Michael Menaker - Michael Menaker - Wikipedia

Michael Menaker
narozený (1934-05-19) 19. května 1934 (věk 86)
Rakousko
Alma materSwarthmore College (B.A. )
Univerzita Princeton
Vědecká kariéra
PoleBiologie
Doktorský poradceColin Pittendrigh

Michael Menaker (narozen 19. května 1934),[1] je Američan chronobiologie výzkumný pracovník, v současné době slouží profesorem biologie Commonwealthu na University of Virginia. Jeho výzkum se zaměřuje na cirkadiánní rytmus obratlovců, včetně přispění k porozumění dráhám vstupu světla na extra-sítnici fotoreceptory jiných než savčích obratlovců, objevení savčí mutace pro cirkadiánní rytmus (tau mutace v zlatí křečci ) a vyhledání a cirkadiánní oscilátor v epifýza ptáka. Je autorem téměř 200 vědeckých publikací.[2]

raný život a vzdělávání

Menaker vyrostl v New York City a zúčastnili se Swarthmore College.

Po absolvování Swarthmore College v roce 1955 s titulem B.A. v biologii pokračoval Menaker Univerzita Princeton.[3] V laboratoři Colina Pittendrigha,[1][4] otec výzkumu na biologické hodiny, Menaker studoval endogenní cirkadiánní rytmus netopýrů (Myotis lucifugus ).[5]

Vystudoval Princetonskou univerzitu s Ph.D. v roce 1960 a pokračoval v postdoktorandském studiu v Donald Griffin laboratoř [4] na Harvardská Univerzita.[3] Jak pokračoval ve studiu netopýrů, jeho zájem se přesunul z cirkadiánních rytmů na hibernační vzorce.[6] Když se Menaker připojil k fakultě v University of Texas v Austinu v roce 1962,[1] přešel ke studiu cirkadiánních rytmů ve vrabci domácím (Passer domesticus )[7] a zlatý křeček (Mesocricetus auratus ).[8]

Akademická kariéra

Menaker zastával akademické pozice na University of Texas, University of Oregon a v současné době v University of Virginia, kde je od roku 1987 profesorem biologie na Commonwealthu.[3] V letech 1987-1993 působil jako předseda biologického oddělení ve Virginii.[3] Mentoroval několik odborníků v oblasti chronobiologie, včetně Joseph Takahashi,[9] Předseda Neurovědy na Southwestern Medical Center v Texasu; Heidi Hamm, předsedkyně farmakologického oddělení v Vanderbiltova univerzita; a Carl Johnson profesor biologických věd na Vanderbiltově univerzitě. Je autorem téměř 200 prací a na podporu svého výzkumu udržuje grantové financování již více než 60 let.[4]

