Paul Hardin (chronobiolog) - Paul Hardin (chronobiologist)
Paul Hardin Ph.D | |
---|---|
narozený | |
Národnost | americký |
Alma mater | Southern Methodist University Indiana University Brandeis University |
Ocenění | Cena Aschoff-Honma |
Vědecká kariéra | |
Pole | Genetika Chronobiologie |
Instituce | Texas A&M University University of Houston |
Doktorský poradce | William H. Klein |
Ostatní akademičtí poradci | Michael Rosbash |
Paul Hardin (narozený 14 září 1960) je významný vědec v oboru chronobiologie a průkopnický výzkumník v porozumění cirkadiánní hodiny u much a savců. Hardin v současné době působí jako významný profesor na katedře biologie v Texas A&M University.[1] On je nejlépe známý pro jeho objev cirkadiánních oscilací v mRNA hodin gen Doba (za), význam E-Box v za aktivace, vzájemně propojené zpětnovazební smyčky, které řídí rytmy v aktivátoru genová transkripce a cirkadiánní regulace čich v Drosophila melanogaster. Narodil se na předměstí Chicago, Matteson, Illinois, Hardin v současné době žije v College Station, Texas, se svou ženou a třemi dětmi.
Akademická kariéra
Hardin získal titul B.S. v biologie na Southern Methodist University (SMU) v roce 1982. Poté pokračoval v doktorském studiu genetika z Indiana University v roce 1987 s Williamem H. Kleinem. Pokračoval postdoktorandským výzkumem v Brandeis University pod dohledem chronobiologa Michael Rosbash.[2] Od roku 1991 do roku 1995 pracoval Hardin jako profesor na Texas A&M University, a od roku 1995 do roku 2005 na University of Houston. Od roku 2005 pracoval Hardin jako profesor a výzkumný pracovník v biologickém oddělení na Texas A&M University. Učí kurzy úvodní biologie, biologie molekulárních buněk a postgraduální studium biologických hodin. Působí také jako ředitel Centra pro výzkum biologických hodin v Texasu A&M a jako profesor Texaského institutu pro neurovědy A&M a doktorského programu v genetice.[1] Kromě toho byl Hardin také aktivně zapojen do Společnost pro výzkum biologických rytmů; působil jako tajemník v roce 2006, pokladník v roce 2010 a prezident v roce 2016.[3]
Výzkum
Objev za mRNA cyklování
V roce 1971 Ron Konopka, genetik v Kalifornský technologický institut, objevil gen Period, o kterém zjistil, že je zapojen do cirkadiánních hodin Drosophila.[4] V roce 1999 to objevil Paul Hardin za mRNA podstoupila silné cirkadiánní oscilace vystavením izolovaného divokého typu za mRNA do série cyklů světlo-tma (LD) následovaných cykly konstantní temnoty (DD).[5] Jako postdoktorát v laboratoři chronobiologa Dr. Michael Rosbash, Hardin to konkrétně poznamenal za Hladiny mRNA v Drosophila mozky kolísají asi 10krát v typickém 24hodinovém cyklu světlo-tma. Hardin dále prokázal, že protein divokého typu, PER, může zachránit rytmicitu v mRNA arytmického mutanta za gen. Jeho zjištění naznačují, že zpětná vazba na protein PER reguluje hladiny za mRNA.[6] Hardin nakonec vydal své klíčové dílo o rytmické povaze za mRNA v Drosophila v deníku Příroda. Tento objev vedl Hardina a další významné členy v oblasti chronobiologie k vývoji modelu, který popisuje hodinový mechanismus Drosophila. Tento model se označuje jako smyčka zpětné vazby transkripce, což naznačuje, že přeložený protein poskytuje negativní zpětnou vazbu na samotnou transkripci mRNA.[6]
Role E-boxu v za aktivace
