Michael Menaker

Michael Menaker
Född ( 1934-05-19 ) 19 maj 1934
Österrike
dog 14 februari 2021 (2021-02-14) (86 år)
Virginia , USA
Alma mater
Swarthmore College ( BA ) Princeton University
Vetenskaplig karriär
Fält Biologi
Doktorand rådgivare Colin Pittendrigh

Michael Menaker (19 maj 1934 – 14 februari 2021), var en amerikansk kronobiologiforskare och var Commonwealth-professor i biologi vid University of Virginia . Hans forskning fokuserade på dygnsrytm hos ryggradsdjur, inklusive att bidra till en förståelse av ljusinsläppsvägar på extra retinala fotoreceptorer hos ryggradsdjur från icke-däggdjur, upptäckt av en däggdjursmutation för dygnsrytm ( tau - mutation hos guldhamstrar ) och lokalisering av en dygnsrytmoscillator fågelns tallkottkörtel . Han skrev nästan 200 vetenskapliga publikationer.

tidigt liv och utbildning

Menaker växte upp i New York City och gick på Swarthmore College .

Efter examen från Swarthmore College 1955 med en BA i biologi, fortsatte Menaker till Princeton University . I labbet av Colin Pittendrigh, fadern till forskning om biologiska klockor , studerade Menaker den endogena dygnsrytmen hos fladdermöss ( Myotis lucifugus ) .

Han tog examen från Princeton University med en Ph.D. 1960 och fortsatte postdoktorala studier i Donald Griffins labb vid Harvard University . När han fortsatte att studera fladdermöss skiftade hans intresse från dygnsrytm till vilolägesmönster. När Menaker började på fakulteten vid University of Texas i Austin 1962 övergick han till att studera dygnsrytmer hos gråsparven ( Passer domesticus ) och guldhamstern ( Mesocricetus auratus ).

Akademisk karriär

Menaker har haft akademiska befattningar vid University of Texas, University of Oregon , och på senare tid, vid University of Virginia , där han har varit Commonwealth Professor of Biology sedan 1987. Han var ordförande för Biology Department i Virginia från 1987 till 1993 Han har handlett flera experter inom kronobiologiområdet, inklusive Joseph Takahashi , ordförande för neurovetenskapsavdelningen vid University of Texas Southwestern Medical Center; Heidi Hamm, ordförande för farmakologiavdelningen vid Vanderbilt University ; och Carl Johnson professor i biologiska vetenskaper vid Vanderbilt University. Han har skrivit nästan 200 artiklar och bibehållit anslag för att stödja sin forskning i över 60 år.

Vetenskapligt arbete

Upptäckt av extra retinala fotoreceptor(er) i gråsparven

År 1968 tillhandahöll Menaker bevis för förekomsten av extra retinala fotoreceptorer som var tillräckliga för fotoentrainment genom att mäta rytmiskt rörelsebeteende som utsignalen från hussparvar ( Passer domesticus ) dygnsklocka. Han visade att fotoentrainment kan uppstå i frånvaro av optiska neuroner, bevis för närvaron av en extra retinal fotoreceptor(er) kopplade till Hussparvens dygnsklocka. exponerades bilateralt enukleerade hussparvar för en konstgjord ljus-mörkercykel. De hölls i ständigt mörker för att bestämma deras frilöpningsperiod och fick därefter dra till sig ljussignaler. Rörelseaktivitet registrerades genom att observera sittande beteende hos sparvarna. Han testade tre möjliga förvirrande variabler för indragning: (1) temperaturfluktuationer, (2) post-enukleation retinala fragment kvar i ögat och (3) ektoparasiter som kan överföra ljusinformation genom sina rörelser i fåglarnas hud. För att studera effekterna av temperatur på dygnsrytmer, exponerade Menaker de enukleerade sparvarna för en elektroluminescerande panel. Menaker-behandlade sparvar med Dry-Die, ett antiparasitiskt medel, för att eliminera alla möjliga effekter av ljusöverföring av ektoparasiter. Eftersom sparvarna inte medrycktes under tester av temperaturfluktuationer och sparvarna förblev infångade 10 månader efter enukleering, en punkt där ett överskott av den funktionella näthinnan skulle ha försämrats, uteslöt Menaker dessa möjliga förvirrande variabler. Menakers labb drog slutsatsen att sparvarna kunde fånga med sig ljussignaler från miljön. Dessa resultat visar att retinala ljusreceptorer inte är nödvändiga för fotoentrainment , vilket indikerar att det finns en extra retinal fotoreceptor (er) som bidrar till dygnsrytmisk aktivitet. Menakers fynd i sparvar med kärnor överensstämde med Aschoffs regel , och han drog slutsatsen att näthinnan och de extra retinala receptorerna båda bidrar till fotoentrainment-processen.

Tallkottkörteln som plats för dygnsoscillator i gråsparven

tallkottkörtelns och hypotalamus inflytande på dygnsrytmer. De transplanterade tallkottkottsvävnaden från en sparv in i den främre kammaren av ögonen på en arytmisk, pinalektomiserad sparv. Före transplantationsproceduren medfördes donatorfåglarna en 12:12 ljus:mörk fotoperiodcykel . Detta gjorde det möjligt för dem att jämföra uppkomsten av aktivitet, mätt med sittmönster, hos donatorerna före tallkottkottstransplantation och mottagarna efter transplantation. Efter att ha fått pineal vävnadstransplantation upplevde tidigare arytmiska sparvar återupprättandet av rytmicitet. Faktum är att deras återupprättade dygnssvängningar liknade det cirkadiska svängningsmönstret för rörelseaktivitet hos donatorsparvarna. De 20 % av sparvarna som hade framgångsrika transplantationer visade tillfällig arytmicitet i konstant mörker under en period av 10 till 100 dagar, vilket inte alltid var jämnt fördelat under 24-timmarsdygnet; sparvarna blev dock så småningom rytmiska igen. Menaker drog slutsatsen att tallkottkörteln är en drivande oscillator i ett flerkomponentsystem.

Upptäckten av tau-mutationen hos guldhamstrar

1988 kom Martin Ralph och Menaker slumpmässigt över en tau-mutant guldhamster av hankön i en leverans från deras kommersiella leverantör, Charles River Laboratories , som observerades ha en dygnsperiod som var betydligt kortare än vad som är karakteristiskt för den rasen. Dessa guldhamstrar är kända för sina smala perioder med ett typiskt medelvärde på 24 timmar. Istället för att förbise denna onormala hanhamster, genomförde Menaker avelsexperiment för att producera homozygota tau-mutanter med en period på 20 timmar och heterozygota tau-mutanter med en period av 22 timmar. Nedärvningsmönstret från denna förkortade tau indikerade att den genetiska orsaken till denna fenotyp var isolerad till en enda allel, vilket gav ett genetiskt tillvägagångssätt för bestämning av den biologiska mekanismen. Denna oavsiktliga framåt genetiska skärm gav det första provet som kunde studeras för genetisk insikt i däggdjurs dygnsrytmmekanismer.

Det första stora fyndet med denna stam var att oscillatorn måste placeras i den suprachiasmatiska kärnan (SCN). För att testa denna slutsats genomförde Menaker och kollegor experiment där SCN från en tau-mutant hamster transplanterades genom ett neuralt transplantat till en vildtypshamster med en ablerad SCN. Efter denna procedur uppvisade den tidigare vildtypshamstern en förkortad period som liknade tau-mutanten. Detta resultat ledde till slutsatsen att SCN är tillräcklig och nödvändig för däggdjurs dygnsrytm.

Ytterligare undersökning av SCN som en central struktur för dygnsrytmer av Silver, et al. fann att SCN kan kontrollera dygnsrytmen genom en diffusiv signal. De transplanterade SCN som tidigare gjort av Menaker, men de kapslade in transplantatet och förhindrade därmed utväxt av mutanta SCN-neuroner. Även med SCN begränsat på detta sätt visade vildtypshamstern en kortare period i överensstämmelse med perioden för SCN donerad av den muterade tau-hamstern, vilket tyder på att SCN avger diffuserbara faktorer för att kontrollera dygnsrytmer. Samma år fastställde Gianluca Tosini och Menaker också att hamsternäthinnor odlade in vitro producerade en konsekvent dygnsrytm, mätt med melatoninnivåer. Detta tyder på att det finns flera oscillatorer, eller flera neuroner som utgör en enda oscillator som är tillräcklig för cirkadiska utgångar.

Molekylär identifiering av tau locus

Det var fortfarande osäkert om exakt vilket genetiskt ställe tau-mutationen hittades och vilket protein den påverkade. År 2000 samarbetade Menaker med andra forskare inom området för att använda genetiskt riktad representationsdifferensanalys (GDRDA), en ny teknik inom molekylär genetik som gjorde det möjligt för dem att uppnå detta mål.

GDRDA fungerar genom att först generera polymorfa genetiska markörer för en monogen egenskap (som tau redan har visat sig vara) som kan identifieras direkt i genomet. Detta görs genom att separera avkomma från en korsning, baserat på fenotypen av intresse och sedan skapa amplikoner av poolat DNA från varje grupp. Med dessa grupper av amplifierat DNA kan det bestämmas vilka loci som är berikade i gruppen som uppvisar fenotypen av intresse. Dessa anrikade loci är de genetiska markörerna för egenskapen av intresse.

De genetiska markörerna för tau-mutanterna mappade till kromosom 22. Regionen med konserverad synteny var genen kaseinkinas I epsilon (CKIe). Detta överensstämmer med CKIes homologi med Drosophila circadian kontrollgen dubbeltid ( dbt ). Från detta arbete visades det också att CK1e kunde interagera med däggdjursPERIOD-proteinet in vitro och påverka uttrycket av Per1 . Från detta arbete validerade Takahashi-labbet framgångsrikt tau- mutanten genetiskt genom att upptäcka det drabbade stället och etablerade därefter en modell av dygnsrytmproteininteraktion genom vilken effekterna av tau-mutationen kunde förklaras.

Etablering av metamfetaminkänslig dygnsoscillator (MASCO) hos möss

Även om tidigare studier visar att metamfetamin (MAP) har en signifikant effekt på råttors dygnsbeteende, vilket tyder på bevis för den SCN-oberoende, MAP-känsliga dygnsoscillatorn (MASCO), valde Menaker och kollegor att titta på MASCO hos möss. Arbetet som utförts av Menaker och kollegor tittade på effekterna av kroniskt MAP-uttryck på två stammar av intakta och SCN-skadade möss under konstant mörka och konstanta ljusförhållanden.

MAP i dricksvattnet genererade dygnsrytmisk rörelserytm i SCN-skadade möss. När MAP togs bort, höll den frigående rörelserytmen i sig så länge som fjorton cykler. Denna studie visade också att små ökningar av MAP orsakade en ökning av den dagliga hjulkörningsaktiviteten och längden på dygnsperioden för intakta möss och SCN-skadade möss under konstant mörka och konstanta ljusförhållanden. Observationerna av Menaker och kollegor indikerar att MASCO, en dygnsoscillator, fungerar separat från "master clock" av SCN och är tillräcklig för rörelsestyrning av dygnsrytmen.

Denna studie motbevisar "timglas"-mekanismhypotesen för MASCO som föreslagits av Ruis, et al. Denna hypotes säger att gnagares spontana konsumtion av MAP i dricksvatten resulterar i förlängda aktivitetsperioder, följt av sömn. Cykeln förstärks när djuret vaknar och dricker en gång till. Menaker och kollegor testade SCN-skada, arytmiska möss i konstant mörker och fann att när MAP inte längre konsumerades med rytmiska intervall, fann man fortfarande konstanta rytmer i rörelsebeteendet. I ett annat försök varvades MAP varannan dag med vatten, och rörelserytmen kvarstod under dagar med bara vattnet. Båda dessa fynd gjorde klart att "timglas"-hypotesen för mekanismen för MASCO inte var giltig.

MASCOs molekylära mekanism

Menaker och kollegor undersökte om MASCO påverkade den molekylära återkopplingsslingan som ligger till grund för den för närvarande accepterade modellen för dygnsrytm hos däggdjur. Denna undersökning gjordes genom att behandla arytmiska möss som saknade eller med mutationer av olika gener i denna återkopplingsslinga med MAP-doser. Dessa gener inkluderade mutationer och deletioner till Per1, Per2, Cry1, Cry2, Bmal1, Npas2, CLOCK och CK1e. Alla dessa mutanter fortsatte att svara och uppvisa förändringar i frilöpande rytmer i närvaro av MAP, trots mutationsavbrott i återkopplingsslingan för dygnssvingningar. Hos dessa arytmiska djur, oavsett mutation eller knockout av kritiska klockgener, återställde MAP rytmen i dygnsegenskaperna. Detta tyder på att den molekylära mekanismen för MASCO skiljer sig radikalt från den kända och accepterade dygnsrytmoscillationsmodellen hos däggdjur, och återkopplingsslingan är inte nödvändig för generering av dygnsrytmisk rörelserytm med MAP.

Senare arbete

Menakers labbgrupp vid University of Virginia var fokuserad på organiseringen av dygnssystem hos ryggradsdjur. Labbet arbetar med en transgen råttmodell med Per1-genen kopplad till en luciferasreporter för att spåra de cirkadiska uttrycksmönstren för Per1-genen i hjärnan och perifera vävnader. De förväntar sig att dessa data kommer att ta itu med om klockorna i alla vävnader förblir synkroniserade med en förändring i ljuscykeln och de klockrelaterade signalerna från hjärnan till perifera vävnader [1 ] .

Menaker upptäckte en annan mutanthamster, denna gång visade en frilöpande period på 25 timmar under konstant mörker. Menakers doktorand, Ashli ​​Moore, var lärarassistent i sin kollegas kurs i djurbeteende när en student insisterade på att byta ut sin hamster mot en som hade en period som mer liknade den hos hennes klasskamraters hamstrar. Menaker födde upp denna mutanthamster med tre olika honor för att producera kullar med mendaliska förhållanden av vildtyps- och heterozygota mutanter. Han födde sedan upp homozygota mutanter med en frikörningsperiod på 28 timmar. Menakers labb är för närvarande i samarbete med Carla Greens molekylärbiologiska labb vid University of Texas Southwestern Medical Center för att studera denna mutanthamsterlinje ytterligare.

Pris och ära

Se även

Hämtad från " https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Michael_Menaker&oldid=1139778338 "