MICROTUBULE-ASSOCIATED PROTEIN 2 (MAP-2)
Pendahuluan
Microtubule-associated protein 2 (MAP-2) (Woolf, 1993; 1998) merupakan protein sitoskeletal yang berlokasi di dendrit dan sangat sensitif terhadap input, dimana keberadaannya banyak terdapat di sel-sel yang bersifat cholinoceptive yang berperan dalam penyimpanan memori. Investigasi terbaru menyatakan MAP-2 berfungsi pada masa pertumbuhan yaitu berperan dalam diferensiasi dan plastisitas neuron yaitu respon neuronal untuk faktor pertumbuhan, neurotransmitter, dan aktivitas sinapsis (Johnson dan Jope, 1992). Microtubule-associated protein 2 yang mengalami fosforilasi memperkuat memori dengan terjadinya degradasi MAP-2 untuk pembentukan cabang baru pada dendrit, sehingga mempengaruhi sintesis mRNA MAP-2 dalam proses learning di korteks serebrum (Woolf et al., 1994; Woolf et al., 1996; dan Woolf, 2006).
Microtubule-associated Protein 2
Microtubule-associated Protein 2 merupakan protein sitoskeletal labil (Woolf, 1993) yang berdasarkan berat molekulnya dapat dibagi menjadi MAP-2a dan MAP-2b dengan berat molekuler lebih besar (280 kD) dan MAP-2c dengan berat molekuler lebih kecil (70 kD) (Chung et al., 1996), tetapi MAP-2 dengan berat molekuler lebih besar adalah spesifik pada neuron (Matus, 1994). Microtubule-associated Protein 2 berperan utama dalam ekspresi neuron, nukleusasi dan stabilisasi mikrotubulus, pengaturan pertumbuhan prosesus neuronal ke arah luar, kematian sel neuronal, dan sebagai substrat untuk kebanyakan protein kinase (Sánchez et al., 2000) saat remodeling dendrit yang berhubungan dengan memori (Johnson dan Jope, 1992). Menurut Menurut Sims et al., (1988) keberadaan MAP-2 ini memiliki korelasi terhadap proses diferensiasi neuron.
Delapan puluh persen sel-sel kaya akan MAP-2 bersifat cholinoceptive (Woolf, 1993) yang merupakan tempat penyimpanan memori (Woolf, 1998). Peranan penting sistem kholinergik dalam memori ditunjukkan dengan adanya gangguan intelektual pada pasien penderita Alzheimer yang dikorelasikan dengan derajat kehilangan enzim kholinergik (Palmer, 1996). Dua puluh persen sel-sel kaya akan MAP-2 namun tidak bersifat cholinoceptive terdapat pada grup sel-sel lain yang berhubungan dengan memori dan memiliki respon terhadap neurotransmitter lain. Interaksi antara asetilkolin dan glutamat, terutama antara reseptor asetilkolin muskarinik dengan reseptor glutamat N-methyl-D-aspartate (NMDA) memiliki peranan penting terhadap memori. Aktivitas muskarinik akan menstimulus pengaktifan NMDA sehingga terjadi defosforilasi pada MAP-2 (Woolf, 1998).
Microtubule-associated Protein 2 Terfosforilasi
Menurut hasil penelitian Irawan (2008) secara imunohistokimia terhadap MAP-2 terfosforilasi pada korteks serebrum fetus monyet ekor panjang menunjukkan keberadaan MAP-2 terfosforilasi banyak terdapat dendrit dan badan sel syaraf terutama pada sel-sel piramidal hippokampus dan hal ini didukung oleh pendapat Woolf (1993) yang menyatakan protein sitoskeletal ini berlokasi pada badan sel, dendrit apikal, dan sisi dibeberapa cabang dan Woolf (1997) yang mengatakan sel-sel kaya akan MAP-2 merupakan tipe sel piramidal besar dan beberapa piramidal kecil dan non piramidal.
Keberadaan protein sitokleletal MAP-2 yang normal dijumpai di dendrit memiliki peranan untuk mencegah terjadinya cabang baru (Matus et al., 1986) dan apabila MAP-2 terfosforilasi ia akan memodulasi fungsinya (Brugg dan Matus, 1991) dan menyebabkan penurunan stabilitas sitoskeleton serta membantu plastisitas dendrit (Woolf,1998) sehingga terbentuk cabang baru (Hely et al., 2001).