Vědecká práce

Objev extra-retinálních fotoreceptorů ve vrabci domácím

V roce 1968 Menaker poskytl důkazy o existenci extra-retinálních fotoreceptorů, které byly dostatečné pro fotocvičení měřením rytmického lokomotorického chování jako výstupního signálu vrabci domácí (Passer domesticus) cirkadiánní hodiny. Ukázal, že k fotoentrénci může dojít při absenci optických neuronů, což je důkaz přítomnosti extra-retinálního fotoreceptoru (ů) spojeného s cirkadiánními hodinami vrabce domácího.[10] V tomto experimentu, bilaterálně enukleovaný domácí vrabci byli vystaveni cyklu umělého světla a tmy. Byli drženi v neustálé tmě, aby určili dobu jejich volného běhu, a následně se nechali strhnout světelnými narážkami. Lokomotorická aktivita byla zaznamenána pozorováním pozorovacího chování vrabců. Testoval tři možné matoucí proměnné pro strhávání: (1) kolísání teploty, (2) postenukleační fragmenty sítnice, které zůstávají v oku, a (3) ektoparazity, které by mohly přenášet světelné informace svými pohyby v kůži ptáků. Ke studiu účinků teploty na cirkadiánní rytmy vystavil Menaker enukleované vrabce an elektroluminiscenční panel. Menaker ošetřil vrabce přípravkem Dry-Die, antiparazitikem, aby se vyloučily možné účinky přenosu světla ektoparazity. Jelikož se vrabci během testů teplotních výkyvů neuchvátili a vrabci zůstali stržení 10 měsíců po enukleaci, což je bod, ve kterém by se jakýkoli přebytek funkční sítnice degradoval, Menaker vyloučil tyto možné matoucí proměnné.[7] Menakerova laboratoř dospěla k závěru, že vrabci byli schopni unést světelné signály prostředí. Tyto výsledky ukazují, že světelné receptory sítnice nejsou nutné fotocvičení, což naznačuje, že existuje extra-sítnice fotoreceptor s) přispívání k cirkadiánní pohybové aktivitě. Zjištění Menakera v enukleovaných vrabcích byla v souladu s Aschoffovo pravidlo, a došel k závěru, že sietnice a extra-retinální receptory přispívají k procesu fotoentrainence.

Epifýza jako místo pro cirkadiánní oscilátor ve vrabci domácím

V roce 1979 Menaker a Natille Headrick Zimmerman rozšířili předchozí Menakerovu práci s vrabci domácími zkoumáním vlivu epifýza a hypotalamus na cirkadiánních rytmech. Transplantovali epifýzu jednoho vrabce do přední komory očí arytmického, pinealektomizovaného vrabce. Před transplantačním postupem byly dárcovské ptáky strženy do 12:12 světlo: tma fotoperioda cyklus. To jim umožnilo porovnat nástup aktivity, měřeno sledováním, dárců před transplantací šišinky a příjemců po transplantaci. Po transplantaci epifýzy došlo u dříve arytmických vrabců k obnovení rytmicity. Ve skutečnosti se jejich obnovené cirkadiánní oscilace podobaly cirkadiánním oscilačním vzorům pro pohybovou aktivitu dárcovských vrabců. 20% vrabců, kteří podstoupili úspěšnou transplantaci, vykazovalo dočasnou arytmii v konstantní tmě po dobu 10 až 100 dnů, která nebyla vždy rovnoměrně rozdělena do 24 hodin; vrabci se však nakonec znovu stali rytmickými.[11] Menaker dospěl k závěru, že epifýza je hnacím oscilátorem v multikomponentním systému.

Objev mutace tau u zlatých křečků

V roce 1988 Martin Ralph a Menaker náhodně narazili na tau mutovaného muže zlatý křeček v zásilce od jejich komerčního dodavatele, Charles River Laboratories Bylo pozorováno, že cirkadiánní období je výrazně kratší než to, co je pro toto plemeno charakteristické. Tito zlatí křečci jsou známí pro jejich úzký rozsah období s typickým průměrem 24 hodin.[12] Namísto toho, aby přehlédl tohoto abnormálního mužského křečka, provedl Menaker šlechtitelské experimenty k produkci homozygotních tau mutantů s periodou 20 hodin a heterozygotních tau mutantů s periodou 22 hodin. Vzor dědičnosti z tohoto zkráceného tau naznačil, že genetická příčina tohoto fenotypu byla izolována do jedné alely, což poskytuje genetický přístup k určení biologického mechanismu.[13] Toto náhodné přední genetické vyšetření přineslo první vzorek, který bylo možné studovat pro genetický vhled do cirkadiánních mechanismů savců.

