Дуглас Дж. МакМахон
Дуглас Дж. МакМахон | |
---|---|
![]() | |
Рожденный | |
Национальность | Американский |
Альма-матер | Университет Вирджинии Гарвардский университет |
Научная карьера | |
Поля | Биология , Нейробиология |
Учреждения | Университет Вирджинии |
Дуглас Г. МакМахон — профессор биологических наук и фармакологии в Университете Вандербильта . [ 1 ] МакМахон сделал несколько важных открытий в области хронобиологии и зрения. Его исследования направлены на то, чтобы связать анатомическое расположение мозга с конкретным поведением. Будучи аспирантом в области генного блока , МакМахон обнаружил, что базальные нейроны сетчатки (BRN) глаза моллюска демонстрируют циркадные ритмы по частоте спайков и мембранному потенциалу, что указывает на то, что они являются часовыми нейронами. За свою работу он стал лауреатом Общества нейронаук премии Дональда Б. Линдсли в области поведенческой нейронауки в 1986 году . Позже он перешел к исследованию визуальных, циркадных и серотонинергических механизмов нейропластичности . Кроме того, он помог обнаружить, что постоянный свет может десинхронизировать циркадные клетки супрахиазматического ядра (SCN). [ 2 ] Его всегда интересовали основные причины поведения и изучение долгосрочных изменений в поведении и физиологии нейрологической модульной системы. МакМахон помог идентифицировать ретроградную систему нейротрансмиссии в сетчатке, включающую меланопсин- содержащие ганглиозные клетки и дофаминергические амакриновые нейроны сетчатки. [ 3 ]
Биография
[ редактировать ]Образование
[ редактировать ]МакМахон получил степень бакалавра гуманитарных наук в области биологии в Университете Вирджинии в 1980 году. Сразу после окончания учебы МакМахон получил докторскую степень. Программа по биологии в Северо-Западном университете . Однако в 1981 году МакМахон вернулся в Университет Вирджинии, где защитил докторскую диссертацию. по биологии под руководством Джина Д. Блока . Именно в это время МакМахон обнаружил, что базальные нейроны сетчатки глаза моллюска являются часовыми нейронами. С 1986 по 1990 год МакМэхон вел свою постдокторскую работу по нейробиологии в Гарвардском университете вместе с Джоном Э. Даулингом . [ 4 ]
Научные достижения
[ редактировать ]Нейрональные циркадные кардиостимуляторы
[ редактировать ]Работа МакМэхона над моллюсками с использованием Gene Block привела к лучшему пониманию ежедневной активности колеблющихся клеток-водителей ритма. [ 5 ] До этого открытия идентичность типов нейронов, участвующих в сетях сетчатки, была в значительной степени известна, но конкретная физиологическая роль выявленных морфологических структур была плохо изучена. [ 6 ] В 2011 году МакМахон и Блок обнаружили, что нейроны сетчатки моллюсков активны днем и неактивны ночью. Электростимуляция на тканевом уровне нейронов сетчатки в течение суток не влияла на организм. Однако электростимуляция в ночное время вызывала фазовый сдвиг в организме. Поскольку стимуляция приводила к фазовому сдвигу, результаты показали, что сетчатка содержит биологические часы. МакМахон и Блок разработали модель, объясняющую эти явления: свет в течение дня не оказывает особого влияния на активность нейронов, поскольку они уже активны. С другой стороны, свет ночью, когда эти нейроны неактивны, стимулирует их и заставляет активировать потенциалы действия . Изменение электрической активности проявляется как фазовый сдвиг внутри организма. [ 5 ] Дальнейшие исследования привели их к выводу, что фазовый сдвиг является кальций-зависимым процессом. Они обнаружили, что снижение внеклеточного уровня кальция фактически предотвращает фазовый сдвиг организма в ответ на свет, не влияя при этом на реакцию нейронов на свет. [ 7 ] Примерно в то же время, пока Блок и МакМахон проводили этот эксперимент, другие ученые открыли, как клонировать ген периода , что ознаменовало захватывающее время в молодой области хронобиологии.

