Ronald J. Konopka - Ronald J. Konopka

Ronald J. Konopka (1947-2015) war ein US-amerikanischer Genetiker, der Chronobiologie studierte . Seinen bemerkenswertesten Beitrag auf diesem Gebiet leistete er während seiner Arbeit mit Drosophila im Labor von Seymour Benzer am California Institute of Technology . Während dieser Arbeit entdeckte Konopka das period ( per )-Gen, das die Periode der zirkadianen Rhythmen steuert .

Akademische Karriere

Ron Konopka erhielt seinen Ph.D . in Biologie vom California Institute of Technology im Jahr 1972. Nach seiner Entdeckung der Periodenmutanten wurde Konopka 1975 eine Fakultätsposition am California Institute of Technology verliehen. Dort kritisierten Konopkas Kollegen seine Zurückhaltung, seine Arbeit über das Periodengen zu veröffentlichen , und Konopka wurde die Amtszeit verweigert . Nach seinem Aufenthalt am Caltech nahm Konopka eine Stelle an der Clarkson University an , wurde jedoch erneut verweigert und verließ anschließend den Bereich der Wissenschaft. Konopkas Karriere, verwoben mit der Arbeit seines Mentors Seymour Benzer und der anderen Wissenschaftler, die in Benzers Labor arbeiten, wird in Time, Love, Memory von Jonathan Weiner erzählt .

Konopkas Entdeckung und genetische Analyse der Periode und mehrerer anderer zirkadianer Rhythmusmutationen wurde zur Grundlage der Forschung von Drs. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young, die 2017 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielten.

Forschung

Zeitraum Mutanten

Entdeckung der Periode

Als Doktorand im Labor von Seymour Benzer versuchte Konopka, Benzers Methode der Verhaltensgenetik zu verwenden, um die Geheimnisse der "Meisteruhr" zu enträtseln, die in jedem Organismus existierte. Er verwendete Ethylmethansulfonat (EMS) , um Punktmutationen im Genom von Drosophila melanogaster zu induzieren , und isolierte schließlich drei Mutanten mit abnormalen Schlüpfrhythmen . Er ordnete die Mutationen an derselben Stelle ganz links auf dem X-Chromosom zu , weniger als 1 Centimorgan vom weißen Genort entfernt . Diese Mutationen waren alternative Allele eines Gens, das Konopka später als period bezeichnete . Während Wildtyp-Fliegen eine zirkadiane Periode von etwa 24 Stunden haben, stellte Konopka fest, dass die Per 01- Mutante arrhythmisch war, die Per S- Mutante eine Periode von 19 Stunden und die Per L eine Periode von 29 Stunden hatte.

Neurobiologie von Per- Mutanten

1979 und 1980 testeten Konopka und Dominic Orr , ob Mutationen in Per- Mutationen den gesamten zirkadianen Zyklus oder nur einen Teil davon beeinflussten. Durch Vergleich der Licht - Antworten des pro S gefunden eclosion Rhythmus der von Wildtyp - Fliegen, Konopka und Orr , dass die Lichtpulse des mutierten Takt in einem größeren Ausmaß als die Wildtyp - Takt zurückzusetzen (ca. 10 Stunden pro S im Vergleich zu 3 Stunden für Wild Typ fliegt). Sie beobachteten auch, dass die Dauer des lichtempfindlichen Teils des Tages (subjektiver Tag) zwischen Per S- und Wildtyp-Fliegen ähnlich war , die Dauer des lichtunempfindlichen Teils des Zyklus (subjektiver Tag) 5 betrug Stunden kürzer bei Mutantenfliegen als bei Wildtypfliegen. Sie kamen zu dem Schluss, dass Unterschiede in der Periodenlänge zwischen Mutanten- und Wildtyp-Fliegen durch eine Verkürzung des subjektiven Tages oder des aktiven Teils des zirkadianen Zyklus bei Per- S- Mutanten erklärt werden könnten . Daraus schloss Konopka, dass der subjektiven Nacht und dem subjektiven Tag separate molekulare Prozesse entsprechen und dass das Per- S- Allel durch Verkürzung des subjektiven Tages wirkt, während die subjektive Nacht unverändert bleibt. Basierend auf diesen Erkenntnissen konstruierten Konopka und Orr ein Modell für die Wirkung des Per- Gens. Die Schwingung wird als Membrangradient interpretiert, der sich während des subjektiven Tages einstellt und während der subjektiven Nacht abklingt. Das Modell sagt voraus, dass das Pro- Gen-Produkt während des subjektiven Tages aktiv ist und wie eine Pumpe funktioniert, um den Gradienten herzustellen. Sobald ein hoher Schwellenwert erreicht ist, schaltet die Pumpe ab und lichtempfindliche Kanäle öffnen sich, um den Gradienten abzuführen. Ein Lichtimpuls während der subjektiven Nacht schließt die Kanäle und startet die Pumpe; der Wert des Gradienten beim Schließen der Kanäle ist gleich dem Wert beim Anlaufen der Pumpe, so dass eine Rückstellung im Zyklus erzeugt wird und es zu einer Schwingung kommt. Dieses Modell wurde durch ein negatives Rückkopplungsmodell für die Transkription ersetzt, das Zeitlos , Uhr und Zyklus beinhaltet .

