Карл Х. Джонсон - Carl H. Johnson

Карл Х. Джонсон
Карл Х. Джонсон.tif
Родившийся
Вашингтон, округ Колумбия.
НациональностьСоединенные Штаты
Альма-матерТехасский университет в Остине
Стэндфордский Университет
Гарвардский университет
Научная карьера
ПоляБиология, Циркадный ритм
УчрежденияУниверситет Вандербильта
ДокторантДэвид Эпель
Колин Питтендрай
Другие научные консультантыМайкл Менакер

Карл Хирши Джонсон биолог американского происхождения, исследующий хронобиология различных организмов, в первую очередь бактериальные циркадные ритмы из цианобактерии.[1] Джонсон получил степень бакалавра гуманитарных наук с отличием в Техасский университет в Остине, а позже получил докторскую степень по биологии в Стэндфордский Университет, где он начал свои исследования под руководством доктора Колин Питтендрай.[2] В настоящее время Джонсон - профессор биологических наук Стивенсона в Университет Вандербильта.[3]

Личная жизнь

Карл Джонсон родился в Вашингтоне, округ Колумбия. Когда он впервые поступил в колледж в Техасский университет в Остине, он планировал поступить в медицинский институт, а не заниматься исследованиями.[2] Тем не менее, он быстро развил страсть к исследованиям после работы в качестве студента в лаборатории хронобиологии, возглавляемой доктором Дж. Майкл Менакер. Джонсон утверждает, что «музыка привела [его] к науке», поскольку он изначально начал свою исследовательскую работу с Menaker, чтобы оплатить уроки классического голоса. Классическая музыка остается основным занятием, поскольку он продолжает петь музыку с хором Нэшвилл Симфония Оркестр.[4] Также в свободное время увлекается йогой.[2]

Научная карьера

Ранняя карьера и образование

Джонсон получил степень бакалавра искусств. in Honors Liberal Arts (программа с отличием Plan II [5]) в Техасском университете в Остине в 1976 году. За это время он стал участвовать в исследованиях на уровне бакалавриата под руководством доктора Х. Майкл Менакер, лаборатория которого изучала биологические часы у птиц и грызунов.[6][7][8] Знакомство Джонсона с практикой экспериментальных исследований в лаборатории доктора Менакера вдохновило его поступить в аспирантуру вместо того, чтобы следовать своему первоначальному плану стать врачом.[2] Он получил докторскую степень. по биологии в 1982 г. Стэндфордский Университет, первая работа под руководством известного лидера в хронобиология, Колин Питтендрай а затем переход к Дэвид Эпель Лаборатория, чтобы закончить его степень. Впоследствии Джонсон провел постдокторскую работу в области клеточной биологии и биологии развития в Гарвардский университет, который он завершил в 1987 году с доктором Дж. «Вуди» Гастингс (Джон Вудленд Гастингс ), биолог, известный своими работами по биолюминесценции многих организмов, включая водоросли.[9] Гастингс стал близким другом и наставником Джонсона. В 1987 году Джонсон пришел в Университет Вандербильта чтобы инициировать независимую исследовательскую программу, и с тех пор он был профессором биологии в Вандербильте.[2][3]

Начало исследований

Первоначальный набег на исследования Джонсон сделал еще во время учебы в лаборатории Менакера, которая работала над шишковидная железа в птицах[7][10] и другие проекты хронобиологии в позвоночные.[8] В аспирантуре при Стэнфорд под Колин Питтендрай Джонсон попытался обнаружить циркадные ритмы в различных организмах, таких как пиявки и тараканы. Он также работал с дождевыми червями, чтобы посмотреть, смогут ли они полностью восстановить циркадные ритмы после регенерации поврежденных частей своего мозга. Он также разработал метод измерения уровня pH внутри клеток в поисках ритмических соотношений кислоты и основания. Однако только один из этих проектов в конечном итоге привел к публикации, а именно к статье о часовом контроле pH в форме для хлеба. Neurospora crassa.[11] Джонсон перешел на Дэвид Эпель Лаборатория морской биологии [12] на четвертом курсе аспирантуры, потому что их работа по изменению pH в морской еж и морская звезда яйца на оплодотворение была отличной системой, в которой можно было применить метод, который он разработал ранее для измерения уровня pH внутри клеток.[13][14] Он успешно опубликовал ряд работ по этой теме.[15][16] В своих постдокторских исследованиях с Гастингсом Джонсон вернулся в область биологических часов и работал в основном над ритмами в биолюминесцентный водоросль Гоньяулакс полиэдра [17][18] а позже в модельной системе водорослей для генетики, Chlamydomonas reinhardtii.[19]

