Майкл Моррис Росбаш (родился 7 марта 1944 года) — американский генетик и хронобиолог . Росбаш — профессор и научный сотрудник Университета Брандейса [1] и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза . Исследовательская группа Росбаша клонировала ген периода дрозофилы в 1984 году и предложила петлю отрицательной обратной связи транскрипции-трансляции [2] для циркадных часов в 1990 году. В 1998 году они открыли ген цикла , ген часов и фоторецептор криптохрома у дрозофилы с помощью прямой генетики , сначала определив фенотип мутанта, а затем определив генетику, стоящую за мутацией. Росбаш был избран в Национальную академию наук в 2003 году. Вместе с Майклом У. Янгом и Джеффри К. Холлом он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 2017 года «за открытия молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм». [3] [4]
Майкл Росбаш родился в Канзас-Сити , штат Миссури. Его родители, Хильда и Альфред Росбаш, были еврейскими беженцами, покинувшими нацистскую Германию в 1938 году. [5] Его отец был кантором , что в иудаизме означает человека, который распевает церковные гимны. Семья Росбаша переехала в Бостон , когда ему было два года, и с тех пор он является ярым фанатом Red Sox .
Первоначально Росбаш интересовался математикой, но курс биологии в Калифорнийском технологическом институте (Caltech) и лето работы в лаборатории Нормана Дэвидсона направили его в сторону биологических исследований. Росбаш окончил Калифорнийский технологический институт в 1965 году, получив степень по химии, провел год в Институте физико-химической биологии в Париже по стипендии Фулбрайта и получил докторскую степень по биофизике в 1970 году в Массачусетском технологическом институте под руководством Шелдона Пенмана. Проведя три года в постдокторантуре по генетике в Эдинбургском университете , Росбаш присоединился к факультету Университета Брандейса в 1974 году.
Росбаш женат на коллеге-ученом Наде Абович, у него есть падчерица Паула и дочь Таня. [6]
Исследования Росбаша изначально были сосредоточены на метаболизме и обработке мРНК ; мРНК является молекулярной связью между ДНК и белком . После прибытия в Брандейс Росбаш сотрудничал с коллегой Джеффри Холлом [7] и исследовал генетическое влияние на циркадные ритмы внутренних биологических часов. Они использовали Drosophila melanogaster для изучения моделей активности и отдыха. В 1984 году Росбаш и Холл клонировали первый часовой ген Drosophila , period . После работы, проделанной постдокторантом Полом Хардином , по обнаружению того, что мРНК period и связанный с ней белок (PER) имели колеблющиеся уровни в течение циркадного цикла, в 1990 году они предложили модель петли отрицательной обратной связи транскрипции-трансляции (TTFL) в качестве основы циркадных часов . [8] Следуя этому предложению, они рассмотрели элементы, которые составляют другие части часов. В мае 1998 года Росбаш и др. нашли гомолог для Clock млекопитающих, который выполнял ту же функцию активации транскрипции per и tim , которую они стали называть dClock. [9] Также в мае 1998 года Росбаш и др. открыли у дрозофилы ген clock cycle, гомолог гена bmal1 млекопитающих. [10] В ноябре 1998 года Росбаш и др. открыли мутант cry b Drosophila , что привело к выводу, что белок криптохром участвует в циркадной фоторецепции. [11]
Росбаш начал изучать процессинг мРНК, будучи аспирантом Массачусетского технологического института . Его работа с Saccharomyces cerevisiae выявила ферменты, белки и субклеточные органеллы и их конвергенцию на мРНК в определенном порядке для перевода мРНК в белки. Ошибки в этом процессе были связаны с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера , поэтому эта работа имеет важное значение для лучшего понимания и лечения заболеваний. [12]
В 1990 году Росбаш, Холл и Хардин открыли роль гена периода (per) в циркадном осцилляторе дрозофилы . Они обнаружили, что уровни белка PER колеблются в циклах свет-темнота, и эти колебания сохраняются в постоянной темноте. Аналогично, обилие мРНК per также имеет ритмическую экспрессию, которая увлекает за собой циклы свет-темнота. В голове мухи уровни мРНК per колеблются как в 12-часовом световом, так и в 12-часовом темном циклах, а также в постоянной темноте. Уровни мРНК Per достигают пика в начале субъективной ночи, за которым следует пик уровней белка PER примерно через 6 часов. Мутировавшие гены per влияют на цикличность мРНК per. На основании этих экспериментальных данных Росбаш, Холл и Хардин выдвинули гипотезу, что белок PER участвует в отрицательной обратной связи [ 2] , которая контролирует уровни мРНК per, и что эта обратная связь транскрипции-трансляции является центральной особенностью циркадных часов дрозофилы . [8]
Они также рассмотрели две другие мутации одиночного миссенс- периода, per S и per L1 . Эти мутации приводят к тому, что пик вечерней активности наступает раньше и позже, соответственно, по сравнению с мухами per + дикого типа. Они обнаружили, что уровни РНК для per S и per L1 также демонстрируют четкую ритмичность. Как и локомоторная активность, пиковая экспрессия смещена раньше для per S и позже для per L1 . [8]
