Альфред Гольдберг

Альфред «Фред» Голдберг , доктор философии, (родился в 1942) является американский клеточный биолог и профессор в Гарвардском университете . Он получил широкую известность за свои исследования путей клеточного расщепления белков (убиквитин-протеасомный путь) и открытие протеасом. Бактерии и митохондрии имеют этот убиквитин-протеасомный путь. Он играет роль в разрушении неправильно свернутых белков и поддержании клеточного гомеостаза.

Ранняя жизнь и образование [ править ]

Альфред Гольдберг родился в 1942 году. Он начал свой образовательный путь в 1963 году, когда окончил Гарвардский университет со степенью бакалавра биохимии. Изучив физиологию в качестве стипендиата Черчилля в Кембриджском университете и два года проучившись в Гарвардской медицинской школе, он вернулся в Гарвардский университет. Гольдберг получил диплом доктора философии в 1968 году. в физиологии. ^[1] Гольдберг женился на своей жене Джоан через семь месяцев после встречи в кафетерии Гарвардской медицинской школы, и они оба страстно увлечены преподаванием и знаниями. ^[2]

Карьера [ править ]

Голдберг был преподавателем Гарвардского факультета с момента его выпуска в 1968 году, занимая должности профессора физиологии, клеточной и молекулярной физиологии и, наконец, клеточной биологии. ^[1] Он стал соучредителем компании, которая создала бортезомиб, ингибитор протеасом и противораковое лекарство от множественной миеломы. ^[2] В настоящее время он возглавляет лабораторию Голдберга на факультете клеточной биологии Гарвардской медицинской школы. ^[3]

Текущее исследование [ править ]

Его текущее исследование сосредоточено на расщеплении клеточных белков. Неправильно свернутые белки возникают из-за мутаций или различных повреждений на стадиях образования. Протеасомы расщепляют неправильно свернутые белки, когда они неправильно свернуты, для поддержания клеточного гомеостаза и в качестве защитного механизма. Когда белки продолжают неправильно свертываться, могут возникнуть другие проблемы, такие как рак. Лаборатория Голдберга в Гарвардской медицинской школе изучает различные механизмы, контролирующие регуляцию распада белка в клетках. Они сосредоточены как на бактериальных, так и на животных клетках с концентрацией скелетных мышц животных и ретикулоцитов.

Голдберг сосредотачивается на АТФ-зависимом пути, который гидролизует белки. Он работает, чтобы понять механизмы и избирательность ферментов, которые гидролизуют белки, и применить их для распознавания и устранения неправильно свернутых или других вредных белков. Они известны тем, что открыли убиквитин-зависимый путь и функцию протеасом в иммунологии при презентации антигена.

Помимо АТФ-зависимого пути, лаборатория Голдберга изучает, как гормоны, диета, активность и заболевания в клетках скелетных мышц влияют на распад белка. Эти знания будут использоваться для атрофии мышц и контроля роста, а также для лучшего понимания общего гомеостаза тела. ^[4]

Обзоры самых последних исследований (2019-2020 гг.) [ Править ]

2020: ClpX необходим и активируется одноцепочечным ДНК-связывающим белком у микобактерий [ править ]

Целью этого эксперимента было понять и определить вклад протеолитического комплекса ClpP1P2 в рост микобактерий. Надежда заключалась в понимании функции и механизмов ClpP1P2 и того, насколько важен ClpP1P2 для роста бактерий. Они обнаружили то, чего не ожидали: ClpP1P2 играет роль в репликации и поддержании ДНК в отношении SSB, или одноцепочечных связывающих белков, которые разделяют одноцепочечную ДНК, так что репликация может происходить. Без ClpP1P2 репликация остановится. С другой стороны, ClpP1P2 также является хорошим соперником для лекарств от туберкулеза ^[5]

2020: Клетки множественной миеломы исключительно чувствительны к тепловому шоку, который подавляет их сеть протеостаза и вызывает апоптоз [ править ]

Бортезомиб (БТЗ) - ингибитор протеасом для лечения множественной миеломы. Есть несколько причин, по которым клетки миеломы чувствительны к ингибированию протеасом, и основная причина заключается в том, что в этих клетках постоянно вырабатываются и разрушаются аномальные иммуноглобулины. В этом эксперименте была проверена гипотеза о том, что клетки миеломы, поражающие тепловым шоком, также могут быть столь же токсичными, как ингибирование протеасом, из-за своего влияния на сворачивание белков. Если белок не может правильно складываться, он не может правильно функционировать. Тепловой шок на клетки предотвратит гомеостаз, а это означает, что раковые клетки миеломы не смогут пережить лечение. После сдвига четырех линий миеломы и девяти немиеломных линий с 37 градусов по Цельсию на 43 градуса по Цельсию, анализ MTS измерил их жизнеспособность.Четыре линии миеломы резко снизили жизнеспособность после 20 часов пребывания в условиях теплового шока, в то время как немиеломные линии - нет (или показали небольшую потерю). Лаборатория отслеживала, влияет ли тепловой шок на клетки миеломы на их восприимчивость к ингибиторам протеасом, что и произошло. Тепловой шок делает клетки более восприимчивыми к ингибированию протеасом, и, следовательно, они и разрушают, и убивают клетки одинаковым образом: нарушение сворачивания белков.нарушения сворачивания белковнарушения сворачивания белков^{[6] [7]}