Основные вклады

Циркадная система цианобактерий

До конца 1980-х годов большинство хронобиологов считали, что бактерии слишком «просты», чтобы выражать циркадные ритмы.[20] Джонсон не принимал эту догму и уже в 1978 г. галоархеи на возможное наличие биологических часов. Хотя исследования галоархей не были продуктивными, другие исследования предположили возможность циркадных ритмов в цианобактерии,[21][22] Джонсон вместе с коллегами и сотрудниками использовали люцифераза репортерская система, чтобы доказать, что Синехококк elongatus, представителя филума цианобактерий, показали, что бактериальные циркадные ритмы (с циклами около 24 часов).[23] Synechococcus выражает ритмы свободного бега, температурную компенсацию и способность увлекать, которые являются определяющими свойствами циркадные ритмы.[1] Эти организмы также регулируют деление клеток с запрещенными и разрешенными фазами.[24] Таким образом, Джонсон и его коллеги оспорили первоначальное убеждение, что у бактерий нет ежедневных биологических циклов. Более того, они идентифицировали центральные элементы бактериальных часов, а именно кластер генов KaiABC, и определили их структуру.[25] В настоящее время представление о том, что циркадные ритмы бактерий существуют по крайней мере в некоторых прокариоты хорошо принят хронобиология сообщества, а прокариоты - важная модельная система для изучения ритмичности.[26]

Биолюминесцентный резонансный перенос энергии (BRET)

В 1999 году Джонсон и его команда разработали и запатентовали новый метод изучения взаимодействия молекул, основанный на Фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET), также известный как передача энергии флуоресцентного резонанса (FRET).[27] Они изменили существующую технику FRET таким образом, чтобы вместо использования света для активации флуорофоры прикрепленные к интересующим белкам, они использовали биолюминесцентные белки с люциферазной активностью. BRET устраняет необходимость в возбуждении светом и, таким образом, позволяет избежать изменений, которые свет обычно вызывает в циркадных часах, таких как сброс фазы часов. Поскольку он позволяет избежать светового возбуждения (как в случае FRET), BRET также может быть полезен (1), когда ткани являются автофлуоресцентными, (2) когда световое возбуждение вызывает фототоксичность, фотоответы (как в сетчатке глаза) или фотообесцвечивание и (3) в партнерстве с оптогенетика.[28] Этот новый метод измерения межбелковых взаимодействий дает исследователям возможность разрабатывать новые репортеры для внутриклеточных ионов кальция и водорода. Предполагается, что этот метод будет чрезвычайно полезным для исследователей, занимающихся живыми культурами клеток, клеточными экстрактами и очищенными белками.

Текущая работа

Лаборатория Джонсона в настоящее время применяет биофизические методы, чтобы объяснить, как белки центральных часов бактерий (KaiA + KaiB + KaiC ) колеблются in vitro.[26][29][30] Вместе с лабораторией доктора Мартина Эгли лаборатория доктора Джонсона предприняла совместные усилия по применению методов структурной биологии для понимания механизмов циркадных часов.[25][31] В лаборатории также использовались мутанты и смещение кодонов в цианобактериях, чтобы предоставить первое строгое доказательство адаптивного значения биологических часов в приспособленности.[32][33][34] Лаборатория Джонсона расширяет изучение циркадных ритмов бактерий от цианобактерий до пурпурные бактерии.[26][35] В настоящее время лаборатория также проводит исследования циркадной системы млекопитающих in vivo и in vitro, используя люминесценцию в качестве инструмента для мониторинга циркадных ритмов в головном мозге.[28] Наконец, Джонсон и его лаборатория изучают циркадные фенотипы и фенотипы сна у мышей с серьезным расстройством психического развития человека, называемым Синдром ангельмана. Лаборатория надеется найти хронотерапевтические способы улучшить нарушения сна у пациентов, страдающих этим синдромом.[36]

