Carl H. Johnson - Carl H. Johnson

Carl H. Johnson
Carl H. Johnson. Tif
narozený
Washington DC.
NárodnostSpojené státy
Alma materUniversity of Texas v Austinu
Stanfordská Univerzita
Harvardská Univerzita
Vědecká kariéra
PoleBiologie, Cirkadiánní rytmus
InstituceVanderbiltova univerzita
Doktorský poradceDavid Epel
Colin Pittendrigh
Ostatní akademičtí poradciMichael Menaker

Carl Hirschie Johnson je americký biolog, který se zabývá výzkumem chronobiologie různých organismů, zejména bakteriální cirkadiánní rytmy z sinice.[1] Johnson dokončil vysokoškolské vzdělání v oboru vyznamenání svobodná umění na VŠUP University of Texas v Austinu, a později získal doktorát z biologie od Stanfordská Univerzita, kde zahájil svůj výzkum pod vedením Dr. Colin Pittendrigh.[2] V současné době je Johnson Stevenson profesorem biologických věd na Vanderbiltova univerzita.[3]

Osobní život

Carl Johnson se narodil ve Washingtonu DC, když poprvé začal studovat na University of Texas v Austinu, plánoval jít na lékařskou školu, místo aby se věnoval výzkumu.[2] Poté, co pracoval jako vysokoškolský student v laboratoři chronobiologie pod vedením Dr. Michael Menaker. Johnson tvrdí, že „hudba ho vedla k vědě“, když původně zahájil výzkumnou práci u Menakera, aby platil za klasické hlasové lekce. Klasická hudba zůstala velkým vyhýbáním, protože i nadále zpívá hudbu s refrénem skupiny Nashville Symphony Orchestr.[4] Také ve svém volném čase ráda cvičí jógu.[2]

Vědecká kariéra

Počáteční kariéra a vzdělání

Johnson promoval s titulem B.A. in Honors Liberal Arts (program Honors Plan II [5]) na Texaské univerzitě v Austinu v roce 1976. Během této doby se zapojil do vysokoškolského výzkumu pod vedením Dr. Michael Menaker, jehož laboratoř studovala biologické hodiny u ptáků a hlodavců.[6][7][8] Johnsonova expozice experimentálnímu výzkumu v laboratoři Dr. Menakera ho inspirovala k tomu, aby šel na postgraduální studium, místo aby následoval svůj původní plán stát se lékařem.[2] Získal titul Ph.D. v biologii v roce 1982 na Stanfordská Univerzita, nejprve pracoval pod renomovaným lídrem v chronobiologie, Colin Pittendrigh a pak se přestěhovat do David Epel Laboratoř dokončit svůj titul. Následně Johnson provedl postdoktorské práce v Cell & Developmental Biology ve společnosti Harvardská Univerzita, kterou dokončil v roce 1987 u Dr. J.W. „Woody“ Hastings (John Woodland Hastings ), biolog známý svou prací na bioluminiscenci v mnoha organismech, včetně řas.[9] Hastings se stal blízkým přítelem a mentorem Johnsona. V roce 1987 přišel Johnson Vanderbiltova univerzita zahájit nezávislý výzkumný program a od té doby je profesorem biologie ve Vanderbiltu.[2][3]

Počátky výzkumu

Johnsonův počáteční vpád do výzkumu byl jako vysokoškolák v Menakerově laboratoři, která pracovala na epifýza u ptáků[7][10] a další chronobiologické projekty v obratlovců.[8] Na postgraduální škole v Stanford pod Colin Pittendrigh Johnson se pokusil objevit cirkadiánní rytmy v různých organismech, jako jsou pijavice a švábi. Pracoval také s žížalami, aby zjistil, zda po regeneraci poškozených částí jejich mozku zcela obnoví cirkadiánní rytmy. Také vyvinul metodu pro měření hladin pH uvnitř buněk při hledání vztahů mezi kyselinou a zásadou. Avšak pouze jeden z těchto projektů nakonec vyústil v publikaci, konkrétně příspěvek o hodinové kontrole nad pH ve formě chleba Neurospora crassa.[11] Johnson přešel na David Epel Laboratoř mořské biologie [12] ve svém čtvrtém ročníku postgraduálního studia, protože jejich práce na změně pH v mořský ježek a mořská hvězdice vejce na oplodnění byl vynikající systém, ve kterém použil metodu, kterou vyvinul dříve, pro měření úrovní pH uvnitř buněk.[13][14] Úspěšně publikoval řadu článků na toto téma.[15][16] Ve svých postdoktorských studiích s Hastingsem se Johnson vrátil do oboru biologických hodin a pracoval hlavně na rytmech bioluminiscenční řasa Gonyaulax polyedra [17][18] a později v modelovém systému řas pro genetiku, Chlamydomonas reinhardtii.[19]