Они трансформировали мух с нулевой мутацией периода 0 с помощью 7,2-кб фрагмента функциональной per ДНК и измерили уровни per мРНК в локусе per 0 и новом локусе. После трансформации уровни per мРНК были ритмичными как в исходном, так и в новом локусе. Локус per 0 был способен транскрибировать нормальную per мРНК и транслировать нормальный белок PER, что означает, что ритмичность была спасена функциональным белком PER, транскрибированным и транслированным с 7,2-кб фрагмента per ДНК. В игре присутствует петля обратной связи, в которой циклирование уровней белка PER в новом локусе возвращает обратную связь, диктуя циклирование уровней per мРНК в исходном локусе per 0. [8] В 1992 году Росбаш снова сотрудничал с Джеффри Холлом и Полом Хардином, чтобы более подробно изучить механизмы TTFL. Они конкретно интересовались регуляцией колебаний уровня period мРНК и обнаружили, что уровни per мРНК регулируются транскрипционно. Это было поддержано доказательствами того, что per precursor RNA циклы с той же фазой, что и зрелые транскрипты, и колеблются относительно Zeitgeber Time (ZT). Другим доказательством транскрипционной регуляции является то, что per gene promoter достаточно, чтобы придать цикл гетерологичной мРНК. [13]
Группа Ахилеша Редди показала, используя ряд беспристрастных методов -омики (РНК-секвенирование, протеомика, метаболомика), что клетки Drosophila S2 демонстрируют циркадные молекулярные ритмы. [14] Эти клетки не экспрессируют известные «часовые гены», включая per и tim . [14] [15] [16] Введение белков PER и TIM в клетки не вызывает ритмичности этих клеток, как считывается по избытку или фосфорилированию белков PER и TIM. [16] [17] Таким образом, до сих пор эти клетки считались «безчасовыми» в области изучения мух. [17] [16] Эти результаты подтверждают вышеизложенную работу, демонстрирующую, что модель TTFL часового механизма мух не может объяснить генерацию циркадных ритмов. [14]
Вероятный гомолог ранее открытого мышиного гена Clock был идентифицирован Росбашем и соавторами путем клонирования гена Drosophila, определяемого мутацией Jrk . Этот ген получил название Drosophila Clock. Было показано, что dClock напрямую взаимодействует с E-боксами per и tim и вносит вклад в циркадную транскрипцию этих генов. Мутация Jrk нарушает цикличность транскрипции per и tim. Она также приводит к полностью аритмическому поведению в постоянной темноте для гомозиготных мутантов, и около половины демонстрируют аритмичное поведение у гетерозигот. Гомозиготы Jrk экспрессируют низкие, нециклические уровни мРНК per и tim, а также белков PER и TIM. Из этого был сделан вывод, что поведенческая аритмичность в Jrk была вызвана дефектом транскрипции per и tim. Это указывает на то, что dClock участвует в транскрипционной активации per и tim. [9]
В 1998 году Росбаш и др. открыли новый цикл гена часов , гомолог гена млекопитающих Bmal1 . Гомозиготные мутанты цикла 0 аритмичны в локомоторной активности, а гетерозиготные мухи цикла 0 /+ имеют устойчивые ритмы с измененным периодом ритмичности. Анализ вестерн-блоттинга показывает, что гомозиготные мутанты цикла 0 имеют очень мало белков PER и TIM , а также низкие уровни мРНК per и tim. Это указывает на то, что отсутствие цикла приводит к снижению транскрипции генов per и tim. Мейотическое картирование поместило cyc на третью хромосому. Они обнаружили домены bHLH-PAS в cyc, что указывает на функции связывания белка и связывания ДНК. [10]
В 1998 году Росбаш и др. обнаружили мутанта Drosophila , демонстрирующего плоские, неколеблющиеся уровни per и tim мРНК из-за нулевой мутации в гене криптохрома . Эта мутация была названа cry baby , или cry b . Неспособность мутантов cry b синхронизироваться с циклами свет-темнота указывает на то, что нормальная функция криптохрома включает циркадную фоторецепцию . [11]
У Drosophila было показано, что некоторые боковые нейроны (LN) важны для циркадных ритмов, включая дорсальные (LN d ) и вентральные (LN V ) нейроны. Нейроны LN V экспрессируют PDF (фактор дисперсии пигмента), который изначально предполагался как выходной сигнал часов. Мутанты по гену нейропептида pdf (pdf 01 ), а также мухи, селективно удаленные по LN V , давали схожие поведенческие реакции. Оба подстраивались под внешние световые сигналы, но были в значительной степени аритмичны в постоянных условиях. Некоторые мухи в каждом случае демонстрировали слабую свободно текущую ритмичность. Эти результаты привели исследователей к мысли, что нейроны LN V были критическими нейронами-задатчиками циркадного ритма, а PDF был основным циркадным передатчиком. [18]
В последние годы Росбаш работал над мозговыми нейронными аспектами циркадных ритмов. Было идентифицировано семь анатомически различных нейронных групп, которые все экспрессируют основные часовые гены. Однако мРНК, по-видимому, экспрессируются циркадным и нейронно-специфическим образом, поэтому его лаборатория заинтересовалась определением того, обеспечивает ли это связь с различными функциями определенных нейронных групп. Он также исследовал влияние света на определенные нейронные группы и обнаружил, что одна подгруппа светочувствительна к включенному свету (рассвет), а другая светочувствительна к выключенному свету (сумерки). Было показано, что утренние клетки способствуют возбуждению, в то время как вечерние клетки способствуют сну. [19]
Сегодня Росбаш продолжает исследовать обработку мРНК и генетические механизмы, лежащие в основе циркадных ритмов. Он также опубликовал забавное размышление о своей жизни в науке. [20]