Gambar 1. Gambaran neuron yang imunoreaktif terhadap MAP-2 terfosforilasi di korteks serebrum fetus monyet ekor panjang. Pengamatan hasil pewarnaan dilakukan terhadap keberadaan dan distibusi neuron-neuron dengan dendrit (panah putih) dan badan sel (panah hitam) berwarna kuning kecoklatan menggunakan teknik imunohistokimia dengan antibodi primer anti MAP-2 mouse serum (CloneAP18, Neomarker, cat.#MS-250-R7) yang diencerkan 100 kali dari 200µg/ml (1:100), kromogen 3,3-diaminobenzidine tetrahydrochloride dan hematoxylin Meyer sebagai counterstain yang mewarnai inti sel, paraffin-embedded atau blok paraffin (Irawan, 2008).
Pembentukan cabang pada dendrit yang terjadi ketika MAP-2 mengalami degradasi saat terfosforilasi (Woolf, 1998) dijumpai selama pembentukan memori di korteks serebrum dan hippokampus (Woolt et al.,1994; Woolf et al.,1996). Hal ini menunjukkan adanya peranan MAP-2 terfosforilasi pada proses transisi Short-Term Memory menjadi Long-Term Memory. Proses ini dimulai dari aktivitas neuronal yang menyebabkan terjadi depolarisasi, pembebasan neurotropin, peningkatan produksi enzim kholinergik seperti ChAT (choline acetyltransferase), pembebaskan asetilkolin, timbulnya respon muskarinik, dan pemasukan Ca2+. Aktivasi kholinergik muskarinik pada phosphoinositide-specific phospholipase C (PI-PLC) mengaktifkan protein kinase C (PKC) dan Ca2+/ calmodulin dependent kinase II (C/CMK), sehingga menyebabkan meningkatnya fosforilasi MAP-2. Microtubule-associated Protein 2 memiliki lebih dari 40 tempat yang mengalami fosforilasi. Fosforilasi MAP-2 menyebabkan terjadinya proteolisis atau degenerasi MAP-2, sehingga stabilitas sitoskeleton menurun (Johnson dan Jope, 1992; Woolf, 1998; Sánchez et al., 2000) dan menyebabkan pembentukan cabang baru yang melibatkan sintesis protein. Sintesis MAP-2 terjadi di dendrit dan memungkinkan mRNA MAP-2 berlokasi di dendrit (Kleiman et al., 1994).
Gambar 2. Skema plastisitas neuronal atau pembentukan struktur dendrit baru. Pembentukan struktur dendrit dipengaruhi oleh adanya stimulus neurotrofin mempengaruh syaraf kolinergik untuk membebaskan asetilkolin yang akan mepada presinanpsis terhadap reseptor muskarinik di postsinapasis dan aktivitas protein kinase yang menyebabkan proteolisis MAP-2 (Woolf, 1998).
MAP-2 dan Memori
Hippokampus merupakan struktur pada otak mamalia yang berperan terhadap episodic dan declarative memory. Lesi pada hippokampus menyebabkan tidak terjadinya penyimpanan kejadian untuk jangka panjang (long-term memory). Namun keahlian masih dapat dipelajari (procedural memory). Oleh karena itu, hippokampus berperan penting dalam hal learning dan memori (Wiskott et al., 2004). Woolf et al. (1999) melakukan penelitian dengan studi imunohistokimia terhadap memori. Hasil penelitiannya menunjukkan di sel-sel piramidal CA1 dan CA2 regio hippokampus mengalami peningkatan MAP-2 yang memiliki korelasi terhadap respon takut dari pemberian bunyi yang menyebabkan tikus terkejut. Dibandingkan dengan tikus kontrol, tikus yang mendapat perlakuan menunjukkan peningkatan molekul MAP-2a/b yang selektif terhadap area sel-sel piramidal CA1 dan CA2 hippokampus. Perubahan pada MAP-2 menjadi refleks remodeling pada dendrit yang berhubungan dengan konteks penyimpanan memori.