Hlavní příspěvky

Cirkadiánní systém u sinic

Před koncem 80. let se většina chronobiologů domnívala, že bakterie jsou příliš „jednoduché“ na vyjádření cirkadiánních rytmů.[20] Johnson toto dogma nepřijal a již v roce 1978 to zkoumal haloarchaea pro možnou přítomnost biologických hodin. Zatímco studie haloarchaea nebyly produktivní, když jiné studie naznačovaly možnost cirkadiánních rytmů v sinice,[21][22] Johnson spolu s kolegy a spolupracovníky použili a luciferáza reportérský systém, aby to dokázal Synechococcus elongatus, z kmenů sinic, vykazovaly důkazy o každodenním používání bakteriální cirkadiánní rytmy (s přibližně 24 hodinovými cykly).[23] Synechococcus vyjádřil volné rytmy, teplotní kompenzaci a schopnost strhnout, což jsou určující vlastnosti cirkadiánní rytmy.[1] Tyto organismy také regulují buněčné dělení zakázanými a povolenými fázemi.[24] Proto Johnson a spolupracovníci zpochybnili původní přesvědčení, že bakterie nemají denní biologické cykly. Kromě toho identifikovali centrální prvky bakteriálních hodin, jmenovitě genový klastr KaiABC, a určili jejich strukturu.[25] V současné době existuje myšlenka, že bakteriální cirkadiánní rytmy existují alespoň v některých prokaryoty je dobře přijímán chronobiologie komunita a prokaryoty jsou důležitým modelovým systémem pro studium rytmicity.[26]

Přenos energie bioluminiscenční rezonance (BRET)

V roce 1999 Johnson a jeho tým vyvinuli a patentovali novou metodu studia interakce molekul založenou na Försterův přenos rezonanční energie (FRET), známý také jako přenos energie fluorescenční rezonancí (FRET).[27] Upravili stávající techniku ​​FRET tak, aby místo aktivace používali světlo fluorofory navázané na sledované proteiny využily bioluminiscenční proteiny s luciferázovou aktivitou. BRET eliminuje potřebu světelného buzení, a tak se vyhýbá změnám, které světlo obvykle způsobuje u cirkadiánních hodin, jako je resetování fáze hodin. Protože se vyhýbá světelné excitaci (jako v případě FRET), může být BRET také užitečný (1), když jsou tkáně autofluorescenční, (2) když světelná excitace způsobuje fototoxicita, fotoodpovědi (jako v sítnici), nebo fotobělení a (3) ve spolupráci s optogenetika.[28] Tato nová metoda měření interakcí protein-protein dává vědcům schopnost vyvinout nové reportéry pro intracelulární ionty vápníku a vodíku. Předpokládá se, že tato metoda bude mimořádně užitečná pro výzkumníky zabývající se živými buněčnými kulturami, buněčnými extrakty a purifikovanými proteiny.

Současná práce

Johnsonova laboratoř v současné době používá biofyzikální metody k vysvětlení toho, jak proteiny centrálních bakteriálních hodin (KaiA + KaiB + KaiC ) oscilovat in vitro.[26][29][30] Spolu s laboratoří Dr. Martina Egliho vedla laboratoř Dr. Johnsona společné úsilí o uplatnění technik strukturní biologie pro nahlédnutí do mechanismů cirkadiánních hodin.[25][31] Laboratoř také použila mutanty a kodonové zkreslení u sinic poskytnout první důkladný důkaz adaptivního významu biologických hodin ve fitness.[32][33][34] Laboratoř Johnson rozšiřuje studium bakteriálních cirkadiánních rytmů z sinic na fialové bakterie.[26][35] V současné době laboratoř také provádí studie cirkadiánního systému savců in vivo a in vitro pomocí luminiscence jako nástroje pro sledování cirkadiánních rytmů v mozku.[28] Nakonec Johnson a jeho laboratoř studují cirkadiánní a spánkové fenotypy myších modelů vážné lidské neurodevelopmentální poruchy zvané Angelmanov syndrom. Laboratoř doufá, že najde chronoterapeutické způsoby, jak zlepšit poruchy spánku pacientů trpících tímto syndromem.[36]

