Michael Rosbash - Michael Rosbash

Michael Rosbash
Michael Rosbash EM1B8756 (38847326642).jpg
Michael Rosbash na konferencji prasowej Nagrody Nobla w Sztokholmie, grudzień 2017 r.
Urodzić się
Michael Morris Rosbash

( 1944-03-07 )7 marca 1944 (wiek 77)
Kansas City , Missouri , USA
Narodowość amerykański
Alma Mater California Institute of Technology ( BS )
Massachusetts Institute of Technology ( MS , PhD )
Małżonkowie Nadja Abowiczu
Nagrody Nagroda Grubera w dziedzinie neuronauki (2009)
Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny (2017)
Kariera naukowa
Pola Genetyka
Chronobiologia
Instytucje Uniwersytet w Edynburgu
Brandeis University
Howard Hughes Medical Institute
Doradca doktorski Sheldona Penmana

Michael Morris Rosbash (ur. 7 marca 1944) to amerykański genetyk i chronobiolog . Rosbash jest profesorem i badaczem na Brandeis University oraz badaczem w Instytucie Medycznym Howarda Hughesa . Grupa badawcza Rosbash jest sklonowany z Drosophila okres genu w 1984 roku i zaproponował Transkrypcja Translation Negatywna pętli sprzężenia zwrotnego dla dobowego zegary w 1990. W 1998 roku odkryli cyklu gen zegara gen i kryptochromu fotoreceptor w Drosophila dzięki wykorzystaniu genetyki forward , przez pierwszy identyfikacja fenotypu mutanta, a następnie określenie genetyki mutacji. Rosbash został wybrany do Narodowej Akademii Nauk w 2003 roku. Wraz z Michaelem W. Youngiem i Jeffreyem C. Hallem został uhonorowany Nagrodą Nobla 2017 w dziedzinie fizjologii lub medycyny „za odkrycie mechanizmów molekularnych kontrolujących rytm dobowy”.

Życie

Michael Rosbash urodził się w Kansas City w stanie Missouri. Jego rodzice, Hilde i Alfred Rosbash, byli żydowskimi uchodźcami, którzy opuścili nazistowskie Niemcy w 1938 roku. Jego ojciec był kantorem , który w judaizmie jest osobą śpiewającą nabożeństwa. Rodzina Rosbasha przeniosła się do Bostonu, gdy miał dwa lata i od tego czasu jest zagorzałym fanem Red Sox .

Początkowo Rosbash interesował się matematyką, ale studia licencjackie z biologii w California Institute of Technology (Caltech) i lato pracy w laboratorium Normana Davidsona skierowały go w stronę badań biologicznych. Rosbash ukończył Caltech w 1965 roku z dyplomem z chemii, spędził rok w Institut de Biologie Physico-Chimique w Paryżu na stypendium Fulbrighta i uzyskał stopień doktora biofizyki w 1970 roku w Massachusetts Institute of Technology pod kierownictwem Sheldona Penmana. Po spędzeniu trzech lat na stażu podoktorskim w dziedzinie genetyki na Uniwersytecie w Edynburgu , Rosbash dołączył do wydziału Brandeis University w 1974 roku.

Rosbash jest żonaty z koleżanką naukową Nadją Abovich i ma pasierbicę o imieniu Paula i córkę o imieniu Tanya.

Badania

Badania Rosbasha początkowo koncentrowały się na metabolizmie i przetwarzaniu mRNA ; mRNA jest ogniwem molekularnym między DNA a białkiem . Po przybyciu do Brandeis Rosbash współpracował ze współpracownikiem Jeffreyem Hallem i badał wpływy genetyczne na rytmy dobowe wewnętrznego zegara biologicznego. Użyli Drosophila melanogaster do badania wzorców aktywności i odpoczynku. W 1984 roku Rosbash i Hall sklonowali pierwszy gen zegarowy Drosophila , okres . Po pracach przeprowadzonych przez stypendystę Paula Hardina , który odkrył, że w okresie dobowym poziom mRNA i związanego z nim białka (PER) zmieniał się, w 1990 r. zaproponowali model pętli negatywnego sprzężenia zwrotnego transkrypcji (TTFL) jako podstawę dobowy zegar . Podążając za tą propozycją, przyjrzeli się elementom, które składają się na inne części zegara. W maju 1998 r. Rosbash i in. znaleźli homolog ssaczego Zegara, który pełnił tę samą funkcję aktywacji transkrypcji per i tim , którą zaczęli nazywać dClock. Również w maju 1998 Rosbash i in. Odkryto u Drosophila cykl genu zegara, homolog ssaczego genu bmal1. W listopadzie 1998 r. Rosbash i in. odkryli mutanta cry b Drosophila , co prowadzi do wniosku, że białko kryptochromowe bierze udział w okołodobowym fotorecepcji.