График достижений

  • 1982: окончил Стэнфордский университет со степенью доктора философии. в биологии
  • 1987: закончил аспирантуру по клеточной биологии и биологии развития (Гарвард).
  • 1987 - 1994: доцент кафедры биологии Университета Вандербильта.
  • 1994 - 1999: доцент кафедры биологии Университета Вандербильта.
  • 1999 - наст. Время: профессор кафедры биологических исследований Университета Вандербильта.
  • 1993: Опубликована первая статья о циркадных ритмах цианобактерий.
  • 1995 - наст. Время: член редакционной коллегии журнала "Биологические ритмы".
  • 2005: Получил награду канцлера за исследования, Университет Вандербильта
  • 2012-2014: Президент Общества исследования биологических ритмов.

Должности и почести

  • Президент Общества изучения биологических ритмов (2012-2014) [37]
  • Премия канцлера за исследования, Университет Вандербильта (2005 г.) [38]
  • Премия Ашоффа и Хонмы в исследованиях биологических ритмов (2014) [39]
  • Секретарь и казначей Общества исследования биологических ритмов
  • Общество Фи Бета Каппа [40]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Джонсон, К. «От скептицизма к известности: циркадные часы в бактериях». Микроб 4 (9). Сентябрь 2009 г.
  2. ^ а б c d е «Карл Хирши Джонсон». Текущая биология, т. 24, вып. 3, 2014, стр. R100-R102.
  3. ^ а б «Отдел биологических наук - Карл Х. Джонсон». Университет Вандербильта. http://as.vanderbilt.edu/biosci/bio/carl-johnson. По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  4. ^ «Список Нэшвиллского симфонического хора». https://www.nashvillesymphony.org/about/chorus/roster[постоянная мертвая ссылка ]. По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  5. ^ Программа отличия Plan II, Техасский университет в Остине. https://liberalarts.utexas.edu/plan2/. По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  6. ^ Майкл Менакер. Колледж Университета Вирджинии и Высшая школа искусств и наук, 2015 г., bio.as.virginia.edu/people/mm7e. По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  7. ^ а б Гастон, S; Менакер, М. (1968). «Функция шишковидной железы: биологические часы у воробья?». Наука. 160 (3832): 1125–1127. Дои:10.1126 / science.160.3832.1125. PMID  5647435.
  8. ^ а б Стетсон, М. Х .; Elliott, J.A .; Менакер, М. (1975). «Фотопериодическая регуляция семенников хомяка: циркадная чувствительность к воздействию света». Биология размножения. 13: 329–339. Дои:10.1095 / биолрепрод13.3.329.
  9. ^ Домашняя страница лаборатории Гастингса. Биологические лаборатории Гарвардского университета, сентябрь 2006 г., labs.mcb.harvard.edu/hastings/dino.html. По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  10. ^ Takahashi, J. S .; Hamm, H .; Менакер, М. (1980). «Циркадные ритмы высвобождения мелатонина из отдельных слитых шишковидных желез цыпленка in vitro». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 77: 2319–2322. Дои:10.1073 / pnas.77.4.2319. ЧВК  348706. PMID  6929552.
  11. ^ Джонсон, К. Х. (1983). «Изменения внутриклеточного pH не коррелируют с циркадным ритмом Neurospora». Физиология растений. 72: 129–133. Дои:10.1104 / стр.72.1.129.