V roce 1997 analyzoval Hardin s Haipingem Hao a Davidem Allenem sled sekvence za gen v Drosophila a našel 69 bp zesilovač před genem. Tato sekvence zesilovače obsahovala E-box (CACGTG), který byl shledán nezbytným pro vysokou úroveň za transkripce.[7] Jako E-boxy jsou typicky vázány proteiny obsahující a základní šroubovice-smyčka-šroubovice (bHLH) protein strukturální motiv, přítomnost E-boxu v za vedlo k hypotéze, že proteiny zapojené do cirkadiánních rytmů mohou obsahovat doménu bHLH. To se ukázalo jako zásadní pro stanovení funkce dříve objeveného HODINY Protein, o kterém bylo známo, že hraje roli v cirkadiánních rytmech a obsahoval také doménu bHLH. Tento objev také pomohl při identifikaci BMAL1 a CYKLUS bílkoviny jako kritičtí hráči v cirkadiánních rytmech savců a Drosophila cirkadiánní systémy.[7]
Cirkadiánní rytmy v čichu
Během výuky na University of Houston Hardin spolu s dalšími vědci Balaji Krishnanem a Stuartem Dryerem zkoumali cirkadiánní rytmy čich v Drosophila. Předchozí experimenty to ukázaly Drosophila antény prokázat cirkadiánní rytmy. Mechanismus cirkadiánních rytmů v anténách však nebyl znám. Aby určil mechanismus rytmů v anténách, udržoval Hardin a jeho tým divoké a mutantní mouchy, za01 a Tim01, ve 12:12 cyklech světlo-tma (LD) a měřil čich v anténách pomocí an elektroantennogram (EAG), která měří průměrný výstup hmyzí antény do jejího mozku pro daný zápach za 24 hodin. Pouze mušky divokého typu prokázaly rytmiku elektrické aktivity, což naznačovalo, že v čichové odpovědi byly přítomny cirkadiánní rytmy.[8] Naproti tomu mutanti nevykazovali žádnou cyklickou aktivitu. Hardinův tým proto zjistil, že cirkadiánní rytmy ovládají čichovou odezvu Drosophila antény a jeho výsledky byly nakonec publikovány v Příroda.[9]
Objev dvou vzájemně propojených zpětnovazebních smyček v cirkadiánních hodinách
V roce 1999 Hardin spolu s Nickem Glossopem a Lisou Lyons provedli výzkum specifické role Clk v propojených zpětnovazebních smyčkách přítomných v Drosophila cirkadiánní oscilátory. Dříve bylo známo, že pět genů (za, Tim, dbt, Clk, a cykl ) kontrolované cirkadiánní rytmy v Drosophila. The za-Tim regulační mechanismus byl v tuto chvíli znám Clk regulace ještě nebyla známa.[10]
Hardin a jeho tým provedli sérii experimentů k identifikaci dvou vzájemně propojených zpětnovazebních smyček v cirkadiánním mechanismu Drosophila. To znamená, že za-Tim zpětnovazební smyčka se připojuje k Clk-cykl zpětnovazební smyčka, takže jedna smyčka má vliv na druhou a naopak. Měřili divoký typ a mutanta Clk Hladiny mRNA k identifikaci jakýchkoli změn v úrovních transkripce. Pozorovali, že komplex PER-TIM potlačuje transkripci. Předpokládali, že Clk represor byl buď samotný komplex CLK-CYC, nebo represor, který byl aktivován CLK-CYC. Pozorovali, že přítomnost aktivních CLK a CYC vedla k represi Clk, zatímco arytmický za mutanti vykazovali nízkou hladinu Clk. Tento důkaz je vedl k tomu, že navrhli následující model týkající se dvou vzájemně propojených smyček zpětné vazby:[11][12]
- Pozdě v noci se dimery PER-TIM v jádře váží na dimery CLK-CYC a sekvestrují. Tato interakce účinně inhibuje funkci CLK-CYC, což vede k potlačování za a Tim transkripce a potlačování Clk transkripce.
- Protože hladiny PER-TIM klesají brzy ráno, CLK-CYC dimery se uvolňují a potlačují Clk výraz, čímž se snižuje Clk Hladiny mRNA do konce dne.
- Souběžně s poklesem Clk Úrovně mRNA (prostřednictvím represi závislé na CLK-CYC) je akumulace za a Tim mRNA (prostřednictvím aktivace CLK-CYC závislé na E-boxu).
- Hladiny CLK-CYC podvečer klesají, což vede k poklesu v za a Tim transkripce a zvýšení Clk transkripce mRNA.
- Nový cyklus pak začíná, když do jádra vstupují vysoké hladiny PER a TIM a CLK se začne hromadit pozdě v noci.
