Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Карл Х. Джонсон
Карл Х. Джонсон.tif
Родившийся
Вашингтон
НациональностьСоединенные Штаты
Альма-матерТехасский университет в Остине
Стэнфордский университет
Гарвардский университет
Научная карьера
ПоляБиология , циркадный ритм
УчрежденияУниверситет Вандербильта
ДокторантДэвид Эпель
Колин Питтендрай
Другие научные консультантыМайкл Менакер

Карл Hirschie Джонсон американский родившийся биолог , который исследует Хронобиологию различных организмов, прежде всего бактериальных циркадных ритмов от цианобактерий . [1] Джонсон получил степень бакалавра гуманитарных наук с отличием в Техасском университете в Остине , а затем получил докторскую степень по биологии в Стэнфордском университете , где он начал свои исследования под руководством доктора Колина Питтендрайга . [2] В настоящее время Джонсон - профессор биологических наук Стивенсона в Университете Вандербильта . [3]

Личная жизнь [ править ]

Карл Джонсон родился в Вашингтоне, округ Колумбия. Когда он впервые поступил в колледж Техасского университета 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, которой руководил доктор Майкл Менакер . Джонсон утверждает, что «музыка привела [его] к науке», поскольку он первоначально начал свою исследовательскую работу с Menaker, чтобы оплатить уроки классического голоса. Классическая музыка остается основным занятием, поскольку он продолжает петь музыку с хором Нэшвиллского симфонического оркестра. [4] Также в свободное время он увлекается йогой. [2]

Научная карьера [ править ]

Ранняя карьера и образование [ править ]

Джонсон получил степень бакалавра гуманитарных наук с отличием (программа с отличием Plan II [5] ) в Техасском университете в Остине в 1976 году. В это время он стал участвовать в исследованиях на бакалавриате под руководством доктора Майкла Менакера , чья лаборатория изучал 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. в биологии в 1982 году в Стэнфордском университете, первый работающий под известным лидером в области хронобиологии , Колин Pittendrighа затем перешел в лабораторию Дэвида Эпеля , чтобы получить степень. Впоследствии Джонсон провел постдокторскую работу в области клеточной биологии и биологии развития в Гарвардском университете , которую он завершил в 1987 году с доктором Дж. В. «Вуди» Гастингсом ( John Woodland Hastings ), биологом, известным своей работой по биолюминесценции многих организмов, включая водоросли. [9] Гастингс стал близким другом и наставником Джонсона. В 1987 году Джонсон приехал в Университет Вандербильта, чтобы инициировать независимую исследовательскую программу, и с тех пор он является профессором биологии в Вандербильте. [2] [3]

Начало исследований [ править ]

Первоначальный набег на исследования Джонсон сделал еще во время учебы в лаборатории Менакера, которая занималась изучением шишковидной железы у птиц [7] [10] и другими проектами по хронобиологии у позвоночных . [8] В аспирантуре Стэнфорда под руководством Колина Питтендрига.Джонсон пытался обнаружить циркадные ритмы в различных организмах, таких как пиявки и тараканы. Он также работал с дождевыми червями, чтобы увидеть, смогут ли они полностью восстановить циркадные ритмы после регенерации поврежденных частей своего мозга. Он также разработал метод измерения уровня pH внутри клеток в поисках ритмичных кислотно-щелочных соотношений. Однако только один из этих проектов в конечном итоге привел к публикации, а именно к статье о часовом контроле pH в хлебной плесени Neurospora crassa . [11] Джонсон перешел в лабораторию морской биологии Дэвида Эпеля [12] на четвертом курсе аспирантуры, потому что их работа по изменению pH у морских ежей и морских звездяйца при оплодотворении были отличной системой, в которой можно было применить метод, который он разработал ранее для измерения уровня pH внутри клеток. [13] [14] Он успешно опубликовал ряд статей по этой теме. [15] [16] В своих постдокторских исследованиях с Гастингсом Джонсон вернулся в область биологических часов и работал в основном над ритмами биолюминесцентной водоросли Gonyaulax polyedra [17] [18], а затем и в модельной системе водорослей для генетики, Chlamydomonas reinhardtii . [19]