Исследование сетчатки
[ редактировать ]МакМахон внес вклад в понимание нейрофизиологии сетчатки вместе со своим постдокторским наставником Джоном Э. Даулингом . Его ранние исследования были сосредоточены на ионных каналах , которые опосредуют передачу в электрических и глутаматергических синапсах, а также на модуляторном влиянии дофамина и оксида азота на синаптические сети сетчатки. [ 9 ] В ходе исследований на рыбках данио он обнаружил, что нейромедиатор дофамин уменьшает электрическую связь внутри горизонтальных клеток . [ 10 ] Дальнейшие исследования показали, что именно увеличение цАМФ внутри клетки в результате связывания дофамина с рецептором AMPA привело к снижению сцепления. [ 10 ] МакМахон и его коллеги также продемонстрировали, что экзогенный оксид азота и цинк могут модулировать синаптическую передачу, опосредованную рецептором AMPA, в щелевых соединениях в гибридных нейронах сетчатки баса. [ 9 ]
Изоляция BRN
[ редактировать ]Работа, которая принесла МакМахону премию Дональда Б. Линдси для кандидатов наук, включала обнаружение и выделение определенных областей глаза, которые обладают циркадными ритмами у Bulla gouldiana . Под руководством Gene Block МакМахон записал данные на базальных нейронах сетчатки (BRN), однородной группе нейронов диаметром 15–25 мкм, глаза улитки, и обнаружил, что они могут переключаться на циклы света/темноты и даже колебаться. в постоянной темноте с постоянным внутренним периодом. [ 11 ] Позже было показано, что BRN участвует в циклах света и темноты и контролирует физиологические и поведенческие колебания внутри всего организма. [ 12 ] МакМахон и Блок обнаружили увеличение частоты импульсов и деполяризацию BRN в течение дня, а ночью – наоборот. [ 12 ] Кроме того, было показано, что электрическая активность между потенциалами действия в зрительном нерве и возбуждением BRN имеет корреляцию 1:1. [ 13 ] В 1984 году МакМахон также продемонстрировал, что хирургическое удаление слоя фоторецепторов не смогло нарушить циркадный ритм в глазу Буллы , в то время как удаление BRN отменило циркадный ритм. Его открытие о том, что фрагмент сетчатки Bulla , содержащий всего шесть неповрежденных сомат BRN, достаточен для циркадного ритмогенеза, еще раз подтвердило, что BRN являются циркадными водителями ритма. [ 11 ] [ 12 ] Более поздняя работа доктора Стефана Мишеля с использованием хирургического редукционистского подхода предоставила дополнительные доказательства того, что изолированные BRN способны к циркадным колебаниям своей проводимости. [ 14 ]
Недавние исследования
[ редактировать ]Лаборатория МакМахона в настоящее время занимается тремя областями исследований: роль дофамина в зрительных функциях и физиологии сетчатки, связи между молекулярными, внутриклеточными, электрическими и поведенческими ритмами в биологических часах мозга и то, как перинатальный фотопериод влияет на серотонинергическую систему и тревожность. депрессивное поведение. [ 15 ] Вместе с Дао-Ци Чжаном лаборатория внесла значительный вклад в понимание адаптации нейронной сети сетчатки дофаминергическими амакриновыми нейронами (DA-нейронами), выявив ретроградный путь нейротрансмиссии в сетчатке, в частности с участием меланопсин содержащих ганглиозных клеток, . Лаборатория МакМэхона разработала мышиные модели, которые позволяют in situ осуществлять электрофизиологическую запись нейронов DA. [ 3 ]
В начале 2015 года МакМахон и его аспиранты Джефф Джонс и Майкл Такенберг обнаружили, что циркадные ритмы у мышей могут быть смещены искусственным стимулом к супрахиазматическому ядру (SCN) с помощью лазера и оптического волокна. [ 16 ] Используя оптогенетику , исследователи Вандербильта смогли изменить частоту возбуждения нейронов в СХЯ так, чтобы их возбуждение напоминало нормальный уровень дневной и ночной активности. Впоследствии изменение частоты возбуждения нейронов SCN сбрасывало биологические часы мышей. До этого эксперимента считалось, что скорострельность является исключительно результатом SCN. Однако результаты этого эксперимента показывают, что скорострельность — это более сложный механизм, который еще предстоит полностью понять. Хотя методы оптогенетической стимуляции, подобные той, которую использовал МакМахон, еще не готовы к прямому использованию на людях, они потенциально могут быть использованы для лечения сезонного аффективного расстройства , уменьшения неблагоприятных последствий для здоровья работы в ночную смену и даже облегчения симптомов смены часовых поясов . [ 16 ]
В 2014 году МакМахон вместе с Чадом Джексоном, Меган Капоцци и Хенг Даем обнаружили, что у мышей, подвергшихся воздействию коротких, похожих на зиму, световых циклов, наблюдался стойкий дефицит фотопических световых реакций сетчатки и зрительной контрастной чувствительности. Кроме того, уровни дофамина были значительно ниже у мышей с коротким фотопериодом. Эти результаты показывают, что сезонные световые циклы, возникающие во время развития и созревания сетчатки, оказывают длительное влияние на сетчатку и зрительные функции, вероятно, за счет программирования дофамина в сетчатке. [ 17 ]
Процедурные вклады
[ редактировать ]В лаборатории МакМахона были созданы трансгенные мыши Per1::GFP, у которых разлагаемая форма рекомбинантного репортера GFP медузы управляется промотором гена Per1 мыши. Интенсивность флуоресценции GFP, обусловленная mPer1, свидетельствует о световой индукции и циркадной ритмичности в нервных структурах СХЯ. Трансгенная мышь Per1::GFP позволяет одновременно проводить количественную оценку состояния молекулярных часов и частоты срабатывания нейронов SCN. Таким образом, этот циркадный репортерный трансген отображает динамику экспрессии генов нейронов биологических часов, давая новый взгляд на эту функцию мозга. [ 18 ]
Почести и награды
[ редактировать ]- 1980: Степень бакалавра гуманитарных наук с отличием, Университет Вирджинии.
