Александр Варшавский

Варшавский (в 2007 г.)

Александр Варшавский ( русский : Александр Яковлевич Варшавский; родился в 1946 году в Москве ) — российско-американский биохимик и генетик . Он работает в Калифорнийском технологическом институте (Калтех) профессором биологии Моргана. Варшавский покинул Россию в 1977 году, эмигрировав в США .

Его лаборатория, сначала в Массачусетском технологическом институте , а затем в Калифорнийском технологическом институте, в 1980-х годах обнаружила первые сигналы деградации ( дегроны ) в короткоживущих белках и биологические основы убиквитиновой системы. Его текущие исследования по-прежнему сосредоточены на системе убиквитина и путях N-дегрона.

Образование и назначения

Варшавский получил степень бакалавра Московского университета (Россия) (1970) и доктора философии. из Института молекулярной биологии, Москва, Россия (1973). С 1973 по 1977 год он работал младшим научным сотрудником в Московском институте молекулярной биологии, а затем стал преподавателем Массачусетского технологического института, Кембридж, Массачусетс, США (1977-1991). С 1992 по 2016 год он работал профессором клеточной биологии Говарда Смитса на факультете биологии и биологической инженерии Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене, Калифорния. С 2017 года он является профессором биологии Томаса Ханта Моргана в Калифорнийском технологическом институте.

Почетное

Варшавский — член Американской академии искусств и наук (1987), член Национальной академии наук США (1995), член Американской академии микробиологии (2000), член Американского философского общества (2001). ), член Американской ассоциации содействия развитию науки (2002 г.), иностранный член Европейской организации молекулярной биологии (2001 г.) и иностранный член Европейской академии наук (Academia Europaea) (2005 г.).

Награды

Варшавский получил Премию за заслуги перед Национальными институтами здравоохранения (1998 г.), премию Новартис-Дрю в области биомедицинских наук (1998 г.), Международную премию Гэрднера (Канада, 1999 г.), премию Слоана в области исследований рака (2000 г.), премию Альберта Ласкера. Премия в области фундаментальных медицинских исследований (2000 г.), премия Шубица в области исследований рака (2000 г.), премия Хоппе-Зейлера (Германия, 2000 г.), премия Пасарова в области исследований рака (2001 г.), премия Вольфа в области медицины (Израиль, 2001 г.). , Премия Макса Планка (Германия, 2001 г.), Премия Массри (2001 г.), Премия Мерка (2001 г.), Премия Хорвица (2002 г.), Медаль Вильсона (2004 г.), Премия Штейна и Мура (2005 г.), Мартовская премия премии Даймса в области биологии развития (2006 г.), премии Гриффуэля в области исследований рака (Франция, 2006 г.), премии Ганья и Ван Хека (Бельгия, 2006 г.), премии Вайнштейна в области исследований рака (2007 г.), медали Шлейдена (Германия, 2007 г.), премия Готэма в области исследований рака (2008 г.), премия Вилчека в области биомедицинских наук (2010 г.), премия BBVA в области биомедицины (Испания, 2001 г.), премия Отто Варбурга (Германия, 2012 г.), премия короля Фейсала в области науки (Саудовская Аравия, 2012 г.), Премия за прорыв в науках о жизни (2014 г.), Премия Олбани в области медицины (2014 г.), Большая медаль Французской академии наук (Франция, 2016 г.), Премия Виланда (Германия, 2017 г.), Медаль IUBMB Международного союза биохимии и молекулярной биологии (2019 г.), Дебреценская премия в области молекулярной медицины (Венгрия, 2022 г.), Премия Надежды в области фундаментальной науки (2023 г.) и Премия Хогга в области исследований рака (2023 г.).