V roce 2003 Hardinův tým odhalil druhou zpětnou vazbu spojenou s cirkadiánními hodinami. vrille (vri) a Par Domain Protein 1 (Pdp1) kódují související transkripční faktory, jejichž exprese je přímo aktivována pomocí dCLOCK / CYCLE. Ukazují, že proteiny VRI a PDP1 se živí a přímo regulují dClock výraz. VRI a PDP1 tedy společně s dClock sám o sobě obsahuje druhou zpětnou vazbu v Drosophila hodiny, které dávají rytmické vyjádření dClock, a pravděpodobně i jiných genů, ke generování přesných cirkadiánních rytmů.[13]
Shrnutí hlavních příspěvků do výzkumu
- 1990: PER protein reguluje rytmické cyklování za mRNA z Drosophila.[14]
- 1992: Regulace proteinu PER za mRNA se vyskytuje na transkripční úrovni.[5]
- 1994: Cirkadiánní oscilace se vyskytují a chovají se odlišně v různých tělesných tkáních, jako je hlava, hrudník, a břicho v Drosophila.[15]
- 1997: E-boxy, a zejména domény bHLH, jsou nezbytné pro za aktivace.[14]
- 1997: Sekvence 69 párů bází za gen přispívá k cirkadiánním rytmům v gen výraz.[6]
- 1999: Dvě vzájemně propojené smyčky negativní zpětné vazby, smyčka PER-TIM a smyčka CLK-CYC, regulují cirkadiánní oscilátor v Drosophila.[16]
- 1999: Čichová odpověď v Drosophila je rytmický.[17]
- 2000: Doména PAR je výstupem cirkadiánních rytmů v systému Drosophila.[18]
- 2001: cirkadiánní fotoreceptor kryptochrom (plakat) má za určitých okolností na cirkadiánních oscilacích roli nezávislou na světle.[14]
Aktuální výzkum
Hardinův současný výzkum se soustředí na funkci cirkadiánních hodin Drosophila melanogaster.[19] Jedním z hlavních výzkumných témat Hardina je porozumění mechanismu cirkadiánních rytmů v čichu a chuti fyziologie. Jeho výzkum se také zaměřuje na pochopení role posttranslačních regulačních mechanismů ve zpětnovazební smyčce, která nastavuje 24hodinový rytmus. A konečně jeho laboratoř pracuje na identifikaci, zda vzájemně propojené smyčky ve zpětnovazebním mechanismu fungují jako cirkadiánní oscilátor nebo hodinový výstup.[1] Jeho poslední článek pojednává nejen o zachování zpětnovazební smyčky transkripce Drosophila, ale také u jiných druhů zvířat.[20]
Vyznamenání a ocenění
- John W. Lyons Jr. '59 Endowed Chair in Biology (2005)[21]
- Profesorství Johna a Rebeccy Mooresové na univerzitě v Houstonu (2004)[22]
- Cena Aschoffa Honmy (2003)[23]
Reference
- ^ A b C „Fakulta: Paul Hardin“. Texas A&M University. Archivovány od originál dne 1. května 2017. Citováno 13. dubna 2017.
- ^ "Fakulta biologických věd - Michael Rosbash". www.bio.brandeis.edu. Citováno 2017-04-14.
- ^ „Předchozí zasedání SRBR“. Společnost pro výzkum biologických rytmů. Citováno 27. dubna 2017.
- ^ Denlinger, David L .; J. M. Giebultowicz; David Stanley Saunders (2001). Načasování hmyzu: cirkadiánní rytmus až sezónnost. Gulf Professional Publishing. p. 17. ISBN 978-0-444-50608-5. Citováno 31. března 2011.
- ^ A b Vitaterna M a kol. (Duben 1994). „Mutageneze a mapování genu myši, hodiny, nezbytné pro cirkadiánní chování“. Věda. 264 (5159): 719–725. doi:10.1126 / science.8171325. PMC 3839659. PMID 8171325.
- ^ A b C Gekakis N, Staknis D, Nguyen F, Davis L, Wilsbacher D, král D, Takahashi J, Weitz C (červen 1998). „Role hodinového proteinu v cirkadiánním mechanismu savců“. Věda. 280 (5359): 1564–1569. doi:10.1126 / science.280.5369.1564. PMID 9616112.
- ^ A b Muñoz E, Baler R (2003). „Circadian E-Box: When Perfect Is Not Good Enough“. Chronobiologie International. 20 (3): 371–388. doi:10.1081 / CBI-120022525. ISSN 0742-0528. PMID 12868535.
- ^ Claridge-Chang, A .; Wijnen, H .; Naef, F .; Boothroyd, C .; Rajewsky, N .; Young, M. W. (2001-11-20). "Cirkadiánní regulace systémů genové exprese v hlavě Drosophila". Neuron. 32 (4): 657–671. doi:10.1016 / S0896-6273 (01) 00515-3. ISSN 0896-6273. PMID 11719206.