- 1985: Стипендия Гватми, Общество стипендиатов, Университет Вирджинии.
- 1986: Премия Эндрю Флеминга за диссертационные исследования, факультет биологии, Университет Вирджинии.
- 1986: Премия Дональда Б. Линдсли в области поведенческой нейронауки, Общество нейробиологии.
- 1996: Университета Кентукки за исследования Премия медицинского колледжа
- 2000: Профессор-исследователь Университета Кентукки.
- 2000: научный сотрудник Чарльза Ветингтона из Университета Кентукки.
- 2007: Следователь NIMH Сильвио О. Конте
- 2008: Премия канцлера за исследования, Университет Вандербильта. [ 4 ]
Позиции
[ редактировать ]МакМахон занимал несколько должностей в академических кругах:
- 1981–1986: научный сотрудник, факультет биологии, Университет Вирджинии.
- 1986–1990: научный сотрудник кафедры клеточной биологии и биологии развития Гарвардского университета.
- 1987: Научный сотрудник по траве, Морская биологическая лаборатория, Вудс-Хоул, Массачусетс.
- 1990–1996: доцент кафедры физиологии Университета Кентукки.
- 1996–2001: доцент кафедры физиологии Университета Кентукки.
- Университета Кентукки 2001–2002: Директор Гранта институционального обучения НИЗ «Клеточная и молекулярная нейронаука сенсорных систем».
- 2001–2002: Дональд Т. Фрейзер, профессор кафедры физиологии Университета Кентукки.
- 2002 – настоящее время: профессор кафедры биологических наук Университета Вандербильта.
- 2005–2008: директор аспирантуры факультета биологических наук Университета Вандербильта.
- 2008 – настоящее время: профессор кафедры фармакологии Университета Вандербильта.
- 2009–2014: директор аспирантуры программы нейронаук , Медицинский центр Университета Вандербильта. [ 4 ]
- 2011–2014: заместитель директора по образованию и обучению, Институт мозга Вандербильта.
- 2014 – настоящее время: Стивенсон, профессор биологических наук, Университет Вандербильта.
- 2014 – настоящее время: заведующий кафедрой биологических наук Вандербильта.
Принадлежности
[ редактировать ]МакМахон также был членом многих научных сообществ. Самые последние перечислены ниже.
- 2000–2002: Председатель 3-го исследовательского отдела интегративной функциональной и клеточной нейронауки НИЗ.
- 2004–2007: специальный рецензент, отдел исследования BDPE Национального института здравоохранения.
- 2007: Председатель специальной группы IFCN-C, НИЗ.
- 2008: Специальный рецензент, исследовательский отдел NIH ICP1. [ 4 ]
- 2011: Специальный рецензент, Секция исследования BDPE Национального института здравоохранения.
- 2012: Консультант NIMH RDoC.
- 2012: Специальный рецензент, исследовательский отдел NIH NPDR.
- 2012: Специальный рецензент, Группа по обзору стипендий NIH F02B.
См. также
[ редактировать ]- циркадный ритм
- Джин Д. Блок
- хронобиология
- Общество неврологии
- Университет Вандербильта
- Джон Э. Даулинг
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Дуглас Дж. МакМахон, доктор философии». vanderbilt.edu .
- ^ Лю, AC; Валлийский, Дания; Ко, CH; Тран, Х.Г.; Чжан, Э.Э.; Священник, А.А.; Бур, Эд; Сингер, О; Микер, К; Верма, И.М.; Дойл, Ф.Дж., третий; Такахаши, Дж. С.; Кей, SA (2007). «Межклеточная связь обеспечивает устойчивость к мутациям в сети циркадных часов SCN» . Клетка . 129 (3): 605–616. дои : 10.1016/j.cell.2007.02.047 . ПМЦ 3749832 . ПМИД 17482552 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Чжан, Дао-Ци; Вонг, Квун Ю.; Солларс, Патрисия Дж.; Берсон, Дэвид М.; Пикард, Гэри Э.; МакМахон, генеральный директор (2008). «Интраретинальная передача сигналов фоторецепторами ганглиозных клеток к дофаминергическим амакриновым нейронам» . Труды Национальной академии наук . 105 (37): 14181–14186. Бибкод : 2008PNAS..10514181Z . дои : 10.1073/pnas.0803893105 . ПМК 2544598 . ПМИД 18779590 .