Ebenfalls 1980 berichteten Konopka und Steven Wells über eine Anomalie in der Morphologie einer neurosekretorischen Zellgruppe, die mit der arrhythmischen per 01- Mutation und mit 2 arrhythmischen Mutanten eines anderen Fliegenstamms, Drosophila pseudoobscura , assoziiert ist . Diese Zellgruppe besteht normalerweise aus vier gehäuften Zellen auf beiden Seiten des Gehirns, ungefähr auf halbem Weg zwischen dem oberen und unteren Rand im hinteren Bereich des Gehirns. Zellen in diesem Cluster sind gelegentlich anormal nahe dem oberen Rand und nicht in der Mitte des Gehirns bei einer Rate von etwa 17% der Zellen in Wildtyp- D. melanogaster lokalisiert . Die pro 01- Mutation erhöht den Prozentsatz der abnorm lokalisierten Zellen signifikant auf etwa 40%. Bei zwei aperiodischen Stämmen von D. pseudoobscura sind die Prozentsätze an abnorm lokalisierten Zellen gegenüber denen im Wildtyp ebenfalls signifikant erhöht. Konopka abgeleitet aus den Ergebnissen , die neurosekretorische Zellen können einen Teil des sein Drosophila zirkadianen Systems und dass pro Genprodukt kann die Entwicklung dieser Zellen beeinflussen.

Schrittmachersignalisierung

1979 arbeitete Konopka mit Alfred Handler zusammen , um die Natur der Schrittmachersignale zu entdecken, indem sie Gehirne von Spenderfliegen in den Unterleib arrhythmischer Wirtsfliegen transplantierten. Sie fanden heraus, dass zirkadiane Rhythmen in Wirtsfliegen mit der Periode des Spenders wiederhergestellt wurden; zum Beispiel könnten erwachsene Gehirne mit kurzer Periode ( pro S ), die in die Abdomen von arrhythmischen ( per 01 ) Wirten implantiert wurden, der Aktivität einiger Wirte für mindestens 4 Zyklen einen Rhythmus mit kurzer Periode verleihen. Da die transplantierten Gehirne nicht in der Lage waren, neue neuronale Verbindungen zu Bewegungszentren herzustellen, schlossen Konopka und Handler, dass Schrittmachersignale für die Fortbewegung humoral und nicht neuronal sein müssen.

Gegenseitiges Verhalten von Per- Mutanten

Während seines Studiums am Clarkson College setzte Konopka seine Arbeit mit Orr fort und arbeitete auch mit dem Chronobiologen Colin Pittendrigh zusammen . Während der Zusammenarbeit arbeitete Konopka daran, das Verhalten von Drosophila pro Mutanten über ihre abnorme Periodenlänge hinaus zu verstehen . Konopka interessierte sich vor allem dafür, wie sich diese Mutanten bei konstantem Licht oder konstanter Dunkelheit verhalten und ob sie den Regeln des Chronobiologen Jürgen Aschoff entsprechen . Darüber hinaus beobachtete Konopka auch das Verhalten der Fliegen bei unterschiedlichen Lichtintensitäten und über einen Temperaturbereich. Konopka fand heraus, dass die Per- S- und Per- L- Fliegen unter den experimentellen Bedingungen ein reziprokes Verhalten zeigten. Beispielsweise pro S- Periode verkürzt, während pro L- Periode als Reaktion auf sinkende Temperatur verlängert. Konopka stellte die Hypothese auf, dass dieses reziproke Verhalten eine Manifestation zweier gekoppelter Oszillatoren sei, ein Modell, das 1976 von Pittendrigh und Daan vorgeschlagen wurde.

Andere circadiane Mutanten

Clock - Mutanten

1990 arbeitete Konopka mit Mitchell S. Dushay und Jeffery C. Hall zusammen, um die Auswirkungen des Clock- Gens in D. melanogaster weiter zu untersuchen . Konopka hatte 1987 festgestellt, dass die Mutante Clock ( Clk ), die durch eine chemische Mutation induziert wurde, eine semidominante Mutation war, die den Rhythmus der Bewegungsaktivität bei Fliegen um etwa 1,5 Stunden verkürzte. Dushay, Konopka und Hall stellten fest, dass Clk- Mutanten eine von 24 Stunden auf 22,5 Stunden verkürzte Phasenreaktionskurve aufwiesen und dass die kurze Periode auch im Schlüpfrhythmus der mutierten Fliegen beobachtbar war. Clk wurde nahe genug an der Per 01- Mutation kartiert, so dass es als Per- Allel angesehen werden konnte, aber aufgrund des Vorhandenseins normaler Balzgesangsrhythmen bei Clk- Männchen und der fehlenden Abdeckung seiner Auswirkungen durch Duplikationen stellten Dushay und Konopka fest, dass Clock . war eine neuartige circadiane Mutation.

Andante- Mutanten

Durch die Zusammenarbeit mit Randall F. Smith und Dominic Orr von Caltech, entdeckte Konopka eine neue circadian Mutante, genannt Andante , im Jahr 1990. Im Gegensatz zu Clock , Andante den Zeitraum von Schlüpfen verlängert und die Bewegungsaktivität von 1,5-2 Stunden, und war auch verlängert die Perioden anderer zirkadianer Mutanten. Andante ist eine semi-dominante Mutation, temperaturkompensiert und unbeeinflusst von der Sinus-Oculis- Mutation, die das äußere visuelle System der Fliegen eliminiert. Es wurde der Region 10E1-2 bis 10F1 des D. melanogaster X-Chromosoms nahe dem miniatur-düsteren Locus zugeordnet.

Verweise

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Externe Links