Hubungan memori dan MAP-2 di hippokampus juga ditunjukkan dari hasil penelitian Stefano et al., (2001) tentang distribusi MAP-2 pada hippokampus tikus muda dan tua dengan studi imunohistokimia. Hasil menunjukkan terjadinya penurunan MAP-2 di CA1 hippokampus tikus tua yang berasosiasi terhadap kerusakan fungsi memori karena umur. Penurunan distribusi dan ekspresi abnormal dari MAP-2 juga ditemukan di formasi hippokampus dan parahippokampus pada penderita Schizophrenia (Arnold et al., 1991; Rioux et al., 2003).
Gangguan memori juga ditemui pada penderita ischemia di area CA1 hippokampus yang menunjukkan gejala berupa amnesia (Zola-Morgan et al., 1986). Penurunan MAP-2 pada kondisi ischemia di hippokampus juga diteliti pada otak monyet ekor panjang yang telah di treatment menggunakan ketamin dan xilazin. Ketamin yang berasosiasi terhadap NMDA memiliki efek samping berupa gangguan memori sedangkan xilazin akan akan menurunkan output jantung (Yoshizawa et al., 2005). Pada Panderiata ischemia di otak juga ditemukan penurunan MAP-2 pada area neokorteks (Akulinin dan Dahlstrom, 2003).
Keberadaan MAP-2 juga telah diteliti di area girus parahippokampus yang berperan penting terhadap kognisi. Abnormalitas MAP-2 telah dilaporkan pada sel intersisial di substansia alba parahippokampus yang diduga berhubungan terhadap gangguan kognisi pada area korteks (Rioux et al., 2003).
Pada pasien penderita Alzheimer yang mengalami gangguan memori (Palmer, 1996) dijumpai adanya gangguan pada sitoskeletal syaraf (McKee et al., 1989) dan penurunan enzim kholinergik (Palmer, 1996). Gangguan sitoskeletal dapat dilihat dari hasil pewarnaan terhadap MAP-2 yang menunjukkan adanya sisa-sisa degenerasi dendrit apikal (McKee et al., 1989) dimana diketahui keberadaan MAP-2 kebanyakan berada di sel-sel cholinoceptive (Woolf, 1993) yang merupakan tempat penyimpanan memori (Woolf, 1998).
Daftar pustaka
Akulinin, V.A., dan Dahlstrom, A., 2003. Quantitative Analysis of MAP2 Immunoreactivity in Human Neocortex of Tree Patients Surviving After Brain Ischemia. Neurochem. Res. 28(2):373-378.
Arnold, S.E., Lee, V.M.Y., Gur, R.E., dan Trojanowshi, J.Q., 1991. Abnormal Expression of Two Microtubule-Associated Proteins (MAP2 and MAP5) in Specific Subfields of The Hippocampal Formation in Schizophrenia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88:10850-10854.
Brug, B., dan Matus, A., 1991. Phosphorylation Determines The Binding of Microtubule-Associated Protein 2 (MAP2) to Microtubules in Living Cells. J. Cell Biol. 114(4):735-743.
Chung, W.J., Kindler, C., Seidenbecher, C., dan Garner, C., 1996. MAP2a, an Alternatively Spliced Variant of Microtubule-Associated Protein 2. J. Neurochem. 66(3):1273-1281.
Hely, T.M., Graham, B., dan Ooyen, A.V., 2001. A Computational Model of Dendrite Elongation and Branching Based on MAP2 Phosphorylation. J. Theoretical Biol. 210(3):375-384.
Irawan, V., 2008. Skripsi: Keberadaan dan distribusi map-2 terfosforilasi di korteks serebrum fetus monyet ekor panjang (macaca fascicularis) pada trisemester akhir kebuntingan. Fakultas Kedokteran Hewan, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia.
Johnson, G.V., dan Jope, R.S.,1992. The Role of Microtubule-Associated Protein 2 (MAP-2) in Neuronal Growth, Plasticity, and Degeneration. J. Neurosci. Res. 33(4):505-512.
Kleiman, R., Banker, G., dan Steward, O., 1994. Development of Subcellular mRNA Comparmentation in Hippocampal Neurons in Cultur. J. Neurosci. 14:1130-1140.