Prvním hlavním zjištěním u tohoto kmene bylo, že oscilátor musel být umístěn v suprachiasmatickém jádru (SCN).[13] K otestování tohoto závěru provedli Menaker a jeho kolegové experimenty, při nichž byl SCN od křečka mutovaného tau transplantován přes neurální štěp na křečka divokého typu s odstraněným SCN. Po tomto postupu vykazoval dříve křeček divokého typu zkrácené období, které připomínalo tau mutanta. Tento výsledek vedl k závěru, že SCN je dostatečný a nezbytný pro cirkadiánní rytmy savců.[13]

Další výzkum SCN jako centrální struktury cirkadiánních rytmů Silver a kol. zjistil, že SCN může řídit cirkadiánní rytmus difuzním signálem.[14] Transplantovali SCN, jak to dříve provedl Menaker, ale zapouzdřili štěp, čímž zabránili růstu mutantními SCN neurony. Dokonce i při takto omezeném SCN vykazoval křeček divokého typu kratší období v souladu s obdobím SCN darovaného mutovaným tau křečkem, což naznačuje, že SCN emituje difuzní faktory ke kontrole cirkadiánních rytmů.[14] Téhož roku Gianluca Tosini a Menaker také určili, že sítnice křečků jsou kultivované in vitro produkoval konzistentní cirkadiánní rytmus, měřený hladinami melatoninu.[15] To naznačuje, že existuje více oscilátorů nebo více neuronů, které tvoří jediný oscilátor dostatečný pro cirkadiánní výstupy.

Molekulární identifikace tau místo

Stále nebylo jisté, na jaký genetický lokus byla nalezena mutace tau a který protein ovlivnil. V roce 2000 Menaker spolupracoval s dalšími vědci v oboru na použití geneticky řízené analýzy rozdílové reprezentace (GDRDA), nové techniky v molekulární genetice, která jim umožnila dosáhnout tohoto cíle.[16]

GDRDA funguje tak, že nejprve generuje polymorfní genetické markery pro monogenní znak (který již prokázal tau), který lze přímo identifikovat v genomu. To se provádí oddělením potomků od křížení na základě sledovaného fenotypu a následným vytvořením amplikony shromážděné DNA z každé skupiny. S těmito skupinami amplifikované DNA lze určit, které lokusy jsou obohaceny ve skupině vykazující požadovaný fenotyp. Tyto obohacené lokusy jsou genetickými markery pro zajímavou vlastnost.

Genetické markery pro tau mutanty mapované na chromozom 22. Oblast konzervované synteny byla genová kasein kináza I epsilon (CKIe). To je v souladu s homologií CKIe k Drosophila cirkadiánní kontrolní gen doubletime (dbt). Z této práce bylo také prokázáno, že CK1e může interagovat s savčím proteinem PERIOD in vitro a ovlivnit výraz Per1. Z této práce laboratoř Takahashi úspěšně ověřila tau geneticky mutantem objevením postiženého lokusu a následným vytvořením modelu interakce cirkadiánního proteinu, kterým lze vysvětlit účinky mutace tau.

Zavedení cirkadiánního oscilátoru (MASCO) citlivého na metamfetamin u myší

Ačkoli to předchozí studie ukazují metamfetamin (MAP) má významný vliv na cirkadiánní chování potkanů, což naznačuje důkazy o SCN-nezávislém, MAP-senzitivním cirkadiánním oscilátoru (MASCO), Menaker a kolegové se rozhodli podívat se na MASCO u myší.[17] Práce provedená Menakerem a kolegy se zaměřila na účinky chronické exprese MAP na dva kmeny intaktních a SCN-poškozených myší za podmínek konstantní tmy a konstantního světla.

MAP v pitné vodě generoval u myší s lézí SCN cirkadiánní lokomotorickou rytmicitu. Když byl odstraněn MAP, volně běžící pohybový rytmus přetrvával tak dlouho, jak čtrnáct cyklů. Tato studie také ukázala, že malé zvýšení MAP způsobilo zvýšení denní aktivity běhu kola a délky cirkadiánního období u intaktních myší a myší s SCN lézí v podmínkách konstantního tmy a konstantního světla. Pozorování Menakera a jeho kolegů naznačují, že cirkadiánní oscilátor MASCO funguje odděleně od „hlavních hodin“ SCN a je dostatečný pro řízení lokomotorického cirkadiánního rytmu.

