, kejang, dan banyak gejala lainnya. Penyakit ini menyerang anak-anak dan orang dewasa. Beberapa menyebabkan kematian dini. Karena gejalanya sangat bervariasi, penyakit mitokondria sering disalahartikan sebagai kondisi lain.

Dalam kasus Joe Wise, dia adalah pemain bisbol dan sepak bola yang rajin sebelum usia 8 tahun, ketika ayahnya memperhatikan dia berjalan dan berlari sedikit lucu. Dia merasa lelah dan lemah. Dia kesulitan menelan. Orang tua Joe membawanya ke beberapa spesialis, yang mengira dia mungkin menderita radang sendi remaja, distrofi otot, atau mungkin masalah dengan pinggulnya. Namun akhirnya, biopsi otot menunjukkan bahwa dia mengidap penyakit mitokondria. Dokternya tidak mengharapkan dia untuk hidup melebihi usia 14 tahun. “Itu benar-benar mengejutkan keluarga,” kata Joe. “Itu adalah sesuatu yang tiba-tiba harus kami pelajari lebih banyak.”

Joe harus melakukan penyesuaian yang sulit—menjaga pola makannya, berhati-hati saat berjalan, dan menggunakan ventilator dua kali sehari dan semalaman untuk membantunya bernapas. Dia menemukan dia merasa lebih lemah dari waktu ke waktu tetapi terus berenang hampir setiap hari. “Berenang telah membantu dalam banyak hal,” kata Joe. “Itu membuat saya keluar dari kursi roda. Itu membuat saya tidak menggunakan ventilator yang lebih besar. Dia sekarang dalam pelatihan untuk Paralimpiade 2012.

Ilmuwan belum mengetahui mengapa beberapa pasien seperti Joe dapat terus berolahraga, sementara yang lain memiliki kecacatan yang lebih parah. Namun, selama beberapa dekade terakhir, para peneliti telah belajar banyak tentang mitokondria.

Setiap sel dalam tubuh mengandung puluhan bahkan ratusan mitokondria. Mitokondria menghasilkan sekitar 90% energi yang dibutuhkan sel untuk berfungsi. Mereka berbeda dari komponen sel lainnya karena masing-masing mengandung loop DNA kecilnya sendiri, yang disebut mtDNA. MtDNA sirkular berbeda dari untaian DNA panjang terkenal yang membentuk kromosom yang terdapat di pusat kendali, atau nukleus, sel Anda. DNA inti Anda berasal dari ibu dan ayah Anda, tetapi mtDNA hanya berasal dari ibu Anda.

Para ilmuwan telah mempelajari bahwa di antara gen dalam mtDNA terdapat instruksi untuk membuat 13 protein yang dibutuhkan mitokondria untuk menghasilkan energi. Mutasi pada gen ini dapat menyebabkan lusinan penyakit berbeda.

Tetapi mitokondria mengandung lebih dari 13 protein. Mereka juga mengandung lebih dari 1.000 protein yang berasal dari gen dalam inti sel. “Kita sekarang tahu bahwa sebagian besar kelainan mitokondria genetik sebenarnya disebabkan oleh mutasi pada genom nuklir ,” kata Mootha.

Mutasi nuklir ini sulit diidentifikasi. Sementara beberapa pusat penelitian sekarang dapat mengurutkan seluruh mtDNA dan menemukan mutasi yang menyebabkan penyakit pasien, hal itu tidak dapat dilakukan untuk sebagian besar mutasi pada DNA inti.

Selama 7 tahun terakhir, Mootha dan rekan-rekannya telah bekerja untuk mengubahnya. Mereka telah menggunakan alat penelitian baru yang kuat untuk mengidentifikasi sekitar 1.100 gen dalam DNA inti kita yang membuat protein ditemukan di mitokondria. Mereka sekarang mencari mutasi pada gen ini pada pasien yang memiliki penyakit mitokondria. Itu akan membantu mengembangkan diagnostik, katanya. “Dan begitu kita mengetahui dasar molekuler dari gangguan ini, mereka mungkin menawarkan petunjuk untuk strategi pengobatan yang benar-benar baru.”

Beberapa terapi potensial untuk penyakit mitokondria sedang dieksplorasi. Beberapa pasien dengan mutasi mtDNA memiliki campuran mtDNA normal dan mutan dalam sel mereka. Para peneliti sedang mencari cara untuk menggeser keseimbangan menuju DNA yang lebih normal. Di University of Texas Southwestern Medical School, Dr. Ronald Haller sedang menguji apakah latihan daya tahan dapat dengan aman mendorong perubahan ini, atau setidaknya meningkatkan kesehatan fisik, pada pasien dengan mutasi mtDNA.

“Manfaat latihan olahraga pada orang sehat sudah diketahui dengan baik,” kata Haller. Salah satu manfaatnya adalah meningkatkan jumlah mitokondria di otot Anda. “Kami ingin melihat apakah beberapa dari manfaat yang sama ini juga berlaku untuk pasien dengan penyakit mitokondria.”

Haller dan rekan-rekannya telah melakukan penelitian kecil yang menyarankan pasien yang berlatih dapat meningkatkan kemampuan berjalan dan melakukan aktivitas sehari-hari lainnya. Dia juga menemukan bukti bahwa jumlah mitokondria menyusut setelah pasien berhenti berlatih—yang juga terjadi pada orang sehat. Haller sekarang telah memulai studi yang lebih besar terhadap 40 pasien untuk melihat bagaimana latihan olahraga, dan istirahat dari olahraga, memengaruhi mitokondria dan kapasitas olahraga.

“Banyak penelitian baru yang menarik dalam biologi mitokondria sedang berlangsung saat ini,” kata Mootha. “Saat kita mempelajari lebih banyak tentang gangguan ini, semoga kita dapat mengubah pengetahuan ini menjadi terapi yang lebih baik.”


Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *