Дуглас Дж. МакМахон - Douglas G. McMahon

Дуглас Дж. МакМахон
Дуглас МакМахон.jpg
Родившийся
Аннандейл, Вирджиния
НациональностьСоединенные Штаты
Альма-матерУниверситет Вирджинии
Гарвардский университет
Научная карьера
ПоляБиология, Нейробиология
УчрежденияУниверситет Вирджинии

Дуглас Дж. МакМахон является профессором биологических наук и фармакологии в Университет Вандербильта.[1] МакМахон сделал несколько важных открытий в области хронобиология и видение. Его исследование сосредоточено на том, чтобы связать анатомическое расположение мозга с конкретным поведением. Как аспирант Генный блок, МакМахон определил, что базальные нейроны сетчатки (BRN) глаза моллюска проявляют циркадные ритмы в частоте импульсов и мембранном потенциале, что указывает на то, что они являются часовыми нейронами. Он стал победителем конкурса 1986 года. Общество неврологии приз Дональда Б. Линдсли в Поведенческая неврология за его работу. Позже он перешел к исследованию зрительных, циркадных и серотонинергических механизмов нейропластичность. Кроме того, он помог обнаружить, что постоянный свет может десинхронизировать циркадные клетки в супрахиазматическое ядро (SCN).[2] Он всегда интересовался первопричинами поведения и изучением долгосрочных изменений поведения и физиологии в нейрологической модульной системе. Недавно МакМахон помог идентифицировать новую ретроградную систему нейротрансмиссии в сетчатке, включающую ганглиозные клетки меланопсина в дофаминергических амакриновых нейронах сетчатки.[3]

биография

Образование

МакМахон получил степень бакалавра биологии в Университет Вирджинии в 1980 году. Сразу после окончания университета МакМахон получил докторскую степень. программа по биологии в Северо-Западный университет. Однако в 1981 году МакМахон вернулся в университет Вирджинии, где защитил докторскую диссертацию. в биологии под Джин Д. Блок. Именно в это время МакМахон обнаружил, что базальные нейроны сетчатки глаза моллюска являются нейронами часов. В 1986–1990 годах МакМахон проводил постдокторскую работу по нейробиологии в Гарвардский университет с Джон Э. Доулинг.[4]

Научные достижения

Циркадные кардиостимуляторы нейронов

Работа МакМахона о моллюсках с Генный блок привело к лучшему пониманию повседневной активности колеблющихся пейсмекерных клеток.[5] До этого открытия идентичность типов нейронов, участвующих в сетчатке сетчатки, была в значительной степени известна, но конкретные физиологические роли идентифицированных морфологических структур были плохо изучены.[6] В 2011 году МакМахон и Блок обнаружили, что нейроны сетчатки у моллюсков активны днем, но неактивны ночью. Электростимуляция на тканевом уровне нейронов сетчатки в течение дня не влияла на организм. Однако электрическая стимуляция в ночное время вызывает сдвиг фаз в организме. Поскольку стимуляция приводила к сдвигу фазы, результаты показали, что сетчатка содержит биологические часы. МакМахон и Блок разработали модель, объясняющую эти явления: дневной свет не оказывает большого влияния на активность нейронов, поскольку они уже активны. С другой стороны, свет ночью, когда эти нейроны неактивны, стимулирует их и заставляет срабатывать. потенциалы действия. Изменение электрической активности проявляется как фазовый сдвиг внутри организма.[5] Дальнейшие исследования привели их к выводу, что фазовый сдвиг - это кальций-зависимый процесс. Они обнаружили, что снижение внеклеточного уровня кальция фактически предотвращает фазовый сдвиг организма в ответ на свет, не влияя на реакцию нейронов на свет.[7] Примерно в то же время, когда Блок и МакМахон проводили этот эксперимент, другие ученые обнаружили, как клонировать период ген, знаменующий захватывающий период в молодой области хронобиологии.

Схема базального нейрона сетчатки[8]

Исследование сетчатки

МакМахон внес свой вклад в понимание нейрофизиологии сетчатки вместе со своим постдокторским наставником, Джон Э. Доулинг. Его ранние исследования были сосредоточены на ионные каналы которые опосредуют передачу в электрических и глутаматергический синапсов и модулирующих эффектов дофамина и оксид азота в сетях синапсов сетчатки.[9] Благодаря исследованиям с данио он обнаружил, что нейротрансмиттер дофамин уменьшает электрическую связь внутри горизонтальные ячейки.[10] Дальнейшие исследования показали, что это было увеличение лагерь внутри клетки в результате связывания дофамина с Рецептор AMPA что привело к снижению сцепления.[10] МакМахон и его коллеги также продемонстрировали, что экзогенный оксид азота и цинк может модулировать синаптическую передачу, опосредованную рецептором AMPA, в щелевые соединения в нейронах сетчатки гибридных окуней.[9]

Изоляция BRN

Работа, которая принесла МакМахону премию Дональда Б. Линдси для кандидатов наук, включала определение местоположения и выделение определенных областей глаза, которые обладали циркадными ритмами в Bulla gouldiana. Под наставничеством Генный блок МакМахон записал данные из базальных нейронов сетчатки (BRN), однородной группы нейронов диаметром 15-25 мкм, глаза улитки, и обнаружил, что они могут вовлекаться в циклы света / темноты и даже колебаться в постоянной темноте с постоянным собственный период.[11] Позже было показано, что BRN вовлекаются в циклы свет / темнота и контролируют физиологические и поведенческие колебания внутри всего организма.[12] МакМахон и Блок обнаружили увеличение частоты стрельбы и деполяризация BRN днем, но наоборот ночью.[12] Кроме того, электрическая активность между потенциалами действия в Зрительный нерв и было показано, что срабатывание BRN разделяет корреляцию 1: 1.[13] В 1984 году МакМахон также продемонстрировал, что хирургическое удаление слоя фоторецепторов не привело к нарушению циркадного ритма в организме. Булла глаз, а удаление BRN отменило циркадный ритм. Его открытие, что фрагмент Булла сетчатка, содержащая всего шесть интактных соматов BRN, была достаточной для циркадного ритмогенеза, что дополнительно поддерживало BRN как циркадные кардиостимуляторы.[11][12] Более поздняя работа доктора Стефана Мишеля с использованием хирургического редукционист Этот подход предоставил дополнительные доказательства того, что изолированные BRN способны к циркадным колебаниям в их проводимости.[14]

Недавнее исследование

Лаборатория МакМахона в настоящее время интересуется тремя областями исследований: роль дофамина на зрительную функцию и физиологию сетчатки, связь между молекулярными, внутриклеточными, электрическими и поведенческими ритмами в биологических часах мозга и влияние перинатального фотопериода на серотинергическую систему и тревожность / депрессивное поведение.[15] Наряду с Дао-Ци Чжан лаборатория внесла значительный вклад в понимание адаптации нейронной сети сетчатки к дофаминергическим амакриновым нейронам (DA нейроны), выявив ретроградный путь нейротрансмиссии в сетчатке, в котором участвуют ганглиозные клетки меланопсина. Лаборатория МакМахона разработала новые модели мышей, которые позволяют проводить электрофизиологическую запись in situ от DA нейронов.[3]

В начале 2015 года МакМахон и его аспиранты Джефф Джонс и Майкл Такенберг обнаружили, что циркадные ритмы у мышей могут быть смещены искусственным стимулом в сторону супрахиазматическое ядро (SCN) с использованием лазера и оптического волокна.[16] С помощью оптогенетика, исследователи Vanderbilt смогли изменить частоту возбуждения нейронов в SCN так, чтобы их возбуждение напоминало их нормальные дневные и ночные уровни активности. Впоследствии, изменение скорости активации нейронов SCN сбрасывает биологические часы мышей. До этого эксперимента считалось, что скорострельность - это исключительно результат работы SCN. Однако результаты этого эксперимента показывают, что скорость стрельбы - более сложный механизм, который еще предстоит полностью понять. Хотя методы оптогенетической стимуляции, такие как та, которую использовал МакМахон, не готовы для прямого использования человеком, они потенциально могут быть использованы для лечения сезонное аффективное расстройство, уменьшают неблагоприятное воздействие на здоровье работы в ночную смену и даже облегчают симптомы расстройство суточного биоритма в связи с дальним перелетом.[16]

В 2014 году МакМахон вместе с Чадом Джексоном, Меган Капоцци и Хенг Дай обнаружили, что у мышей, подвергшихся коротким зимним световым циклам, наблюдается стойкий дефицит фотопических световых реакций сетчатки и чувствительности к визуальному контрасту. Кроме того, уровни дофамина были значительно ниже у мышей с коротким световым периодом. Эти данные свидетельствуют о том, что сезонные световые циклы, наблюдаемые во время развития и созревания сетчатки, оказывают длительное влияние на сетчатку и зрительную функцию, вероятно, за счет программирования дофамина сетчатки.[17]