убиквитина

В 1986 году лаборатория Варшавского обнаружила и проанализировала первые сигналы деградации (дегроны) короткоживущих белков. «Дегрон», ставший теперь стандартным термином, был введен Варшавским в 1991 году. В 1984-1990 годах лаборатория Варшавского открыла биологические основы убиквитиновой системы. Область убиквитина и регулируемой деградации белков была создана в 1980-х годах благодаря дополнительным открытиям, сделанным в течение 1978-1990 годов, которые выявили три набора ранее неизвестных фактов . Первая совокупность этих фактов (пункт 1 ниже) была обнаружена лабораторией А. Гершко в Технионе (Хайфа, Израиль) (см. ).Два других набора (пункты 2 и 3 ниже) были обнаружены в лаборатории Варшавского, затем в Массачусетском технологическом институте (Кембридж, Массачусетс).

(1) А. Чехановер и А. Хершко продемонстрировали, что убиквитин, белок из 76 остатков, ковалентно конъюгирован с другими белками в клеточных экстрактах, новая модификация белка, участвующая в АТФ-зависимой деградации белка в экстрактах ретикулоцитов млекопитающих (обзор: исх. ).Убиквитилирование тестируемого белка в экстракте ретикулоцитов привело к тому, что он стал недолговечным в экстракте. Хершко, Чехановер, Роуз и их коллеги также обнаружили, что конъюгация убиквитина с белком опосредуется каскадом ферментов, названных E1, E2 и E3. Эти исследования проводились с использованием бесклеточных (in vitro) экстрактов и выделенных ферментов E1-E3. В то время, в начале 1980-х годов, физиологическое значение убиквитиновой системы и ее специфические биологические функции оставались неизвестными.

(2) В 1986 году в лаборатории Варшавского было показано, что in vivo селективность убиквитилирования (конъюгации убиквитин-белок) определяется сигналами деградации (дегронами) в клеточных белках. N-концевые дегроны, называемые N-дегронами, были первыми обнаруженными сигналами деградации. Убиквитин-зависимые протеолитические системы, избирательно разрушающие белки, несущие N-дегроны, называются путями N-дегрона. До 2019 года эти системы назывались путями правил N-конца.

(3) В 1984-1990 годах лаборатория Варшавского обнаружила, что убиквитилирование имеет чрезвычайно широкие биологические функции, в значительной степени за счет контроля уровней клеточных белков in vivo. Варшавский и его коллеги продемонстрировали в 1984 году, что большая часть деградации белков в живых клетках требует убиквитилирования. Вскоре после этого они определили первые специфические биологические функции убиквитилирования, включая репарацию ДНК (1987 г.), цикл деления клеток (1988 г.), реакции на стресс (1987 г.), синтез белка (1989 г.) и регуляцию транскрипции (1990 г.). Кроме того, лаборатория Варшавского идентифицировала репрессор транскрипции MATalpha2 как первый физиологический субстрат убиквитиновой системы (в 1990 г.), клонировала первые гены, кодирующие предшественники убиквитина (в 1984-1989 гг.), идентифицировала первые убиквитин-конъюгирующие (Е2) ферменты с специфические биологические функции (в 1987-1988 гг.), открыл непротеолитическую функцию убиквитина (его активность в качестве котрансляционного шаперона) (в 1989 г.), клонировал первые деубиквитилирующие ферменты, названные UBP1-UBP3, и клонировал первую специфическую убиквитинлигазу E3, названную УБР1 (1990 г.). Последнее достижение открыло особенно большое поле деятельности, поскольку более поздние исследования показали, что геном человека кодирует более 600 различных убиквитинлигаз E3. Это множество E3 лежит в основе огромного функционального диапазона убиквитиновой системы. Кроме того, в 1989 г. лаборатория Варшавского обнаружила первые специфические полиубиквитиновые цепи, связанные с субстратом, а в 1990 г. продемонстрировала субъединичную селективность деградации олигомерных белков убиквитиновой системой (ссылки и ссылки в нем).

В целом, дополнительные открытия, сделанные лабораториями Гершко и Варшавского в 1980-х годах (пункты 1-3 выше), привели к современной парадигме центральной важности деградации белков для регуляции большинства белков in vivo, наравне с контролем с помощью транскрипция и перевод. Учитывая исключительно широкий функциональный диапазон убиквитиновой системы и многочисленные способы, которыми убиквитин-зависимые процессы могут нарушаться при заболеваниях, от рака и нейродегенеративных синдромов до дефектов иммунитета и других заболеваний, включая врожденные дефекты, это приводит к изменению нашего понимания биологических цепей. имеет большое значение для медицины.