Tato studie vyvrací hypotézu mechanismu „přesýpacích hodin“ pro MASCO navrženou Ruisem a kol. Tato hypotéza uvádí, že spontánní konzumace MAP v pitné vodě hlodavci má za následek prodloužené záchvaty aktivity, po nichž následuje spánek. Cyklus se posílí, když se zvíře probudí a znovu se napije.[18] Menaker a kolegové testovali arytmické myši postižené SCN v konstantní tmě a zjistili, že i když MAP již nebyla spotřebována v rytmických intervalech, byly stále nalezeny konstantní rytmy v pohybovém chování. V dalším pokusu se MAP střídal každý druhý den s vodou a pohybový rytmus přetrvával ve dnech jen s vodou. Obě tato zjištění objasnila, že hypotéza „přesýpacích hodin“ pro mechanismus MASCO nebyla platná.[19]

Molekulární mechanismus MASCO

Menaker a kolegové zkoumali, zda MASCO ovlivnilo smyčku molekulární zpětné vazby, která je základem aktuálně přijímaného modelu cirkadiánní rytmiky u savců. Toto vyšetřování bylo provedeno ošetřením arytmických myší bez nebo s mutacemi různých genů v této zpětnovazební smyčce dávkami MAP. Tyto geny zahrnovaly mutace a delece na Per1, Per2, Cry1, Cry2, Bmal1, Npas2, HODINY a CK1e. Všechny tyto mutanty pokračovaly v reakci a vykazovaly změny ve volně běžících rytmech v přítomnosti MAP, a to navzdory mutačním zlomům ve zpětnovazební smyčce pro cirkadiánní oscilaci. U těchto arytmických zvířat, bez ohledu na mutaci nebo vyřazení kritických hodinových genů, MAP obnovil rytmus cirkadiánních vlastností. To naznačuje, že molekulární mechanismus pro MASCO se radikálně liší od známého a přijímaného modelu cirkadiánní oscilace u savců a zpětnovazební smyčka není nutná pro generování cirkadiánní lokomoční rytmicity pomocí MAP.[20]

Současná práce

Menakerova současná laboratorní skupina na University of Virginia se zaměřuje na organizaci cirkadiánních systémů u obratlovců. Laboratoř pracuje s modelem transgenního potkana s genem Per1 spojeným s reportérem luciferázy, aby sledovala cirkadiánní vzorce exprese genu Per1 v mozku a periferních tkáních. Předpokládají, že tato data budou řešena, pokud hodiny ve všech tkáních zůstanou synchronně se změnou světelného cyklu a hodinovými signály z mozku do periferních tkání [1].

Nedávno Menaker objevil dalšího mutantního křečka, který tentokrát ukazoval dobu chodu 25 hodin v podmínkách stálé tmy.[21] Menakerova postgraduální studentka Ashli ​​Mooreová byla asistentkou učitele v kurzu chování jeho kolegy na zvířatech, když studentka trvala na obchodování se svým křečkem za období, které se obdobím více podobalo období křečků jejích spolužáků. Menaker choval tohoto mutantního křečka se třemi různými ženami, aby vytvořil vrhy s mendalianskými poměry divokých a heterozygotních mutantů. Následně choval homozygotní mutanty s dobou chodu 28 hodin. Menakerova laboratoř v současné době ve spolupráci s laboratoří molekulární biologie Carly Greenové na Southwestern Medical Center v Texasu pro další studium této linie mutantních křečků.[21]