Процедурные взносы

Лаборатория МакМахона создала трансгенных мышей Per1 :: GFP, у которых разлагаемая форма рекомбинантного репортера GFP медузы управляется промотором гена Per1 мыши. Интенсивность флуоресценции GFP, управляемая mPer1, сообщает об индукции света и циркадной ритмичности в нейронных структурах SCN. Трансгенная мышь Per1 :: GFP позволяет одновременно количественно определять состояние молекулярных часов и скорость возбуждения нейронов SCN. Таким образом, этот трансген циркадного репортера отображает динамику экспрессии генов нейронов биологических часов, обеспечивая новый взгляд на эту функцию мозга.[18]

Почести и награды

  • 1980: степень бакалавра искусств с отличием, Университет Вирджинии
  • 1985: Стипендия Гватми, Общество стипендиатов, Университет Вирджинии
  • 1986: Премия Эндрю Флеминга за диссертационные исследования, факультет биологии, Университет Вирджинии
  • 1986: Премия Дональда Б. Линдсли в области поведенческой нейробиологии, Общество нейробиологии
  • 1996: Университет Кентукки Премия Медицинского колледжа за исследования
  • 2000: Профессор-исследователь Университета Кентукки
  • 2000: Ученый-исследователь Чарльза Ветингтона из Университета Кентукки
  • 2007: НИПЗ Сильвио О. Конте, следователь
  • 2008: Премия канцлера за исследования, Университет Вандербильта[4]

Позиции

МакМахон занимал несколько должностей в академических кругах:

  • 1981-1986: научный сотрудник, биологический факультет, Университет Вирджинии
  • 1986–1990: научный сотрудник кафедры клеточной биологии и биологии развития, Гарвардский университет
  • 1987: научный сотрудник лаборатории морской биологии, Вудс-Хоул, Массачусетс.
  • 1990-1996: доцент кафедры физиологии, Университет Кентукки
  • 1996-2001: доцент кафедры физиологии Университета Кентукки.
  • 2001-2002: Директор Университета Кентукки. Национальные институты здравоохранения США Грант на институциональное обучение, «Клеточная и молекулярная неврология сенсорных систем»
  • 2001-2002: Дональд Т. Фрейзер, профессор факультета физиологии, Университет Кентукки.
  • 2002 – настоящее время: профессор кафедры биологических наук, Университет Вандербильта
  • 2005-2008: Директор аспирантуры Департамента биологических наук Университета Вандербильта.
  • 2008 – настоящее время: профессор кафедры фармакологии Университета Вандербильта.
  • 2009–2014: директор по последипломным исследованиям, Неврология Программа, Медицинский центр Университета Вандербильта[4]
  • 2011-2014: заместитель директора по образованию и обучению, Институт мозга Вандербильта.
  • 2014 – настоящее время: Стивенсон, профессор биологических наук, Университет Вандербильта.
  • 2014 – настоящее время: заведующий кафедрой биологических наук в Вандербильте.

Принадлежности

МакМахон также был членом многих научных сообществ. Самые последние перечислены ниже.

  • 2000-2002: председатель 3-й секции интегративной функциональной и клеточной нейробиологии Национального института здоровья.
  • 2004-2007: AD HOC Reviewer, NIH BDPE Study Section.
  • 2007: Председатель Специальной комиссии IFCN-C, NIH
  • 2008: Рецензент AD HOC, Исследовательская секция NIH ICP1[4]
  • 2011: AD HOC Reviewer, Исследовательский отдел NIH BDPE.
  • 2012: Консультант NIMH RDoC
  • 2012: Специальный рецензент, Исследовательская секция NIH NPDR.
  • 2012: Специальный рецензент, Комиссия по оценке стипендий NIH F02B