  12. ^ Дэвид Эпель. Морская станция Хопкинса Стэнфордского университета, http://hopkinsmarinestation.stanford.edu/people/david-epel. По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  13. ^ Johnson, C.H .; Эпель, Д. (1981). «Внутриклеточный pH яиц морского ежа, измеренный методом диметилоксазолидиндиона (DMO)». J. Cell Biol. 89: 284–291. Дои:10.1083 / jcb.89.2.284.
  14. ^ Джонсон, К. Х. и Д. Эпель. 1982. Созревание и оплодотворение ооцитов морских звезд: внутриклеточный pH не участвует в активации. Devel. Биол. 92: 461-469.
  15. ^ Джонсон, К. Х. и Д. Эпель. 1983. Хелаторы тяжелых металлов продлевают подвижность и жизнеспособность сперматозоидов морского ежа, подавляя спонтанные акросомные реакции. J. Exp. Zool. 226: 431-440.
  16. ^ Джонсон, К. Х., Д. Л. Клэппер, М. В. Винклер, Х. К. Ли и Д. Эпель. 1983. Летучий ингибитор иммобилизует сперму морского ежа в семенной жидкости, снижая внутриклеточный pH. Devel. Биол. 98: 493-501.
  17. ^ Johnson, C.H .; Roeber, J. F .; Гастингс, Дж. У. (1984). «Циркадные изменения концентрации ферментов определяют ритм активности ферментов гоньяулакса». Наука. 223: 1428–1430. Дои:10.1126 / science.223.4643.1428. PMID  17746055.
  18. ^ Johnson, C.H .; Гастингс, Дж. У. (1989). «Циркадная фототрансдукция: сброс фазы и частота циркадных часов клеток Gonyaulax в красном свете». J. Biol. Ритмы. 4: 417–437. Дои:10.1177/074873048900400403.
  19. ^ Johnson, C.H .; Кондо, Т .; Гастингс, Дж. У. (1991). «Спектр действия для сброса ритма циркадного фототаксиса в штамме CW15 Chlamydomonas. II. Освещенные клетки». Физиология растений. 97: 1122–1129. Дои:10.1104 / стр.97.3.1122.
  20. ^ Джонсон, Швейцария; Золотой, СС; Ишиура, М; Кондо, Т (1996). «Циркадные часы прокариот». Мол Микробиол. 21: 5–11. Дои:10.1046 / j.1365-2958.1996.00613.x. PMID  8843429.
  21. ^ Хуанг, ТК; Grobbelaar, N (1995). «Циркадные часы в прокариотах Synechococcus RF-1». Микробиология. 141: 535–540. Дои:10.1099/13500872-141-3-535.
  22. ^ Суини, Б.М.; Боргезе, МБ (1989). «Циркадный ритм деления клеток в прокариотах, цианобактериях Synechococcus WH7803». Дж. Фикол. 25: 183–186. Дои:10.1111 / j.0022-3646.1989.00183.x.
  23. ^ Кондо, Т .; Strayer, C.A .; Kulkarni, R.D .; Тейлор, В .; Ishiura, M .; Golden, S. S .; Джонсон, К. Х. (1993). «Циркадные ритмы у прокариот: люцифераза как репортер экспрессии циркадных генов у цианобактерий». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 90: 5672–5676. Дои:10.1073 / pnas.90.12.5672. ЧВК  46783. PMID  8516317.
  24. ^ Мори, Т .; Binder, B .; Джонсон, К. (1996). «Циркадный контроль клеточного деления у цианобактерий, растущих со средним временем удвоения менее 24 часов». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 93: 10183–10188. Дои:10.1073 / пнас.93.19.10183. ЧВК  38358. PMID  8816773.
  25. ^ а б Pattanayek, R .; Wang, J .; Мори, Т .; Xu, Y .; Johnson, C.H .; Эгли, М. (2004). «Визуализация белка циркадных часов: кристаллическая структура KaiC и функциональные идеи». Молекулярная клетка. 15: 375–388. Дои:10.1016 / j.molcel.2004.07.013. PMID  15304218.