- ^ Jump up to: а б с д «Биографический очерк МакМэхона» (PDF) . Vkc.mc.vanderbilt.edu . Проверено 8 апреля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Колвелл, CS (2011). «Связь нейронной активности и молекулярных колебаний в СХЯ» . Обзоры природы Неврология . 12 (10): 553–569. дои : 10.1038/nrn3086 . ПМЦ 4356239 . ПМИД 21886186 .
- ^ Тозини, Джанлука; Поздеев, Никита; Сакамото, Кацухико; Ювоне, П. Майкл (2008). «Система циркадных часов в сетчатке млекопитающих» . Биоэссе 30 (7): 624–633. дои : 10.1002/бис.20777 . ПМК 2505342 . ПМИД 18536031 .
- ^ Лундквист, Габриэлла Б.; Квак, Ёнхо; Дэвис, Эрин К.; Тей, Хадзиме; Блок, Джин Д. (17 августа 2005 г.). «Поток кальция необходим для генерации циркадного ритма в нейронах кардиостимулятора млекопитающих» . Журнал неврологии . 25 (33): 7682–7686. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2211-05.2005 . ISSN 0270-6474 . ПМЦ 6725395 . ПМИД 16107654 .
- ^ Джеклет, Джон В. (1985). «Нейробиология генераторов циркадных ритмов». Тенденции в нейронауках . 8 : 69–73. дои : 10.1016/0166-2236(85)90029-3 . S2CID 53192143 .
- ^ Jump up to: а б Колб, Хельга; Риппс, Харрис; Ву, Сэмюэл (2004). Концепции и проблемы биологии сетчатки . Elsevier Science BV, стр. 419–436 . ISBN 978-0444514844 .
- ^ Jump up to: а б Болдридж, Уильям Х.; Вэни, Дэвид И.; Вейлер, Рето (1998). «Модуляция межклеточного взаимодействия в сетчатке». Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 9 (3): 311–318. дои : 10.1006/scdb.1998.0235 . ПМИД 9665867 .
- ^ Jump up to: а б Блюменталь, Эдвард М.; Блок, Джин Д.; Эскин, Арнольд (30 сентября 2001 г.). «Глава 14: Клеточный и молекулярный анализ моллюсков-циркадных кардиостимуляторов». В Такахаши, Джозеф С.; Турек, Фред В.; Мур, Роберт Ю. (ред.). Циркадные часы . Springer Science & Business Media. стр. 371–400. ISBN 978-1-4615-1201-1 .
- ^ Jump up to: а б с Херцог, Эрик Д. (октябрь 2007 г.). «Нейроны и сети в суточных ритмах». Обзоры природы Неврология . 8 (10): 790–802. дои : 10.1038/nrn2215 . ISSN 1471-003X . ПМИД 17882255 . S2CID 33687097 .
- ^ Аронсон, Б. (1993). «Циркадные ритмы» (PDF) . Обзоры исследований мозга . 18 (3): 315–333. дои : 10.1016/0165-0173(93)90015-R . hdl : 2027.42/60639 . ПМИД 8401597 . S2CID 20418410 .
- ^ Мишель, С.; Гойш, Мэн; Зарицкий, Джей-Джей; Блок, Грузия (8 января 1993 г.). «Циркадный ритм мембранной проводимости, выраженный в изолированных нейронах» . Наука . 259 (5092): 239–241. Бибкод : 1993Sci...259..239M . дои : 10.1126/science.8421785 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 8421785 . Проверено 23 апреля 2015 г.
- ^ "Макмахонлаб" . Mcmahonlab.wix.com . Проверено 8 апреля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Дэвид Солсбери (2 февраля 2015 г.). «Обнаружена новая кнопка «перезагрузки» для циркадных часов | Новости исследований @ Вандербильт | Университет Вандербильта» . News.vanderbilt.edu . Проверено 8 апреля 2015 г.
- ^ Джексон, ЧР; Капоцци, М; Дай, Х; МакМахон, генеральный директор (2014). «Циркадный перинатальный фотопериод оказывает стойкое воздействие на дофамин сетчатки и зрительную функцию» . Журнал неврологии . 34 (13): 4627–4633. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4887-13.2014 . ПМЦ 3965786 . ПМИД 24672008 .
- ^ Кульман, С.Дж.; Кинтеро, Дж. Э.; МакМахон, генеральный директор (2000). «Флуоресценция GFP сообщает о регуляции циркадных генов периода 1 в биологических часах млекопитающих». НейроОтчет . 11 (7): 1479–1482. дои : 10.1097/00001756-200005150-00024 . ПМИД 10841361 . S2CID 2843191 .