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Дуглас Г. МакМахон, доктор философии" vanderbilt.edu.
  2. ^ Лю, AC; Валлийский, датский язык; Ко, СН; Тран, HG; Zhang, EE; Священник, AA; Buhr, ED; Певица, O; Микер, К; Verma, IM; Дойл, ФДж 3-й; Такахаши, Дж. С.; Кей, С.А. (2007). «Межклеточная связь обеспечивает устойчивость против мутаций в сети циркадных часов SCN». Клетка. 129 (3): 605–616. Дои:10.1016 / j.cell.2007.02.047. ЧВК  3749832. PMID  17482552.
  3. ^ а б Чжан, Дао-Ци; Wong, Kwoon Y .; Sollars, Patricia J .; Берсон, Дэвид М .; Пикард, Гэри Э .; МакМахон, Д.Г. (2008). «Интраретинальная передача сигналов фоторецепторами ганглиозных клеток дофаминергическим амакриновым нейронам». Труды Национальной академии наук. 105 (37): 14181–14186. Bibcode:2008PNAS..10514181Z. Дои:10.1073 / pnas.0803893105. ЧВК  2544598. PMID  18779590.
  4. ^ а б c d "Биографический очерк МакМэна" (PDF). Vkc.mc.vanderbilt.edu. Получено 2015-04-08.
  5. ^ а б Колвелл, CS (2011). «Связывание нейронной активности и молекулярных колебаний в SCN». Обзоры природы Неврология. 12 (10): 553–569. Дои:10.1038 / nrn3086. ЧВК  4356239. PMID  21886186.
  6. ^ Тозини, Джанлука; Поздеев, Никита; Сакамото, Кацухико; Ювоне, П. Майкл (2008). «Система циркадных часов в сетчатке глаза млекопитающих». BioEssays. 30 (7): 624–633. Дои:10.1002 / bies.20777. ЧВК  2505342. PMID  18536031.
  7. ^ Lundkvist, Gabriella B .; Квак, Ёнхо; Дэвис, Эрин К .; Тей, Хадзиме; Блок, Джин Д. (17 августа 2005 г.). «Поток кальция необходим для генерации циркадного ритма в нейронах кардиостимулятора млекопитающих». Журнал неврологии. 25 (33): 7682–7686. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.2211-05.2005. ISSN  0270-6474. ЧВК  6725395. PMID  16107654.
  8. ^ Джеклет, Джон В. (1985). «Нейробиология генераторов циркадных ритмов». Тенденции в неврологии. 8: 69–73. Дои:10.1016/0166-2236(85)90029-3. S2CID  53192143.
  9. ^ а б Колб, Хельга; Риппс, Харрис; Ву, Самуэль (2004). Концепции и проблемы в биологии сетчатки. Elsevier Science B.V., стр.419 –436. ISBN  978-0444514844.
  10. ^ а б Болдридж, Уильям Х .; Вэйни, Дэвид I .; Вейлер, Рето (1998). «Модуляция межклеточного взаимодействия в сетчатке». Семинары по клеточной биологии и биологии развития. 9 (3): 311–318. Дои:10.1006 / scdb.1998.0235. PMID  9665867.
  11. ^ а б Блюменталь, Эдвард М .; Block, Gene D .; Эскин, Арнольд (30 сентября 2001 г.). «Глава 14: Клеточный и молекулярный анализ циркадных кардиостимуляторов моллюсков». In Takahashi, Joseph S .; Турек, Фред В .; Мур, Роберт Ю. (ред.). Циркадные часы. Springer Science & Business Media. С. 371–400. ISBN  978-1-4615-1201-1.
  12. ^ а б c Херцог, Эрик Д. (октябрь 2007 г.). «Нейроны и сети в суточных ритмах». Обзоры природы Неврология. 8 (10): 790–802. Дои:10.1038 / номер 2215. ISSN  1471-003X. PMID  17882255. S2CID  33687097.
  13. ^ Аронсон, Б. (1993). "Циркадные ритмы" (PDF). Обзоры исследований мозга. 18 (3): 315–333. Дои:10.1016 / 0165-0173 (93) 90015-П. HDL:2027.42/60639. PMID  8401597.
  14. ^ Michel, S .; Geusz, M. E .; Зарицкий, Дж. Дж .; Блок, Г. Д. (08.01.1993). «Циркадный ритм проводимости мембраны, выраженный в изолированных нейронах». Наука. 259 (5092): 239–241. Bibcode:1993Научный ... 259..239М. Дои:10.1126 / наука.8421785. ISSN  0036-8075. PMID  8421785. Проверить значения даты в: | дата = (помощь)
  15. ^ "макмахонлаб". Mcmahonlab.wix.com. Получено 2015-04-08.
  16. ^ а б Дэвид Солсбери (02.02.2015). "Новая кнопка" сброса "для циркадных часов обнаружена | Research News @ Vanderbilt | Vanderbilt University". News.vanderbilt.edu. Получено 2015-04-08.
  17. ^ Jackson, C. R .; Капоцци, М; Дай, Н; МакМахон, Д. Г. (2014). «Циркадный перинатальный фотопериод оказывает стойкое влияние на дофамин сетчатки и зрительную функцию». Журнал неврологии. 34 (13): 4627–4633. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.4887-13.2014. ЧВК  3965786. PMID  24672008.
  18. ^ Kuhlman, S.J .; Quintero, J. E .; МакМахон, Д. Г. (2000). «Флуоресценция GFP сообщает о периоде 1 регуляции циркадных генов в биологических часах млекопитающих». NeuroReport. 11 (7): 1479–1482. Дои:10.1097/00001756-200005150-00024.

внешняя ссылка