- ^ Hastings, Michael H .; Reddy, Akhilesh B .; Maywood, Elizabeth S. (01.08.2003). "Mechanický web: cirkadiánní načasování v mozku a na periferiích, ve zdraví a nemoci". Recenze přírody Neurovědy. 4 (8): 649–661. doi:10.1038 / nrn1177. ISSN 1471-003X. PMID 12894240.
- ^ Vitaterna, Martha Hotz; King, David P .; Chang, Anne-Marie; Kornhauser, Jon M .; Lowrey, Phillip L .; McDonald, J. David; Dove, William F .; Pinto, Lawrence H .; Turek, Fred W. (1994-04-29). „Mutageneze a mapování genu myši, hodiny, nezbytné pro cirkadiánní chování“. Věda. 264 (5159): 719–725. doi:10.1126 / science.8171325. ISSN 0036-8075. PMC 3839659. PMID 8171325.
- ^ Preitner, Nicolas; Damiola, Francesca; Lopez-Molina, Luis; Zakany, Joszef; Duboule, Denis; Albrecht, Urs; Schibler, Ueli (2002-07-26). „Sirotčí jaderný receptor REV-ERBalpha řídí cirkadiánní transkripci v pozitivní končetině savčího cirkadiánního oscilátoru.“ Buňka. 110 (2): 251–260. doi:10.1016 / S0092-8674 (02) 00825-5. ISSN 0092-8674. PMID 12150932.
- ^ Lowrey, Phillip L .; Takahashi, Joseph S. (01.01.2004). „Savčí cirkadiánní biologie: objasnění úrovní časové organizace v celém genomu“. Roční přehled genomiky a lidské genetiky. 5: 407–441. doi:10.1146 / annurev.genom. 5.061903.175925. ISSN 1527-8204. PMC 3770722. PMID 15485355.
- ^ Stelling, Jörg; Sauer, Uwe; Szallasi, Zoltan; Doyle, Francis J.; Doyle, John (2004-09-17). "Robustnost buněčných funkcí". Buňka. 118 (6): 675–685. doi:10.1016 / j.cell.2004.09.008. ISSN 0092-8674. PMID 15369668.
- ^ A b C Yi-Zhong G, Hogenesch J, Bradfield C (2000). „THE PAS SUPERFAMILY: Sensors of Environmental and Developmental Signals“. Annu. Pharmacol. Toxicol. 40: 519–561. doi:10.1146 / annurev.pharmtox.40.1.519. PMID 10836146.
- ^ Zylka M, Shearman L, Weaver D, Reppert S (červen 1998). „Třídobé homology u savců: diferenciální světelné reakce v suprachiasmatických cirkadiánních hodinách a oscilační přepisy mimo mozek“. Neuron. 20 (6): 1103–1110. doi:10.1016 / S0896-6273 (00) 80492-4. PMID 9655499.
- ^ Shearman L, Sriram S, Weaver D, Maywood E (květen 2000). "Interakce molekulárních smyček v cirkadiánních hodinách savců". Věda. 288 (5468): 1013–1019. doi:10.1126 / science.288.5468.1013. PMID 10807566.
- ^ Hastings M, Reddy A, Maywood E (srpen 2003). "Mechanický web: cirkadiánní načasování v mozku a na periferiích, ve zdraví a nemoci". Příroda. 4 (8): 649–661. doi:10.1038 / nrn1177. PMID 12894240.
- ^ Bell-Pedersen D, Cassone V, Earnest D, Golden S, Hardin P, Thomas T, Zoran M (červenec 2005). „Cirkadiánní rytmy z více oscilátorů: lekce z různých organismů“. Příroda. 6 (7): 544–556. doi:10.1038 / nrg1633. PMC 2735866. PMID 15951747.
- ^ „Paul Hardin - Fakulta genetiky“. genetics.tamu.edu. Citováno 2017-04-20.
- ^ Hardin, Paul E. (01.01.2011). „Molekulárně genetická analýza cirkadiánního měření času v Drosophile“. Pokroky v genetice. 74: 141–173. doi:10.1016 / B978-0-12-387690-4.00005-2. ISBN 9780123876904. ISSN 0065-2660. PMC 4108082. PMID 21924977.
- ^ Hutchins, Shana (19. července 2006). „HODINOVÉ PRÁCE: Hardin jmenován vůbec prvním biologickým křeslem“. Texas A&M University. Citováno 11. dubna 2017.
- ^ „Mooresova profesura - minulí vítězové“. University of Houston. Citováno 11. dubna 2017.
- ^ „Vítězové cen“. Aschoff a Honma Memorial Foundation. Citováno 11. dubna 2017.