Ceny a vyznamenání[6]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Refinetti, Roberto. Cirkadiánní fyziologie. Boca Raton: CRC / Taylor & Francis Group, 2006. Tisk.
  2. ^ "Používám PubMed." Národní centrum pro biotechnologické informace. Americká národní lékařská knihovna, n.d. Web. 23. dubna 2013
  3. ^ A b C d Menaker, Michael. „Department of Biology, University of Virginia“.
  4. ^ A b C „Michael Menaker“. Informační systém EUCLOCK. Citováno 16. dubna 2013.
  5. ^ MENAKER, MICHAEL (17. října 1959). "Endogenní rytmy tělesné teploty u zimujících netopýrů". Příroda. 184 (4694): 1251–1252. Bibcode:1959 Natur.184.1251M. doi:10.1038 / 1841251a0.
  6. ^ A b F1000 „Michael Menaker“. Fakulta 1000 Ltd.. Citováno 24. dubna 2013.
  7. ^ A b Menaker, Michael. Vnímání extraretinálního světla ve Vrabci, I. Unášení biologických hodin " Proc Natl Acad Sci USA 1968, 15. února; 59 (2): 414-421.
  8. ^ Ralph, Martin; Michael Menaker (1988). „Mutace cirkadiánního systému u zlatých křečků“. Věda. 241 (4870): 1225–1227. Bibcode:1988Sci ... 241.1225R. doi:10.1126 / science.3413487. PMID  3413487.
  9. ^ http://conte.genomics.northwestern.edu/menaker.html
  10. ^ Bellingham, James a Russell G. Foster. Opsiny a fotocvičení savců. Cell and Tissue Research 309,1 (2002): 57-71.
  11. ^ Zimmerman N.H., Menaker M. Epifýza: Kardiostimulátor v cirkadiánním systému vrabce domácího. Proc Natl Acad. Sci USA. 1979, únor; 76 (2): 999-1003.
  12. ^ Pittendrigh, C.S., Daan, S.Funkční analýza cirkadiánních kardiostimulátorů u nočních hlodavců. J. Comp. Physiol. 1976; 106: 333-355.
  13. ^ A b C Ralph, M.R., Foster, R.G., Davis, F.C. Menaker, M. Transplantované suprachiasmatické jádro určuje cirkadiánní období " Věda 1990, 23. února; 247 (4945): 975-8.
  14. ^ A b Silver, Rae a kol. „Difuzní vazebný signál z transplantovaného suprachiasmatického jádra, který řídí cirkadiánní lokomoční rytmy.“ Nature 382,6594 (1996): 810-813.
  15. ^ Tosini, Gianluca a Michael Menaker. „Cirkadiánní rytmy v kultivované savčí sítnici.“ Science 272,5260 (1996): 419-421.
  16. ^ Lowrey, Phillip L. a kol. „Poziční syntenické klonování a funkční charakterizace savčích cirkadiánních mutací tau.“ Science 288,5465 (2000): 483-491.
  17. ^ Honma, S., Yasuda, T., Yasui, A., van der Horst, G.T.J., Honma, K. Cirkadiánní behaviorální rytmy u myší s dvojitým deficitem Cry1 / Cry2 indukovaných metamfetaminem. Biol rytmy. 2008, únor; 23 (1): 91-94.
  18. ^ Ruis, J.F., Buys, J.P., Cambras, T., Rietveld W.J. Účinky t cyklů světla / tmy a periodické nucené aktivity na rytmy vyvolané metamfetaminem u intaktních a SCN-poškozených krys: Vysvětlení modelem přesýpacích hodin. Physiol Behav. 1990; 47: 917-929
  19. ^ Tataroglu Ö., Davidson A.J., Benvenuto L.J., Menaker M. The Methamphetamine-Sensitive Circadian Oscillator (MASCO) in Mice. Bio rytmy. 2006, červen; 21 (3): 185-194.
  20. ^ Mohawk J.A., Baer M.L., Menaker M. Cirkadiánní oscilátor citlivý na metamfetamin nepoužívá kanonické geny hodin “ Proc Natl Acad Sci USA 2009, 3. března; 1006 (9): 3519-2.
  21. ^ A b Menaker, Michael. Osobní pohovor. 11. dubna 2013.