Časová osa úspěchů

  • 1982: vystudoval Stanford University s Ph.D. v biologii
  • 1987: Dokončený postdoktor v buněčné a vývojové biologii (Harvard)
  • 1987-1994: odborný asistent na katedře biologie Vanderbilt University
  • 1994 - 1999: docent na katedře biologie Vanderbilt University
  • 1999 - dosud: profesor na katedře biologických studií Vanderbilt University
  • 1993: Publikovaná první práce o cirkadiánních rytmech sinic
  • 1995 - dosud: Působí jako člen redakční rady Journal of Biological Rhythms
  • 2005: obdržel cenu kancléře za výzkum, Vanderbilt University
  • 2012 - 2014: prezident Společnosti pro výzkum biologických rytmů

Pozice a vyznamenání

  • Předseda Společnosti pro výzkum biologických rytmů (2012–2014) [37]
  • Cena kancléře za výzkum, Vanderbilt University (2005) [38]
  • Cena Aschoffa a Honmy za výzkum biologických rytmů (2014) [39]
  • Tajemník a pokladník Společnosti pro výzkum biologických rytmů
  • Společnost Phi Beta Kappa [40]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Johnson, C.H. „Od skepticismu k výtečnosti: cirkadiánní hodiny v bakteriích“. Mikrob 4 (9). Září 2009
  2. ^ A b C d E „Carl Hirschie Johnson.“ Aktuální biologie, sv. 24, č. 3, 2014, s. R100-R102.
  3. ^ A b „Katedra biologických věd - Carl H. Johnson“. Vanderbiltova univerzita. http://as.vanderbilt.edu/biosci/bio/carl-johnson. Zpřístupněno 29. listopadu 2016.
  4. ^ „Nashville Symphony Chorus Roster“. https://www.nashvillesymphony.org/about/chorus/roster[trvalý mrtvý odkaz ]. Zpřístupněno 29. listopadu 2016.
  5. ^ Program vyznamenání Plan II, University of Texas v Austinu. https://liberalarts.utexas.edu/plan2/. Zpřístupněno 29. listopadu 2016.
  6. ^ Michael Menaker. University of Virginia College and Graduate School of Arts & Sciences, 2015, bio.as.virginia.edu/people/mm7e. Zpřístupněno 29. listopadu 2016.
  7. ^ A b Gaston, S; Menaker, M. (1968). „Pinealní funkce: biologické hodiny ve vrabci?“. Věda. 160 (3832): 1125–1127. doi:10.1126 / science.160.3832.1125. PMID  5647435.
  8. ^ A b Stetson, M. H .; Elliott, J. A.; Menaker, M. (1975). „Fotoperiodická regulace varlat křečka: cirkadiánní citlivost na účinky světla“. Biologie reprodukce. 13: 329–339. doi:10.1095 / biolreprod13.3.329.
  9. ^ Domovská stránka laboratoře Hastings. Harvard University Biological Laboratories, září 2006, labs.mcb.harvard.edu/hastings/dino.html. Zpřístupněno 29. listopadu 2016.
  10. ^ Takahashi, J. S .; Hamm, H .; Menaker, M. (1980). „Cirkadiánní rytmy uvolňování melatoninu z jednotlivých superfúzovaných kuřecích šišinek in vitro“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 77: 2319–2322. doi:10.1073 / pnas.77.4.2319. PMC  348706. PMID  6929552.
  11. ^ Johnson, C. H. (1983). „Změny intracelulárního pH nekorelují s cirkadiánním rytmem Neurospora“. Plant Physiol. 72: 129–133. doi:10.1104 / str. 72.1.129.
  12. ^ David Epel. Staniční univerzita Hopkins Marine Station, http://hopkinsmarinestation.stanford.edu/people/david-epel. Přístupné 29. listopadu 2016.