Варшавский и его коллеги продолжили исследования системы убиквитина в последующие десятилетия (с 1990 года по настоящее время), сосредоточив внимание на путях N-дегрона. Широкие функции этих путей включают селективное разрушение неправильно свернутых белков, распознавание специфических соединений, таких как кислород, гем, короткие пептиды и оксид азота, регуляцию транскрипции, репликации, репарации ДНК и сплоченности/расщепления хромосом, контроль транспорта пептидов, мейоза, шаперонов, белков цитоскелета, глюконеогенеза, аутофагии, апоптоза, адаптивного и врожденного иммунитета, развития сердечно-сосудистой системы, нейрогенеза, сперматогенеза и циркадных ритмов; разнообразные проявления заболеваний человека, таких как рак, нейродегенерация и нарушения иммунитета; разнообразие ролей у бактерий; и многие функции растений, включая прорастание семян и определение кислорода/NO (ссылки и ссылки в нем).

Вклад за пределами области убиквитина

1. Открытие в 1978-1979 годах первых обедненных нуклеосомами сверхчувствительных к нуклеазам областей в хромосомах . Такие «обнаженные» хромосомные сегменты характерны для промоторов транскрипции, горячих точек рекомбинации и точек начала репликации ДНК.

2. Открытие в 1980-1981 гг. первого пути слипания/расщепления хромосом. Он включает образование во время репликации ДНК многократно переплетенных (многокатенированных) сестринских хроматид и их последующую ступенчатую декатенацию с помощью ДНК-топоизомераз 2-го типа.

3. Идея 2007 года о том, что делеции ДНК (и менее частые вставки), характерные для раковых клеток, можно использовать в качестве нереверсивных специфичных для рака указателей, тем самым делая возможной селективную терапию рака, невосприимчивую к прогрессированию опухоли. .

4. Поддающаяся проверке гипотеза о молекулярной основе причин сна, названная гипотезой генерации фрагментов (FG). Согласно гипотезе ФГ, молекулярная причина сна связана с выработкой во время бодрствования многочисленных внеклеточных и внутриклеточных белковых фрагментов размером с белок, которые могут быть временно полезными, но также могут нарушать, посредством своих разнообразных и кумулятивных эффектов, функционирование мозга. и другие органы. Гипотеза ФГ утверждает, что сон развился, по крайней мере частично, для противодействия перепроизводству (из-за недостаточно быстрого устранения) сотен различных фрагментов белка во время бодрствования. Гипотеза ФГ согласуется с имеющимися экспериментальными данными. Это еще предстоит проверить.

5. Изобретения генетических и биохимических методов (1980-2017) (см. ссылки и ссылки в нем):

(i) Метод двумерного электрофоретического картирования промежуточных продуктов репликации/мультикатенации ДНК, 1980-1981 гг.

(ii) Картирование нуклеосом с использованием метода двумерной гибридизации, 1982 г.

(iii) Методика слияния убиквитина, 1986 г. Этот метод позволяет выявить in vivo желаемый N-концевой остаток в представляющем интерес белке. Благодаря механике генетического кода все зарождающиеся белки несут N-концевой остаток Met, который либо сохраняется, либо удаляется из зрелых белков. Техника слияния убиквитина позволяет «обходить» эндогенные правила удаления и удержания N-концевого Met.

(iv) Анализ иммунопреципитации хроматина (ChIP), 1988 г. Усовершенствованные версии ChIP используются для картирования in vivo местоположений хромосомных белков.

(v) Мутации во многих (большинстве) генов, которые вызывают гиперчувствительность к тяжелой воде ( D ₂ O ), новый и общеприменимый условный фенотип, в 1988 году.

(vi) Активируемый нагреванием N-дегрон для получения чувствительных к температуре мутантов, 1994 г.