2020: Клетки множественной миеломы исключительно чувствительны к тепловому шоку, который подавляет их сеть протеостаза и вызывает апоптоз [ править ]

Бортезомиб (БТЗ) - ингибитор протеасом для лечения множественной миеломы. Есть несколько причин, по которым клетки миеломы чувствительны к ингибированию протеасом, и основная причина заключается в том, что в этих клетках постоянно вырабатываются и разрушаются аномальные иммуноглобулины. В этом эксперименте была проверена гипотеза о том, что клетки миеломы, поражающие тепловым шоком, также могут быть столь же токсичными, как ингибирование протеасом, из-за своего влияния на сворачивание белков. Если белок не может правильно складываться, он не может правильно функционировать. Тепловой шок на клетки предотвратит гомеостаз, а это означает, что раковые клетки миеломы не смогут пережить лечение. После сдвига четырех линий миеломы и девяти немиеломных линий с 37 градусов по Цельсию на 43 градуса по Цельсию, анализ MTS измерил их жизнеспособность.Четыре линии миеломы резко снизили жизнеспособность после 20 часов пребывания в условиях теплового шока, в то время как немиеломные линии - нет (или показали небольшую потерю). Лаборатория отслеживала, влияет ли тепловой шок на клетки миеломы на их восприимчивость к ингибиторам протеасом, что и произошло. Тепловой шок клеток сделал их более восприимчивыми к ингибированию протеасом, и, следовательно, они и разрушают, и убивают клетки одинаковым образом: нарушение сворачивания белков.^{[6] [8]}

2020: cGMP через PKG активирует протеасомы 26S и усиливает деградацию белков, в том числе тех, которые вызывают нейродегенеративные заболевания [ править ]

цАМФ, циклический аденозинмонофосфат, является производным АТФ и необходим для многих биологических функций. Он усиливает активность протеасомы 26S для деградации. В этом эксперименте проверялось, может ли цГМФ работать так же и так же эффективно, если не более эффективно, чем цАМФ. Ученые добавили фосфодиэстеразу 5 к различным клеточным линиям, чтобы усилить распад неправильно свернутых белков и активировать протеинкиназу G (PKG) для стимуляции протеасомы 26S. цГМФ не влияет на протеолиз лизосом, в отличие от цАМФ, и будет более полезен в долгосрочной перспективе. Лаборатория лечила рыбок данио с таупатией и рыбок данио, страдающих болезнью Хантингтона, с помощью ингибитора PDE5, вызывающего аномалии перед добавлением PKG в сочетании с повышенным cGMP, чтобы разрушить неправильно свернутые и нефункциональные белки.Добавление повышающих цГМФ и соответствующих им стимуляторов и ингибиторов PDE5 увеличивало протеасомную активность.^[9]

2020: Белки, содержащие убиквитин-подобные (Ubl) домены, не только связываются с протеасомами 26S, но и вызывают их активацию [ править ]

26S протеасомы должны активироваться во время деградации путем связывания с убиквитилированными субстратами, а затем с деубиквитилазой Usp14 / Ubp6. В этом эксперименте были протестированы семь белков, содержащих UbI, на их роль в активации 26s протеасомы. Rpn1 позволял Rad23A и ​​Rad23B моделировать рассматриваемую протеасому и усиливать ее функцию за счет увеличения гидролиза пептидов. ^[10]

2019: SIP / CacyBP способствует аутофагии, регулируя уровни BRUCE / Apollon, что стимулирует деградацию LC3-I [ править ]

Апоптоз, сигнализирующий о гибели клеток, увековечивает убиквитинлигазу, посылая еще один сигнал для разрушения BRUCE, мембранно-ассоциированного ингибитора апоптоза. Этот эксперимент должен был показать, что соединение BRUCE и активатора протеасомы подавляет аутофагию. Как правило, SIP, белок, связанный с убиквитинизацией, разрушает BRUCE и в сочетании с Rab8 усиливает это разрушение. Эксперимент подтвердил, что BRUCE и SIP регулируют как гибель клеток, так и аутофагию. ^[11]