  13. ^ Johnson, C. H .; Epel, D. (1981). „Intracelulární pH vajec mořského ježka měřené metodou dimethyloxazolidindionu (DMO)“. J. Cell Biol. 89: 284–291. doi:10.1083 / jcb.89.2.284.
  14. ^ Johnson, C. H. a D. Epel. 1982. Zrání a oplodnění hvězdic oocytů: intracelulární pH se na aktivaci nepodílí. Devel. Biol. 92: 461-469.
  15. ^ Johnson, C. H. a D. Epel. 1983. Chelátory těžkých kovů prodlužují motilitu a životaschopnost spermií mořského ježka tím, že inhibují spontánní akrozomální reakce. J. Exp. Zool. 226: 431-440.
  16. ^ Johnson, C. H., D. L. Clapper, M. W. Winkler, H. C. Lee a D. Epel. 1983. Těkavý inhibitor imobilizuje sperma mořského ježka ve spermatu snížením intracelulárního pH. Devel. Biol. 98: 493-501.
  17. ^ Johnson, C. H .; Roeber, J. F .; Hastings, J. W. (1984). "Cirkadiánní změny koncentrace enzymu představují rytmus aktivity enzymu v Gonyaulaxu". Věda. 223: 1428–1430. doi:10.1126 / science.223.4643.1428. PMID  17746055.
  18. ^ Johnson, C. H .; Hastings, J. W. (1989). „Cirkadiánní fototransdukce: fázové resetování a frekvence cirkadiánních hodin buněk Gonyaulax v červeném světle“. J. Biol. Rytmy. 4: 417–437. doi:10.1177/074873048900400403.
  19. ^ Johnson, C. H .; Kondo, T .; Hastings, J. W. (1991). "Akční spektrum pro resetování cirkadiánního fototaxního rytmu u kmene CW15 Chlamydomonas. II. Osvětlené buňky". Plant Physiol. 97: 1122–1129. doi:10,1104 / s. 97.3.1122.
  20. ^ Johnson, CH; Golden, SS; Ishiura, M; Kondo, T (1996). "Cirkadiánní hodiny u prokaryot". Mol Microbiol. 21: 5–11. doi:10.1046 / j.1365-2958.1996.00613.x. PMID  8843429.
  21. ^ Huang, T-C; Grobbelaar, N (1995). „Cirkadiánní hodiny v prokaryotu Synechococcus RF-1“. Mikrobiologie. 141: 535–540. doi:10.1099/13500872-141-3-535.
  22. ^ Sweeney, BM; Borgese, MB (1989). "Cirkadiánní rytmus buněčného dělení v prokaryotu, sinici Synechococcus WH7803". J. Phycol. 25: 183–186. doi:10.1111 / j.0022-3646.1989.00183.x.
  23. ^ Kondo, T .; Strayer, C. A .; Kulkarni, R. D .; Taylor, W .; Ishiura, M .; Golden, S. S .; Johnson, C. H. (1993). „Cirkadiánní rytmy u prokaryot: luciferáza jako reportér cirkadiánní genové exprese v sinicích“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 90: 5672–5676. doi:10.1073 / pnas.90.12.5672. PMC  46783. PMID  8516317.
  24. ^ Mori, T .; Binder, B .; Johnson, C.H. (1996). „Cirkadiánní hradlování buněčného dělení u sinic rostoucích s průměrnou dobou zdvojnásobení kratší než 24 hodin“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93: 10183–10188. doi:10.1073 / pnas.93.19.10183. PMC  38358. PMID  8816773.
  25. ^ A b Pattanayek, R .; Wang, J .; Mori, T .; Xu, Y .; Johnson, C.H .; Egli, M. (2004). „Vizualizace proteinu cirkadiánních hodin: krystalová struktura KaiC a funkční přehledy“. Molekulární buňka. 15: 375–388. doi:10.1016 / j.molcel.2004.07.013. PMID  15304218.