Chronologia głównych odkryć

  • 1984: sklonowano gen z okresu Drosophila
  • 1990: Zaproponowano pętlę negatywnego sprzężenia zwrotnego transkrypcji dla zegarów okołodobowych
  • 1998: Zidentyfikowano gen zegara Drosophila
  • 1998: Zidentyfikowano gen cyklu Drosophila
  • 1998: Zidentyfikowano kryptochrom jako fotoreceptor dobowy Drosophila
  • 1999: Zidentyfikowano neurony LN V jako główny rozrusznik dobowy Drosophila

badania mRNA

Rosbash zaczął studiować przetwarzanie mRNA jako doktorant w Massachusetts Institute of Technology . Jego praca w Saccharomyces cerevisiae ujawniła enzymy, białka i organelle subkomórkowe oraz ich zbieżność z mRNA w określonej kolejności w celu przełożenia mRNA na białka. Błędy w tym procesie powiązano z chorobami, takimi jak choroba Alzheimera , więc praca ta ma zasadnicze znaczenie dla lepszego zrozumienia i leczenia chorób.

Odkrycie dobowego TTFL u Drosophila

W 1990 roku Rosbash, Hall i Hardin odkryli rolę genu okresu (per) w oscylatorze okołodobowym Drosophila . Odkryli, że poziomy białka PER zmieniają się w cyklach światło-ciemność, a wahania te utrzymują się w ciągłej ciemności. Podobnie, obfitość mRNA ma również rytmiczną ekspresję, która włącza się w cykle światło-ciemność. W głowie muchy poziomy mRNA oscylują zarówno w 12-godzinnych cyklach światła, 12-godzinnych ciemności, jak i w ciągłej ciemności. Poziomy per mRNA osiągnęły szczyt na początku subiektywnej nocy, po czym nastąpił szczyt poziomów białka PER około 6 godzin później. Zmutowane per geny wpłynęły na cykl per mRNA. Na podstawie tych danych eksperymentalnych Rosbash, Hall i Hardin wysnuli hipotezę, że białko PER jest zaangażowane w pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego, która kontroluje poziomy per mRNA i że ta pętla sprzężenia zwrotnego transkrypcji-translacji jest centralną cechą zegara dobowego Drosophila .

Przyjrzeli się także dwóm innym pojedynczym mutacji okresu zmiany sensu , na S i na L1 . Mutacje te powodują, że szczyt wieczornej aktywności występuje odpowiednio wcześniej i później, w porównaniu z typem dzikim na + muchy. Odkryli, że poziomy RNA na S i na L1 również wykazują wyraźną rytmiczność. Podobnie jak aktywność lokomotoryczna, szczytowa ekspresja jest przesunięta wcześniej dla per S a później dla per L1 .

Przekształcili mutację zerową okresu 0 za pomocą 7,2 kb fragmentu funkcjonalnego na DNA i zmierzyli poziomy mRNA w locus na 0 i nowym locus. Po transformacji poziomy na mRNA były rytmiczne zarówno w oryginalnym, jak i nowym locus. Locus per 0 był zdolny do transkrypcji normalnego na mRNA i translacji normalnego białka PER, co oznacza, że ​​rytmiczność została uratowana przez funkcjonalne białko PER transkrybowane i translowane z 7,2 kb fragmentu DNA. W grę wchodzi pętla sprzężenia zwrotnego, w której cykle poziomów białka PER w nowym locus są sprzężone z powrotem, aby dyktować cykliczne zmiany poziomów per mRNA w pierwotnym locus na 0 . W 1992 roku Rosbash ponownie współpracował z Jeffreyem Hallem i Paulem Hardinem, aby dokładniej zbadać mechanizmy TTFL. Zastanawiali się konkretnie nad regulacją wahań poziomu mRNA w okresie i odkryli, że poziomy per mRNA były regulowane transkrypcyjnie. Zostało to poparte dowodami, że per prekursorowe cykle RNA mają tę samą fazę, co dojrzałe transkrypty i oscylują w odniesieniu do czasu Zeitgebera (ZT). Innym dowodem na regulację transkrypcji jest to, że na promotor genu wystarczy nadać cykl heterologicznemu mRNA.

Wyzwania dla modelu TTFL w Drosophila

Grupa Akhilesh Reddy wykazała, stosując szereg bezstronnych technik -omicznych (sekwencjonowanie RNA, proteomika, metabolomika), że komórki Drosophila S2 wykazują okołodobowe rytmy molekularne. Komórki te nie wyrażają znanych „genów zegarowych”, w tym per i tim . Wprowadzenie białek PER i TIM do komórek nie powoduje rytmiczności tych komórek, odczytywanej przez liczebność lub fosforylację białek PER i TIM. Komórki te były zatem do tej pory uważane przez pole muchowe za „bez zegara”. Te odkrycia potwierdzają powyższą pracę, wykazując, że model TTFL mechanizmu zegarowego muchy nie może wyjaśnić powstawania rytmów okołodobowych.