Основные вклады [ править ]

Циркадная система цианобактерий [ править ]

До конца 1980-х годов большинство хронобиологов считали, что бактерии слишком «просты», чтобы выражать циркадные ритмы. [20] Джонсон не принял эту догму и еще в 1978 году исследовал галоархеи на предмет возможного присутствия биологических часов. Хотя исследования галоархей не были продуктивными, когда другие исследования предполагали возможность циркадных ритмов у цианобактерий , [21] [22] Джонсон вместе с коллегами и сотрудниками использовал систему репортера люциферазы, чтобы доказать, что Synechococcus elongatus, принадлежащий к типу цианобактерий, показал свидетельства суточных циркадных ритмов бактерий (с примерно 24-часовыми циклами). [23]Synechococcus выражает свободные ритмы, температурную компенсацию и способность увлекать, которые являются определяющими свойствами циркадных ритмов . [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 идея, что бактериальные циркадные ритмы существуют, по крайней мере, у некоторых прокариот , хорошо принята хронобиологами.сообщества, а прокариоты - важная модельная система для изучения ритмичности. [26]

Биолюминесцентный резонансный перенос энергии (BRET) [ править ]

В 1999 году Джонсон и его команда разработали и запатентовали новый метод изучения взаимодействия молекул, основанный на резонансном переносе энергии Ферстера (FRET), также известном как флуоресцентный резонансный перенос энергии (FRET). [27] Они изменили существующую технику FRET, так что вместо использования света для активации флуорофоров, прикрепленных 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) или фотообесцвечивание , и (3) в сотрудничестве с оптогенетикой . [28] Этот новый метод измерения белок-белковых 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 [ править ]

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 согласованные усилия по применению методов структурной биологии для понимания механизмов циркадных часов. [25] [31] Лаборатория также использовала мутанты и смещение кодонов у цианобактерий, чтобы предоставить первые строгие доказательства адаптивного значения биологических часов в приспособленности. [32] [33] [34]Лаборатория Джонсона расширяет изучение бактериальных циркадных ритмов от цианобактерий до пурпурных бактерий . [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 синдромом Ангельмана . Лаборатория надеется найти хронотерапевтические способы улучшения нарушений сна у пациентов, страдающих этим синдромом. [36]

Хронология достижений [ править ]

  • 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 редколлегии журнала "Биологические ритмы".
  • 2005: Получил награду канцлера за исследования, Университет Вандербильта.
  • 2012-2014: Президент Общества исследования биологических ритмов.