(vii) Метод расщепления убиквитина для обнаружения белковых взаимодействий in vivo, в 1994 году. Центральная идея метода расщепления убиквитина открыла область расщепления белков с одной субъединицей, таких как расщепление GFP, расщепление лактамазы, расщепление Cas9 CRISPR нуклеазы , и многие другие сенсоры и эффекторы расщепленных белков.

(viii) Анализ транслокации убиквитина, 1994 г., для анализа in vivo специфических механизмов и кинетики транслокации белка через клеточные мембраны.

(ix) Метод «сэндвича» убиквитина, 2000 г. Он использует слияния убиквитина и несколько тандемных репортеров для обнаружения и измерения котрансляционного протеолиза in vivo.

(x) Методика субъединицы-приманки, 2013 г., для анализа регуляции in vivo стехиометрии субъединиц в олигомерных белках.

(xi) Эталонный метод промотора, в 2017 году. Этот эталонный метод измерения деградации белка in vivo использует аптамеры РНК и позволяет избежать необходимости использования глобальных ингибиторов трансляции в анализе деградации.

1. Александр Варшавский, Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) (https://www.bbe.caltech.edu/people/alexander-varshavsky).

2. Варшавский, А. «(2022) Интервью о жизни и работе Дэвиду Цирлеру, Проект наследия Калифорнийского технологического института». . (https://heritageproject.caltech.edu/interviews-updates/alexander-varshavsky) .

3. Бахмайр А., Финли Д., Варшавский А. (1986)) Период полураспада белка in vivo является функцией его N-концевого остатка . Наука 234: 179–186. дои : 10.1126/science.3018930 .

4. Варшавский А. (2008) Открытие клеточной регуляции путем деградации белков . Журнал биологической химии 283: 34469-34489. дои : 10.1074/jbc.x800009200 .

5. Варшавский А. (2019)) N-дегрон и С-дегрон пути деградации белков. Труды Национальной академии наук 116: 358–366. дои : 10.1073/pnas.1816596116 .

6. Йентч С., МакГрат Дж. П., Варшавский А. (1987) Ген репарации ДНК дрожжей RAD6 кодирует фермент, конъюгирующий убиквитин . Природа 329: 131–134. дои : 10.1038/329131a0 .

7. Джонсон, Э.С., Гонда, Д.К., Варшавский, А. (1990)Цис-транс-распознавание и специфическая для субъединиц деградация короткоживущих белков. Природа 346: 287–291. дои : 10.1038/346287a0 .

8. Варшавский А. (2014). «Открытие биологии убиквитиновой системы». Журнал Американской медицинской ассоциации (JAMA) 311: 1969. doi : 10.1001/jama.2014.5549.

9. Гершко А. Цехановер А., Варшавский А. (2000) Убиквитиновая система. Природная медицина 6: 1073-1081. дои : 10.1038/80384 .

10. О, Дж. Х., Хён, Дж. Я., Чен, С. Дж., Варшавский, А. (2020) «Пять ферментов пути Arg/N-дегрон образуют нацеливающий комплекс: концепция суперканалирования». Труды Национальной академии наук 117 (20): 10778-10788. дои : 10.1073/pnas.2003043117 .

11. Ву, ТТМ, Митчелл, Д.К., Гиги, С.П., Варшавский, А. (2020) «Путь Arg/N-дегрон нацелен на факторы транскрипции и регулирует определенные гены». Труды Национальной академии наук 117: 31094-31104. дои : 10.1073/pnas.2020124117

12. Варшавский А. (2007) Нацеленность на отсутствие: гомозиготные делеции ДНК как неизменные ориентиры для лечения рака. Труды Национальной академии наук 104: 14935-14940. дои : 10.1073/pnas.0706546104 .

13. Варшавский А., Льюис К., Чен С.Дж. (2023). Делеции ДНК при раке и их возможное использование в терапии. Биоэссе 45. doi : 10.1002/bies.202300051.

14. Варшавский А. (2019) О причине сна: фрагменты белка, концепция дозорных и связь с эпилепсией. Труды Национальной академии наук 116: 10773-10782. дои : 10.1073/pnas.1904709116 .

Примечания

• Биография Калифорнийского технологического института
• Премия Готэма