  26. ^ а б c Джонсон, Карл Хирши; Чжао, Чи; Сюй, Яо; Мори, Тэцуя (апрель 2017 г.). «Расчет дня: что заставляет бактериальные часы тикать?». Обзоры природы. Микробиология. 15 (4): 232–242. Дои:10.1038 / nrmicro.2016.196. ISSN  1740-1534. ЧВК  5696799. PMID  28216658.
  27. ^ Xu, Y .; Piston, D.W .; Джонсон, К. Х. (1999). «Система биолюминесцентного резонансного переноса энергии (BRET): приложение к взаимодействующим белкам циркадных часов». Труды Национальной академии наук. 96 (1): 151–156. Дои:10.1073 / пнас.96.1.151. ЧВК  15108. PMID  9874787.
  28. ^ а б Yang, J .; Камбербэтч, Д .; Centanni, S .; Shi, S .; Winder, D .; Webb, D .; Джонсон, К. (2016). "Сочетание оптогенетической стимуляции с чувствительностью к Ca ++ на основе люминесценции на основе NanoLuc (BRET)". Nature Communications. 7: 13268. Дои:10.1038 / ncomms13268.
  29. ^ Johnson, C.H .; Эгли, М. (2014). «Метаболическая компенсация и циркадная устойчивость прокариотических цианобактерий». Анну. Преподобный Biochem. 83: 221–47. Дои:10.1146 / annurev-biochem-060713-035632. ЧВК  4259047. PMID  24905782.
  30. ^ Мори, Т .; Уильямс, Д.Р .; Byrne, M.O .; Цинь, X .; Mchaourab, H.S .; Эгли, М .; Стюарт, П.Л .; Джонсон, К. (2007). "Выяснение тиканья циркадного часового механизма in vitro". PLoS Биология. 5: e93. Дои:10.1371 / journal.pbio.0050093. ЧВК  1831719. PMID  17388688.
  31. ^ Johnson, C.H .; Эгли, М .; Стюарт, П. (2008). «Структурные представления о циркадном осцилляторе». Наука. 322: 697–701. Дои:10.1126 / наука.1150451. ЧВК  2588432. PMID  18974343.
  32. ^ Ouyang, Y .; Андерссон, C.R .; Кондо, Т .; Golden, S.S .; Джонсон, К. (1998). «Резонирующие циркадные часы улучшают физическую форму цианобактерий». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 95: 8660–8664. Дои:10.1073 / пнас.95.15.8660. ЧВК  21132. PMID  9671734.
  33. ^ Xu, Y .; Карта.; Shah, P .; Рокас, А .; Liu, Y .; Джонсон, К. (2013). «Неоптимальное использование кодонов - это механизм достижения условности циркадных часов». Природа. 495 (7439): 116–20. Дои:10.1038 / природа11942. ЧВК  3593822.
  34. ^ Woelfle, M.A .; Ouyang, Y .; Phanvijhitsiri, K .; Джонсон, К. (2004). «Адаптивное значение циркадных часов: экспериментальная оценка цианобактерий». Текущая биология. 14: 1481–1486. Дои:10.1016 / j.cub.2004.08.023. PMID  15324665.
  35. ^ Карта.; Мори, Т .; Zhao, C .; Тиль, Т .; Джонсон, К. (2016). «Эволюция KaiC-зависимых хронометристов: прото-циркадный временной механизм обеспечивает адаптивную приспособленность пурпурной бактерии Rhodopseudomonas palustris». PLoS Genetics. 12 (3): e1005922. Дои:10.1371 / journal.pgen.1005922. ЧВК  4794148. PMID  26982486.
  36. ^ Shi, S .; Bichell, T.J .; Ihrie, R.A .; Джонсон, К. (2015). "Импринтинг Ube3a ухудшает циркадную устойчивость в моделях синдрома Ангельмана". Текущая биология. 25 (5): 537–545. Дои:10.1016 / j.cub.2014.12.047.
  37. ^ «Предыдущие собрания SRBR».
  38. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2016-05-26. Получено 2017-01-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  39. ^ aschoff-honma.wixsite.com/ahmf/prize-winners
  40. ^ «О Главе - Фи Бета Каппа - Альфа Теннесси».