Должности и почести [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • Майкл Менакер
  • Циркадные ритмы
  • Хронобиология
  • Цианобактерии
  • Бактериальные циркадные ритмы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Johnson, CH «От скептицизма к известности: циркадные часы в бактериях». Микроб 4 (9). Сентябрь 2009 г.
  2. ^ a b c d e «Карл Хирши Джонсон». Текущая биология , т. 24, вып. 3, 2014, стр. R100-R102.
  3. ^ a b «Отдел биологических наук - Карл Х. Джонсон». Университет Вандербильта. http://as.vanderbilt.edu/biosci/bio/carl-johnson . По состоянию на 29 ноября 2016 г.
  4. ↑ «Нэшвиллский симфонический хор». 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. DOI : 10.1126 / science.160.3832.1125 . PMID  5647435 .
  8. ^ а б Стетсон, MH; Elliott, JA; Менакер, М. (1975). «Фотопериодическая регуляция семенников хомяка: циркадная чувствительность к воздействию света» . Биология размножения . 13 : 329–339. DOI : 10.1095 / biolreprod13.3.329 .
  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, JS; Hamm, H .; Менакер, М. (1980). «Циркадные ритмы высвобождения мелатонина из отдельных слитых шишковидных желез цыпленка in vitro» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 77 : 2319–2322. DOI : 10.1073 / pnas.77.4.2319 . PMC 348706 . PMID 6929552 .  
  11. Перейти ↑ Johnson, CH (1983). «Изменения внутриклеточного pH не коррелируют с циркадным ритмом Neurospora» . Plant Physiol . 72 : 129–133. DOI : 10.1104 / pp.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. ^ Джонсон, Швейцария; Эпель, Д. (1981). «Внутриклеточный pH яиц морского ежа, измеренный методом диметилоксазолидиндиона (DMO)» . J. Cell Biol . 89 : 284–291. DOI : 10,1083 / jcb.89.2.284 .
  14. ^ Джонсон, СН и D. Epel. 1982. Созревание и оплодотворение ооцитов морских звезд: внутриклеточный pH не участвует в активации. Devel. Биол. 92: 461-469.
  15. ^ Джонсон, СН и D. Epel. 1983. Хелаторы тяжелых металлов продлевают подвижность и жизнеспособность сперматозоидов морского ежа, подавляя спонтанные акросомные реакции. J. Exp. Zool. 226: 431-440.
  16. ↑ Johnson, CH, DL Clapper, MW Winkler, HC Lee и D. Epel. 1983. Летучий ингибитор иммобилизует сперму морского ежа в семенной жидкости, снижая внутриклеточный pH. Devel. Биол. 98: 493-501.
  17. ^ Джонсон, Швейцария; Робер, Дж. Ф.; Гастингс, JW (1984). «Циркадные изменения концентрации ферментов определяют ритм активности ферментов гоняулакса». Наука . 223 : 1428–1430. DOI : 10.1126 / science.223.4643.1428 . PMID 17746055 . 
  18. ^ Джонсон, Швейцария; Гастингс, JW (1989). «Циркадная фототрансдукция: сброс фазы и частота циркадных часов клеток Gonyaulax в красном свете». J. Biol. Ритмы . 4 : 417–437. DOI : 10.1177 / 074873048900400403 .
  19. ^ Джонсон, Швейцария; Кондо, Т .; Гастингс, JW (1991). «Спектр действия для сброса ритма циркадного фототаксиса в штамме CW15 Chlamydomonas. II. Освещенные клетки» . Plant Physiol . 97 : 1122–1129. DOI : 10.1104 / pp.97.3.1122 .
  20. ^ Джонсон, Швейцария; Золотой, СС; Ишиура, М; Кондо, Т (1996). «Циркадные часы прокариот». Mol Microbiol . 21 : 5–11. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.1996.00613.x . PMID 8843429 . 
  21. ^ Хуанг, TC; Гроббелаар, Н. (1995). «Циркадные часы в прокариотах Synechococcus RF-1» . Микробиология . 141 : 535–540. DOI : 10.1099 / 13500872-141-3-535 .
  22. ^ Суини, BM; Боргезе, МБ (1989). «Циркадный ритм деления клеток в прокариотах, цианобактериях Synechococcus WH7803». J. Phycol . 25 : 183–186. DOI : 10.1111 / j.0022-3646.1989.00183.x .
  23. ^ Кондо, Т .; Страйер, Калифорния; Кулькарни, РД; Тейлор, В .; Ishiura, M .; Золотой, СС; Джонсон, CH (1993). «Циркадные ритмы у прокариот: люцифераза как репортер экспрессии циркадных генов у цианобактерий» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 90 : 5672–5676. DOI : 10.1073 / pnas.90.12.5672 . PMC 46783 . PMID 8516317 .  
  24. ^ Мори, Т .; Binder, B .; Джонсон, CH (1996). «Циркадный контроль клеточного деления у цианобактерий, растущих со средним временем удвоения менее 24 часов» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 93 : 10183–10188. DOI : 10.1073 / pnas.93.19.10183 . PMC 38358 . PMID 8816773 .  
  25. ^ a b Pattanayek, R .; Wang, J .; Мори, Т .; Xu, Y .; Джонсон, Швейцария; Эгли, М. (2004). «Визуализация белка циркадных часов: кристаллическая структура KaiC и функциональные идеи». Молекулярная клетка . 15 : 375–388. DOI : 10.1016 / j.molcel.2004.07.013 . PMID 15304218 . 
  26. ^ a b 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. DOI : 10.1038 / nrmicro.2016.196 . ISSN 1740-1534 . PMC 5696799 . PMID 28216658 .   
  27. ^ Xu, Y .; Поршень, DW; Джонсон, CH (1999). «Система биолюминесцентного резонансного переноса энергии (BRET): приложение к взаимодействующим белкам циркадных часов» . Труды Национальной академии наук . 96 (1): 151–156. DOI : 10.1073 / pnas.96.1.151 . PMC 15108 . PMID 9874787 .  
  28. ^ а б Ян, Дж .; Камбербэтч, Д .; Centanni, S .; Shi, S .; Winder, D .; Webb, D .; Джонсон, CH (2016). «Сопряжение оптогенетической стимуляции с чувствительностью Ca ++ на основе люминесценции на основе NanoLuc (BRET)» . Nature Communications . 7 : 13268. дои : 10.1038 / ncomms13268 .
  29. ^ Джонсон, Швейцария; Эгли, М. (2014). «Метаболическая компенсация и циркадная устойчивость прокариотических цианобактерий» . Анну. Rev. Biochem . 83 : 221–47. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-060713-035632 . PMC 4259047 . PMID 24905782 .  
  30. ^ Мори, Т .; Уильямс, Д.Р .; Бирн, Миссури; Цинь, X .; Mchaourab, HS; Эгли, М .; Стюарт, Польша; Джонсон, CH (2007). «Выяснение тиканья циркадного часового механизма in vitro» . PLoS Биология . 5 : e93. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0050093 . PMC 1831719 . PMID 17388688 .  
  31. ^ Джонсон, Швейцария; Эгли, М .; Стюарт, PL (2008). «Структурные представления о циркадном осцилляторе» . Наука . 322 : 697–701. DOI : 10.1126 / science.1150451 . PMC 2588432 . PMID 18974343 .  
  32. ^ Ouyang, Y .; Андерссон, CR; Кондо, Т .; Золотой, СС; Джонсон, CH (1998). «Резонирующие циркадные часы улучшают приспособленность цианобактерий» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 95 : 8660–8664. DOI : 10.1073 / pnas.95.15.8660 . PMC 21132 . PMID 9671734 .  
  33. ^ Xu, Y .; Карта.; Shah, P .; Рокас, А .; Liu, Y .; Джонсон, CH (2013). «Неоптимальное использование кодонов - это механизм достижения условности циркадных часов» . Природа . 495 (7439): 116–20. DOI : 10.1038 / nature11942 . PMC 3593822 . 
  34. ^ Woelfle, Массачусетс; Ouyang, Y .; Phanvijhitsiri, K .; Джонсон, CH (2004). «Адаптивное значение циркадных часов: экспериментальная оценка цианобактерий». Текущая биология . 14 : 1481–1486. DOI : 10.1016 / j.cub.2004.08.023 . PMID 15324665 . 
  35. ^ Ma, P .; Мори, Т .; Zhao, C .; Тиль, Т .; Джонсон, CH (2016). «Эволюция KaiC-зависимых хронометристов: прото-циркадный временной механизм обеспечивает адаптивную приспособленность пурпурной бактерии Rhodopseudomonas palustris» . PLoS Genetics . 12 (3): e1005922. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1005922 . PMC 4794148 . PMID 26982486 .  
  36. ^ Ши, S .; Бичелл, ТДЖ; Ирие, РА; Джонсон, CH (2015). «Импринтинг Ube3a ухудшает циркадную устойчивость в моделях синдрома Ангельмана» . Текущая биология . 25 (5): 537–545. DOI : 10.1016 / j.cub.2014.12.047 .
  37. ^ «Предыдущие собрания SRBR» .
  38. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2016-05-26 . Проверено 26 января 2017 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  39. ^ aschoff-honma.wixsite.com/ahmf/prize-winners
  40. ^ «О главе - Фи Бета Каппа - Альфа Теннесси» .