2019: 26S Протеасомы быстро активируются различными гормонами и физиологическими состояниями, которые повышают цАМФ и вызывают фосфорилирование Rpn6 [ править ]

В этом эксперименте проверялось, может ли активация протеасом происходить аналогично активации 26S в гормональных и физиологических условиях. Они обрабатывали гепатоциты мыши для стимуляции активности протеаз, а затем обнаружили, что активность протеасом in vivo посредством стимуляции цАМФ и PKA аналогична клеточным ответам на различные реакции окружающей среды. ^[12]

Похвалы и достижения [ править ]

Голдберг также является членом медицинских институтов Национальной академии наук и членом Американской академии искусств и наук. Он входит в 1% самых цитируемых ученых в области наук о жизни, и его награды включают:

• Премия Новартис-Дрю в области биохимических наук
• Премия Северо Очоа (Нью-Йоркский университет)
• Премия Кнобила за медицинские исследования (Медицинская школа Техасского университета)
• Премия Габбая в области биотехнологии и медицины (Университет Брандейса)
• Почетные степени как от лабораторий Колд Спринг-Харбор, так и от Маастрихтского университета (Нидерланды) ^[13]

Он также читал лекции на следующих престижных форумах:

• Лекция Нобелевского форума (Каролинский институт)
• Лекция Фэй (Медицинская школа Массачусетского университета)
• Лекция да Винчи (Миланский университет)
• Лекция Ротшильда (Израильская академия наук)
• Лекция столетия (Биохимическое общество) ^[14]

Публикации [ править ]

Альфред Голдберг является автором более 400 публикаций. Ниже приведены публикации отдела клеточной биологии лаборатории Голдберга Гарвардской медицинской школы:

• Zhao, J., Garcia, GA., Goldberg, AL. Контроль протеасомного протеолиза с помощью mTOR. Nature 2016 21 января; 529 (7586): E1-2. DOI 10.1038 / природа16472.

• Мику, Н., Кукушкин, Н., Клелланд, К.Л., Шалер, Т.А., Фигероа, Ю., Герман, М., Кайзер, С.Е., Ю, У.Х., Голдберг, А.Л., и Дафф, К.А. Нарушения протеасомы 26S, вызванные тау, и когнитивную дисфункцию можно предотвратить на ранних стадиях заболевания путем активации передачи сигналов цАМФ-ПКА. Природа, Январь 2016; 22 (1): 46–53. Doi: 10,1038 / нм 4011

• Ли, М., Кандрор, О., Акопян, Т., Дхаркар, П., Вольдауэр, А., Маурици, М.Р., Голдберг, А.Л. Структура и функциональные свойства активной формы протеолитического комплекса ClpP1P2 из Mycobacterium tuberculosis. Журнал J Biol Chem, 2016 г., 1 апреля; 291 (14): 7465-76. Doi: 10.1074 / jbc.M115.700344.

• Фамулла К., Сасс П., Малик И., Акопиан Т., Кандрор О., Альбер М., Хинзен Б., Рубсамен-Шефф Х., Кальшойер Р., Голдберг А.Л., Бротц-Эстерхельт Г. Ацилдепсипептидные антибиотики убивают микобактерии, предотвращая физиологические функции протеазы ClpP1P2 . Mol Microbiol. 2016 июль; 101 (2): 194-209. Doi: 10.1111 / mmi.13362

• Ли, DH., Шерман, MY., Goldberg, AL. Требования дрожжевого Hsp70 семейства SSA для убиквитин-зависимой деградации короткоживущих и аномальных белков. Biochem Biophys Res Commun. 2016 17 июня; 475 (1): 100-6. Doi: 10.1016 / j.bbrc.2016.0046.

• Чжао, Дж. И Голдберг, А.Л. Координированная регуляция аутофагии и убиквитиновой протеасомной системы с помощью mTOR. Аутофагия. 2016 2 октября; 12 (10): 1967-1970. Doi: 10.1080/15548627.2011205770.

• Alexopoulou Z, Lang J, Perrett RM, Elschami M, Hurry ME, Kim HT, Mazaraki D, Szabo A, Kessler BM, Goldberg AL, Ansorge O, Fulga TA, Tofaris GK. Деубиквитиназа Usp8 регулирует клиренс α-синуклеина и изменяет его токсичность при болезни с тельцами Леви. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 9 августа; 113 (32): E4688-9 Doi: 10.1073 / pnas. 1523597113.

• Альфред Л. Голдберг: исследование протеасомы. Trends Cell Biol. 2016 24 сентября. Pii: S0962-8924 (16) 30133-7. Doi: 10.1016 / j.tcb.2016.09.003.