Matus, A., Bernhardt, R., Bodmer, R., dan Alaimo, D., 1986. Microtubule-associated Protein 2 and Tubulin are Differently Distributed in The Dendrite of Developing Neurons. Neurosci.17:371-389.
Matus, A., 1994. Stiff Microtubules and Neuronal Morphology. Trends Neurosci. 17:19-22.
McKee, A.C., Kowall, N.W., dan Kosik, K.S., 1989. Microtubule Reorganization and Dendritic Growth Response in Alzheimer’s Disease. Ann. Neurol. 26(5):652-9.
Palmer, A. M., 1996. Neurochemical studies of Alzheimer's disease. Neurodegeneration. 5(4):381-391.
Rioux, L., Nissanov, J., Lauber, K.B.S., Bilker, W.B., dan Arnold, E., 2003. Distribution of Microtubule-Associated Protein MAP2-Immunoreactive Interstitial Neuron in Parahippocampal White Matter in Subjects With Schizoprenia. Am. J. Psyciatry.160:149-155.
Sánchez, C., Díaz-Nido, J., Avila, J., 2000. Phosphorylation of Microtubule-Associated Protein 2 (MAP2) and Its Relevance For The Regulation of The Neuronal Cytoskeleton Function. Prog. Neurobiol. 61(2):133-168.
Stefano, G.D., Casoli, T., Fattoretti, P., Gracciotti, N., Solazzi, M., dan Bertoni-Freddaei,C., 2001. Distribution of MAP2 in Hippocampus and Cerebellum of Young An Old Rats by Quantitative Immunohistochemistry. J. Histochem. Cytochem. 49(8): 1065-1066.
Sims, K.B., Crandall, J.E., Kosik, K.S., dan Williams, R.S., 1988. Microtubule-Associated Protein 2 (MAP 2) Immunoreactivity in Human Fetal Neocortex. Brain Res. 449(1-2):192-200.
Wiskott, L., Rasch, M.J., dan Kempermann, G., 2004. What is The Function Role of Adult Neurogenesis in Hippocampus. Institute for Theoretical Biology Humboldt-University Berlin, Germany. http://itb.biolgie.huberlin.de/ (diakses 27/01/ 2008)
Woolf, N.J., 1993. Cholinoceptive Cells in Rat Cerebral Cortex : Somatodendritic Immunoreactivity for Muscarinic Receptor and Cytoskeletal Proteins. J. Chem. Neuroant. 6:375-390.
Woolf, N. J., Young, S. L., Johnson, G. V. W. dan Fanselow, M.S., 1994. Pavlovian Conditioning Alters Microtubule-Associated Protein 2. Neuroreport. 5:1045-1048.
Woolf, N. J., Zinnerman, M. D. dan Johnson, G. V. W., 1996. Signs of MAP-2 Degradation in The Hippocampus with Contextual Memory. Soc. Neurosci. 22:440.
Woolf, N.J., 1997. A Possible Role for Cholinergic Neuron of Basal Forebrain and Pontomesencephalon in Consciousness. Conscious. Cogn. 6:574-596.
Woolf, N. J., 1998. A Structural Basis For Memory Storage in Mammals. Prog. Neurobiol. 55:59-77.
Woolf, N.J., Zinnerman, M.D., dan Johnson G.V.W., 1999.Hippocampal Microtubule -Associated Protein-2 Alterations with Contextual Memory. Brain Res. 821:241-249.
Woolf, N.J, 2006. Microtubules in The Cerebral Cortex: Role in Memory and Consciousness, dalam The Emerging Physics of Consciousness, Springer Berlin Heideberg. hlm.49-94.
Yoshizawa, K., Oishi, Y., Matsumoto, M., dan Nyska, A., 2005.Ischemic Brain Damage After Ketamine and Xylazine Treatment in a Young Laboratory Monkey (Macaca fascicularis). Am. Ass. Lab. Animal Sci. 44(5):19-24.
Zola-Morgan, S., Squire, L.R., dan Amaral, D.G., 1986. Human Amnesia in The Medial Temporal Region: Enduring Memory Impairment Following A Bilateral Lesion Limited to Field CA1 of The Hippocampus. J. Neurosci. 6:2950-2967.
