Penyakit Alzheimer menyebabkan sel menjadi terlalu panas dan ‘menggoreng seperti telur’

Para peneliti telah menunjukkan bahwa agregasi amyloid-beta, salah satu dari dua protein kunci yang terlibat dalam penyakit Alzheimer, menyebabkan sel menjadi terlalu panas dan “menggoreng seperti telur.”

Para peneliti dari University of Cambridge menggunakan sensor kecil dan cukup sensitif untuk mendeteksi perubahan suhu di dalam sel individu, dan menemukan bahwa amyloid-beta salah melipat dan menggumpal, menyebabkan sel menjadi terlalu panas.

Dalam percobaan menggunakan garis sel manusia, para peneliti menemukan panas yang dilepaskan oleh agregasi amyloid-beta berpotensi menyebabkan amyloid-beta sehat lainnya untuk beragregasi, menyebabkan lebih banyak dan lebih banyak agregat terbentuk.

Dalam rangkaian percobaan yang sama, para peneliti juga menunjukkan bahwa agregasi amiloid-beta dapat dihentikan, dan suhu sel diturunkan, dengan penambahan senyawa obat. Eksperimen juga menunjukkan bahwa senyawa tersebut memiliki potensi sebagai terapi untuk penyakit Alzheimer, meskipun tes ekstensif dan uji klinis pertama-tama akan diperlukan.

Para peneliti mengatakan pengujian mereka dapat digunakan sebagai alat diagnostik untuk penyakit Alzheimer, atau untuk menyaring calon obat potensial. Hasilnya dilaporkan dalam Jurnal American Chemical Society.

Penyakit Alzheimer mempengaruhi sekitar 44 juta orang di seluruh dunia, dan saat ini tidak ada diagnosa atau perawatan yang efektif. Pada penyakit Alzheimer, amiloid-beta dan protein lain yang disebut tau menumpuk menjadi kusut dan plak—dikenal secara kolektif sebagai agregat—menyebabkan sel-sel otak mati dan otak menyusut. Hal ini mengakibatkan hilangnya memori, perubahan kepribadian dan kesulitan menjalankan fungsi sehari-hari.

Ini adalah penyakit yang sulit untuk dipelajari, karena berkembang selama beberapa dekade, dan diagnosis pasti hanya dapat diberikan setelah memeriksa sampel jaringan otak setelah kematian. Masih belum diketahui jenis perubahan biokimia di dalam sel yang menyebabkan agregasi amiloid-beta.

Dalam kelompok penelitian Profesor Gabriele Kaminski Schierle di Departemen Teknik Kimia dan Bioteknologi Cambridge, mereka telah menyelidiki kemungkinan hubungan antara suhu dan agregasi amiloid-beta dalam sel manusia.

Bidang mempelajari perubahan suhu di dalam sel dikenal sebagai termogenesis intraseluler. Ini adalah bidang baru dan menantang: para ilmuwan telah mengembangkan sensor yang dengannya perubahan suhu dapat diukur, namun, tidak ada yang pernah mencoba menggunakan sensor ini untuk mempelajari kondisi seperti penyakit Alzheimer.

“Termogenesis telah dikaitkan dengan stres seluler, yang dapat mendorong agregasi lebih lanjut,” kata Chyi Wei Chung, penulis pertama studi tersebut. “Kami percaya bahwa ketika ada ketidakseimbangan dalam sel, seperti ketika konsentrasi amiloid-beta sedikit terlalu tinggi dan mulai menumpuk, suhu sel meningkat.”

“Memanaskan sel secara berlebihan seperti menggoreng telur—saat memanas, protein mulai menggumpal dan menjadi tidak berfungsi,” kata Kaminski Schierle, yang memimpin penelitian.

Para peneliti menggunakan sensor suhu kecil yang disebut termometer polimer fluoresen (FTPs) untuk mempelajari hubungan antara agregasi dan suhu. Mereka menambahkan amiloid-beta ke garis sel manusia untuk memulai proses agregasi dan menggunakan bahan kimia yang disebut FCCP sebagai kontrol, karena diketahui menyebabkan peningkatan suhu.

Mereka menemukan bahwa ketika amiloid-beta mulai membentuk agregat seperti benang yang disebut fibril, suhu rata-rata sel mulai meningkat. Peningkatan suhu sel cukup signifikan dibandingkan dengan sel yang tidak ditambahkan amiloid-beta.

“Saat fibril mulai memanjang, mereka melepaskan energi dalam bentuk panas,” kata Kaminski Schierle. “Agregasi amiloid-beta membutuhkan cukup banyak energi untuk memulai, tetapi begitu proses agregasi dimulai, ia mempercepat dan melepaskan lebih banyak panas, memungkinkan lebih banyak agregat terbentuk.”

“Begitu agregat terbentuk, mereka dapat keluar dari sel dan diambil oleh sel-sel tetangga, menginfeksi amiloid-beta yang sehat di dalam sel-sel itu,” kata Chung. “Belum ada yang menunjukkan hubungan antara suhu dan agregasi dalam sel hidup sebelumnya.”

Menggunakan obat yang menghambat agregasi amiloid-beta, para peneliti dapat menentukan fibril sebagai penyebab termogenesis. Sebelumnya tidak diketahui apakah agregasi protein atau potensi kerusakan mitokondria—”baterai” yang menggerakkan sel—bertanggung jawab atas fenomena ini.

Para peneliti juga menemukan bahwa kenaikan suhu sel dapat dikurangi dengan memperlakukan mereka dengan inhibitor agregasi, menyoroti potensinya sebagai terapi untuk penyakit Alzheimer.

Eksperimen laboratorium dilengkapi dengan pemodelan komputasi yang menjelaskan apa yang mungkin terjadi pada amiloid-beta dalam lingkungan intraseluler dan mengapa hal itu dapat menyebabkan peningkatan suhu intraseluler. Para peneliti berharap pekerjaan mereka akan memotivasi studi baru yang menggabungkan parameter relevansi fisiologis yang berbeda.