• Sha Z и Goldberg AL. Ответ Вангале и др.: Полное ингибирование протеасомы снижает производство новых протеасом, вызывая агрегацию Nrf1. Curr Biol. 2016 26 сентября; 26 (18): R836-7. Doi: 10.1016 / j.cub.2016.08.030.

• Weyburne ES, Wilkins OM, Sha Z, Goldberg AL, Cole MD, Kisselev AF. Ингибирование сайта протеасомы β2 сенсибилизирует клетки тройного отрицательного рака молочной железы к ингибиторам β5 и подавляет активацию Nrf1. Cell Chem Biol. 2017; 24 (2): 218-230. Doi: 1016 / j.chembiol.2016.12.016.

• Володин А., Кости И., Гольдберг А.Л., Коэн С. Распад миофибрилл во время атрофии - это отсроченный ответ, требующий фактора транскрипции PAX4 и деполимеризации десмина. Proc Natl Acad Sci US A. 2017; 114 (8): E1375-E1384. Doi: 10.1073 / pnas.1612988114.

• VerPlank JJS, Lokireddy S, Feltri ML, Goldberg AL, Wrabetz L. Нарушение деградации белков и функции протеасом при наследственных невропатиях. Глия. 2018 Февраль; 66 (2): 379–395. Doi: 10.1002 / glia.23251. Epub 2017, 27 октября. PubMed PMID 29076578

• Ким, HT и Голдберг, AL. Деубиквитинирующий фермент Usp14 аллостерически подавляет множественные протеасомные активности и убиквитин-независимый протеолиз. J Biol Chem. 2017 г. 17 апреля. Pii: jbc.M116.763128. Doi: 10.1074 / jbc.M116.763128.

• Куо, CL, и Голдберг, AL. Убиквитинированные белки способствуют ассоциации протеасом с деубиквитинирующим ферментом Usp14 и убиквитинлигазой Ube3c. Proc Natl Acad Sci US A. 2017 25 апреля; 114 (17): E3404-E3413. Doi: 10.1073 / pnas.17017341

• Коллинз, Г.А., Гольдберг, А.Л. Логика протеасомы. Клетка. 2017 18 мая; 169 (5): 792-806. Doi: 10.1016 / j.cell.2017.04.023.

• ВерПланк Дж. И Голдберг А.Л. Регулирование распада белков посредством фосфорилирования протеасом. Биохимический журнал. 2017. 474: 3355-3371. Doi: 10.1042 / BCJ20160809.

• Sha Z, Schnell HM, Ruoff K и Goldberg AL. Быстрая индукция p62 и GABARAPL1 при ингибировании протеасом способствует выживанию до активации аутофагии. J Cell Biol. 2018; 217 (5). Doi: 10.1083 / jcb.201708168. PubMed PMID 29535191

• Weinhaupl K, Brennich M, Kazmaier U, Lelievre J, Ballell L, Goldberg AL, Schanda P, Fraga H. Антибиотик циклломарин блокирует индуцированную аргинин-фосфатом миллисекундную динамику в N-концевом домене ClpC1 из Mycobacterium tuberculosis. J Biol Chem. 1 июня 2018 г .; 293 (22): 8379–8393. Doi: 10.1074 / jbc.RA118.002251.

• Ли Д., Такаяма С., Голдберг А.Л. ZFAND5 / ZNF216 - новый активатор протеасомы 26S, который стимулирует общую деградацию белка. Proc Natl Acad Sci US A. 2018; 115 (41): E9550-E9559. Doi: 10.1073 / pnas.1809934115.

• Ким Х.Т. и Гольдберг А.Л. Домен UBL Usp14 и других белков стимулирует активность протеасом и общую деградацию белка в клетках. Proc Natl Acad Sci US A. 2018; 115 (50): E11650. Doi: 10.1073 / pnas.1808731115.

• Фрага Х, Родригес, Бардера А, Сид С, Акопян Т, Кандрор О, Парк А, Кольменарехо Дж, Лелиевр Дж, Голдберг А.Л. Разработка высокопроизводительных методов скрининга ингибиторов ClpC1P1P2 из Mycobacteria tuberculosis. Аналитическая биохимия. 2019. 567: 30–37. Doi: 10.1016 / j.ab.2018.12.004.

• VerPlank J, Lokireddy S, Zhao J, Goldberg AL. 26S протеасомы быстро активируются различными гормонами и физиологическими состояниями, которые повышают цАМФ и вызывают фосфорилирование Rpn6. Proc Natl Acad Sci US A. 2019. Doi: 10.1073 / pnas.1809254116. ^[15]

Ссылки [ править ]