Odkrycie Gene Zegara Drosophila

Prawdopodobny homolog wcześniej odkrytego mysiego genu Clock został zidentyfikowany przez Rosbasha i in. przez klonowanie genu Drosophila zdefiniowanego przez mutację Jrk . Genowi temu nadano nazwę Zegar Drosophila . Wykazano, że dClock oddziałuje bezpośrednio z per i tim E-box i przyczynia się do okołodobowej transkrypcji tych genów. Mutacja Jrk zakłóca cykl transkrypcyjny per i tim. Powoduje to również całkowicie arytmiczne zachowanie w ciągłej ciemności dla homozygotycznych mutantów, a około połowa wykazuje zachowanie arytmiczne u heterozygot. Homozygoty Jrk eksprymowały niskie, niecykliczne poziomy mRNA per i tim, jak również białka PER i TIM. Na tej podstawie wywnioskowano, że arytmia behawioralna u Jrk była spowodowana defektem w transkrypcji per i tim. Wskazuje to, że dClock był zaangażowany w transkrypcyjną aktywację per i tim.

Odkrycie genu cyklu Drosophila

W 1998 roku Rosbash i in. odkrył nowy cykl genów zegarowych , homolog ssaczego genu Bmal1 . Homozygotyczne mutanty w cyklu 0 mają arytmiczną aktywność lokomotoryczną, a heterozygotyczne muchy w cyklu 0 /+ mają silne rytmy ze zmienionym okresem rytmiki. Analiza Western blot pokazuje, że homozygotyczne mutanty w cyklu 0 mają bardzo mało białka PER i TIM, jak również niskie poziomy mRNA per i tim. Wskazuje to, że brak cyklu prowadzi do zmniejszonej transkrypcji genów per i tim. Mapowanie mejotyczne umieszczone cyc na trzecim chromosomie. Odkryli domeny bHLH-PAS w cyc, wskazujące na funkcje wiązania białek i DNA.

Odkrycie kryptochromu jako fotoreceptora dobowego Drosophila

W 1998 roku Rosbash i in. odkryli mutanta Drosophila wykazującego płaskie, nieoscylujące poziomy mRNA per i tim , z powodu zerowej mutacji w genie kryptochromu . Ta mutacja została nazwana płaczem dziecka lub płaczem b . Brak synchronizacji mutantów cry b z cyklami światło-ciemność wskazuje, że normalne funkcjonowanie kryptochromu obejmuje okołodobowy fotorecepcję .

Neurony LN V jako główny stymulator okołodobowy Drosophila

U Drosophila wykazano, że pewne neurony boczne (LN) są ważne dla rytmów okołodobowych, w tym neurony grzbietowe (LN d ) i brzuszne (LN V ). Neurony LN V wyrażają PDF (współczynnik dyspersji pigmentu), który początkowo miał być sygnałem wyjściowym zegara. Mutanty genu neuropeptydu pdf (pdf 01 ), a także muchy selektywnie poddane ablacji pod kątem LN V wywoływały podobne reakcje behawioralne. Obydwa były uwikłane w zewnętrzne sygnały świetlne, ale były w dużej mierze arytmiczne w stałych warunkach. Niektóre muchy w każdym przypadku wykazywały słabą rytmiczność swobodnego biegu. Wyniki te prowadzą naukowców do przekonania, że neurony LN V były kluczowymi neuronami rozrusznika dobowego, a PDF był głównym przekaźnikiem dobowym.

Obecne badania

W ostatnich latach Rosbash pracował nad mózgowo-neuronowymi aspektami rytmów okołodobowych. Zidentyfikowano siedem anatomicznie odrębnych grup neuronów, z których wszystkie wyrażają geny zegara rdzeniowego. Jednak wydaje się, że mRNA ulegają ekspresji w sposób okołodobowy i specyficzny dla neuronów, co jego laboratorium zainteresowało się ustaleniem, czy zapewnia to powiązanie z różnymi funkcjami pewnych grup neuronów. Badał również wpływ światła na niektóre grupy neuronów i odkrył, że jedna podgrupa jest wrażliwa na światło włączone (świt), a inna jest wrażliwa na światło wyłączone (zmierzch). Wykazano, że komórki świtu promują pobudzenie, podczas gdy komórki zmierzchu promują sen.

Obecnie Rosbash kontynuuje badania nad przetwarzaniem mRNA i mechanizmami genetycznymi leżącymi u podstaw rytmów okołodobowych. Opublikował też zabawną refleksję na temat swojego życia w nauce.

Pozycje

Nagrody

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki