Ronald J. Konopka

Ronald J. Konopka (1947-2015) var en amerikansk genetiker som studerade kronobiologi . Han gjorde sitt mest anmärkningsvärda bidrag till området när han arbetade med Drosophila i Seymour Benzers labb vid California Institute of Technology . Under detta arbete upptäckte Konopka periodgenen ( per ) som styr perioden för dygnsrytmer .

Akademisk karriär

Ron Konopka fick sin Ph.D. i biologi från California Institute of Technology 1972. 1975, efter hans upptäckt av periodens mutanter, tilldelades Konopka en fakultetstjänst vid California Institute of Technology. Medan han var där, var Konopkas kollegor kritiska till hans ovilja att publicera sitt arbete om periodgenen, och Konopka nekades tjänstgöring . Efter sin vistelse på Caltech accepterade Konopka en position vid Clarkson University men nekades återigen tjänstgöring och lämnade därefter vetenskapsområdet. Konopkas karriär, sammanvävd med arbetet av hans mentor, Seymour Benzer, och de andra forskarna som arbetar i Benzers labb berättas i Time, Love, Memory av Jonathan Weiner .

Konopkas upptäckt och genetiska analys av period och flera andra dygnsrytmmutationer blev grunden för den forskning som Drs. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash och Michael W. Young, som tilldelades 2017 års Nobelpris i fysiologi eller medicin.

Forskning

Period mutanter

Upptäckten av perioden

Som doktorand i Seymour Benzers labb försökte Konopka använda Benzers metod för beteendegenetik för att reda ut mysterierna med "mästarklockan" som fanns i varje organism. Han använde etylmetansulfonat (EMS) för att inducera punktmutationer i Drosophila melanogaster- genomet och isolerade så småningom tre mutanter med onormala rytmer i eclosion . Han kartlade mutationerna till samma plats längst till vänster om X-kromosomen , mindre än 1 centimorgan från det vita genlokuset . Dessa mutationer var alternativa alleler av en gen som Konopka senare kallade period . Medan vildtypsflugor har en dygnsperiod på cirka 24 timmar, fann Konopka att per 01 -mutanten var arytmisk, per S- mutanten hade en period på 19 timmar och per L hade en period på 29 timmar.

Neurobiologi av per mutanter

1979 och 1980 testade Konopka och Dominic Orr om mutationer i per mutationer påverkade perioden av hela dygnscykeln eller bara en del av den. Genom att jämföra ljussvaren för per S eclosion rytm med vildtyp flugor, fann Konopka och Orr att ljuspulser återställer mutantklockan i större utsträckning än vildtypsklockan (cirka 10 timmar för per S jämfört med 3 timmar för vildtyp). typ flugor). De observerade också att medan varaktigheten av den ljuskänsliga delen av dagen (subjektiv natt) visade sig vara lika mellan per S och vildtypsflugor, var varaktigheten av den ljusokänsliga delen av cykeln (subjektiv dag) 5 timmar kortare hos mutantflugor än hos vildtypsflugor. De drog slutsatsen att skillnader i periodlängd mellan mutant- och vildtypflugor kunde förklaras av en förkortning av den subjektiva dagen, eller den aktiva delen av dygnscykeln, i per S - mutanter . Av detta drog Konopka slutsatsen att separata molekylära processer motsvarar den subjektiva natten och den subjektiva dagen och att per S - allelen verkar genom att förkorta den subjektiva dagen samtidigt som den lämnar den subjektiva natten oförändrad. Baserat på dessa fynd konstruerade Konopka och Orr en modell för verkan av per- genen. Svängningen tolkas i termer av en membrangradient som etableras under den subjektiva dagen och försvinner under den subjektiva natten. Modellen förutspår att per gen är aktiv under den subjektiva dagen och fungerar som en pump för att fastställa gradienten. När en hög tröskel har nåtts stängs pumpen av och ljuskänsliga kanaler öppnas för att skingra gradienten. En ljuspuls under den subjektiva natten stänger kanalerna och startar pumpen; värdet på gradienten när kanalerna stänger är detsamma som värdet när pumpen startar, och därmed skapas en återställning i cykeln och en svängning resulterar. Denna modell har ersatts med en negativ återkopplingsmodell för transkriptionsöversättning som involverar tidlös , klocka och cykel.

Även 1980 rapporterade Konopka och Steven Wells en abnormitet i morfologin hos en neurosekretorisk cellgrupp associerad med arytmiken per 01 -mutation och med 2 arytmiska mutanter av en annan flugstam, Drosophila pseudoobscura . Denna cellgrupp består normalt av fyra grupperade celler på vardera sidan av hjärnan, ungefär halvvägs mellan den övre och nedre kanten, i det bakre området av hjärnan. Celler i detta kluster är ibland onormalt placerade nära den övre kanten, snarare än mitten, av hjärnan med en hastighet av cirka 17 % av cellerna i vildtyp D. melanogaster . Per 01- mutationen ökar signifikant andelen onormalt lokaliserade celler till cirka 40 %. I två aperiodiska stammar av D. pseudoobscura är andelen onormalt lokaliserade celler likaså signifikant ökade jämfört med de i vildtypen. Konopka drog slutsatsen från resultaten att neurosekretoriska celler kan vara en del av Drosophila circadian-systemet och att produkten per gen kan påverka utvecklingen av dessa celler.

Pacemakersignalering

1979 arbetade Konopka med Alfred Handler för att upptäcka naturen bakom pacemakersignalering genom att transplantera hjärnor från donatorflugor till buken på arytmiska värdflugor. De fann att dygnsrytmer hos värdflugor återställdes med donatorns period; till exempel kan kortperiodiska ( per S ) vuxna hjärnor implanterade i buken hos arytmiska ( per 01 ) värdar ge en kort periodrytm på aktiviteten hos vissa värdar under minst 4 cykler. Eftersom de transplanterade hjärnorna inte kunde skapa nya neuronala kopplingar till lokomotoriska aktivitetscentra, drog Konopka och Handler slutsatsen att pacemakersignalering för rörelse måste vara humoral och inte neuronal.

Ömsesidigt beteende av per- mutanter

Medan han var på Clarkson College fortsatte Konopka sitt arbete med Orr och samarbetade också med kronobiologen Colin Pittendrigh . Under samarbetet arbetade Konopka för att förstå beteenden hos Drosophila per mutanter utöver deras onormala periodlängder. Konopka var främst intresserad av hur dessa mutanter betedde sig i konstant ljus eller konstant mörker och om de överensstämde med reglerna som fastställts av kronobiologen Jurgen Aschoff . Dessutom observerade Konopka också flugornas beteende under varierande ljusintensiteter och över en rad temperaturer. Konopka fann att per S och per L visade ömsesidiga beteenden under de experimentella förhållandena. Till exempel, per S period förkortad, medan per L period förlängs som svar på sjunkande temperatur. Konopka antog att dessa ömsesidiga beteenden var en manifestation av två kopplade oscillatorer, en modell som föreslogs 1976 av Pittendrigh och Daan.

Andra cirkadiska mutanter

Klockmutanter _

1990 samarbetade Konopka med Mitchell S. Dushay och Jeffery C. Hall för att ytterligare undersöka effekterna av klockgenen i D. melanogaster . Konopka hade noterat 1987 att Clock ( Clk ) mutanten, inducerad via kemisk mutation, var en semidominant mutation som förkortade rytmen av rörelseaktivitet hos flugor med cirka 1,5 timme. Dushay, Konopka och Hall noterade att Clk- mutanter hade en fassvarskurva som förkortades från 24 timmar till 22,5 timmar, och att den korta perioden också var observerbar i de muterade flugornas eclosionsrytm. Clk kartlades tillräckligt nära per 01 -mutationen så att den kunde betraktas som en per allel, men på grund av förekomsten av normala uppvaktningssångrytmer hos Clk- hanar och bristen på täckning av dess effekter via duplikationer, bestämde Dushay och Konopka att Clock var en ny cirkadisk mutation.