  26. ^ A b C Johnson, Carl Hirschie; Zhao, Chi; Xu, Yao; Mori, Tetsuya (duben 2017). „Načasování dne: díky čemuž bakteriální hodiny tikají?“. Recenze přírody. Mikrobiologie. 15 (4): 232–242. doi:10.1038 / nrmicro.2016.196. ISSN  1740-1534. PMC  5696799. PMID  28216658.
  27. ^ Xu, Y .; Piston, D. W .; Johnson, C. H. (1999). „Systém přenosu bioluminiscenční rezonanční energie (BRET): aplikace na interagující proteiny cirkadiánních hodin“. Sborník Národní akademie věd. 96 (1): 151–156. doi:10.1073 / pnas.96.1.151. PMC  15108. PMID  9874787.
  28. ^ A b Yang, J .; Cumberbatch, D .; Centanni, S .; Shi, S .; Winder, D .; Webb, D .; Johnson, C.H. (2016). „Spojení optogenetické stimulace s luminiscencí na bázi NanoLuc (BRET) Ca ++ Sensing“. Příroda komunikace. 7: 13268. doi:10.1038 / ncomms13268.
  29. ^ Johnson, C. H .; Egli, M. (2014). "Metabolická kompenzace a cirkadiánní odolnost u prokaryotických sinic". Annu. Biochem. 83: 221–47. doi:10,1146 / annurev-biochem-060713-035632. PMC  4259047. PMID  24905782.
  30. ^ Mori, T .; Williams, D.R .; Byrne, M.O .; Qin, X .; Mchaourab, H.S .; Egli, M .; Stewart, P.L .; Johnson, C.H. (2007). „Objasnění tikání cirkadiánního hodinového stroje in vitro“. PLoS Biology. 5: e93. doi:10.1371 / journal.pbio.0050093. PMC  1831719. PMID  17388688.
  31. ^ Johnson, C.H .; Egli, M .; Stewart, P.L. (2008). „Strukturální pohledy na cirkadiánní oscilátor“. Věda. 322: 697–701. doi:10.1126 / science.1150451. PMC  2588432. PMID  18974343.
  32. ^ Ouyang, Y .; Andersson, C.R .; Kondo, T .; Golden, S .; Johnson, C.H. (1998). „Rezonanční cirkadiánní hodiny zvyšují kondici sinic“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95: 8660–8664. doi:10.1073 / pnas.95.15.8660. PMC  21132. PMID  9671734.
  33. ^ Xu, Y .; Ma, P .; Shah, P .; Rokas, A .; Liu, Y .; Johnson, C.H. (2013). „Neoptimální využití kodonu je mechanismus k dosažení podmíněnosti cirkadiánních hodin“. Příroda. 495 (7439): 116–20. doi:10.1038 / příroda11942. PMC  3593822.
  34. ^ Woelfle, M.A.; Ouyang, Y .; Phanvijhitsiri, K .; Johnson, C.H. (2004). „Adaptivní hodnota cirkadiánních hodin: Experimentální hodnocení u sinic“. Aktuální biologie. 14: 1481–1486. doi:10.1016 / j.cub.2004.08.023. PMID  15324665.
  35. ^ Ma, P .; Mori, T .; Zhao, C .; Thiel, T .; Johnson, C.H. (2016). „Vývoj časoměřičů závislých na KaiC: protocirkadiánní mechanismus časování poskytuje adaptivní zdatnost ve fialové bakterii Rhodopseudomonas palustris“. Genetika PLoS. 12 (3): e1005922. doi:10.1371 / journal.pgen.1005922. PMC  4794148. PMID  26982486.
  36. ^ Shi, S .; Bichell, T. J.; Ihrie, R.A .; Johnson, C.H. (2015). „Ube3a imprinting zhoršuje cirkadiánní robustnost v modelech Angelmanova syndromu“. Aktuální biologie. 25 (5): 537–545. doi:10.1016 / j.cub.2014.12.047.
  37. ^ „Předchozí zasedání SRBR“.
  38. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 2016-05-26. Citováno 2017-01-26.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  39. ^ aschoff-honma.wixsite.com/ahmf/prize-winners
  40. ^ „About the Chapter - Phi Beta Kappa - Alpha of Tennessee“.