Andante mutanter

med Randall F. Smith och Dominic Orr från Caltech, upptäckte Konopka en ny dygnsrytm mutant, vid namn Andante , 1990. I motsats till Clock förlänger Andante perioden av eclosion och rörelseaktivitet med 1,5–2 timmar, och var också visat sig förlänga perioderna för andra dygnsmutanter. Andante är en semi-dominant mutation, temperaturkompenserad och opåverkad av sinus oculis- mutationen, som eliminerar det yttre visuella systemet hos flugor. Den kartlades till 10E1-2 till 10F1-regionen av D. melanogaster X-kromosomen, nära det skymta miniatyrlokuset .

  1. ^   Rosbash, Michael (9 april 2015). "Ronald J. Konopka (1947–2015)" . Cell . 161 (2): 187–188. doi : 10.1016/j.cell.2015.03.038 . PMID 26042238 .
  2. ^   Denlinger, David L.; JM Giebultowicz; David Stanley Saunders (2001). Insekts timing: dygnsrytm till säsongsvariationer . Gulf Professional Publishing. sid. 17. ISBN 978-0-444-50608-5 . Hämtad 31 mars 2011 .
  3. ^ Greenspan, Ralph, (2003). "2003 Genetics Society of America Medal" Hämtad 13 april 2011.
  4. ^ Barondes, S (2000) En riktig pilsmed hittar sin Sinclair Lewis hämtad 13 april 2011.
  5. ^ Weiner, Jonathan. "Time, Love, Memory: A Great Biologist and His Quest for the Origins of Behavior" Alfred A. Knopf, Inc, 1999
  6. ^    Konopka, R.; Benzer, Seymour (1971). " Klockmutanter av Drosophila melanogaster" . Proc. Natl. Acad. Sci . 68 (9): 2112–6. Bibcode : 1971PNAS...68.2112K . doi : 10.1073/pnas.68.9.2112 . PMC 389363 . PMID 5002428 .
  7. ^ a b   Konopka, Ronald J (1987). "Genetik av biologiska rytmer i Drosophila". Annu. Rev. Genet . 21 : 227–236. doi : 10.1146/annurev.ge.21.120187.001303 . PMID 3327464 .
  8. ^    Ishida N, Kaneko M, Allada R (augusti 1999). "Biologiska klockor" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 96 (16): 8819–20. Bibcode : 1999PNAS...96.8819I . doi : 10.1073/pnas.96.16.8819 . PMC 33693 . PMID 10430850 .
  9. ^   Konopka, RJ; Wells (1980). "Drosophila klockmutationer påverkar morfologin hos en neurosekretorisk cellgrupp i hjärnan". Journal of Neurobiology . 11 (4): 411–415. doi : 10.1002/neu.480110407 . PMID 7400816 .
  10. ^ a b    Handler, A & Konopka, R (1979). "Transplantation av en circadian pacemaker i Drosophila ". Naturen . 279 (5710): 236–238. Bibcode : 1979 Natur.279..236H . doi : 10.1038/279236a0 . PMID 440433 . S2CID 4369719 .
  11. ^ a b    Konopka RJ, Pittendrigh C, Orr D (2007). "Ömsesidigt beteende associerat med förändrad homeostas och ljuskänslighet hos Drosophila klockmutanter". J. Neurogenet . 21 (4): 243–52. doi : 10.1080/01677060701695391 . PMID 18161586 . S2CID 25159075 .
  12. ^   Pittendrigh CS, Daan S (1976). "En funktionell analys av circadian pacemakers i nattliga gnagare V. Pacemaker struktur: en klocka för en säsong". J. Comp. Physiol . 106 : 333–55. doi : 10.1007/BF01417860 . S2CID 206794951 .
  13. ^ a b    Dushay MS, Konopka RJ, Orr D, Greenacre ML, Kyriacou CP, Rosbash M, Hall JC (1990). "Fenotypisk och genetisk analys av Clock , en ny dygnsrytmmutant i Drosophila melanogaster " . Genetik . 125 (3): 557–78. doi : 10.1093/genetics/125.3.557 . PMC 1204083 . PMID 2116357 .
  14. ^ a b c   Konopka RJ, Smith RF, Orr D (1991). "Karakterisering av Andante , en ny Drosophila -klockmutant, och dess interaktioner med andra klockmutanter". J. Neurogenet . 7 (2–3): 103–114. doi : 10.3109/01677069109066214 . PMID 2030465 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ronald_J._Konopka&oldid=1054495056 "