Дэвид С. Броуд

Дэвид С. Бредт — американский молекулярный нейробиолог .

После изучения химии в Принстоне Бредт изучал медицину в Медицинской школе Джонса Хопкинса , где получил степени доктора медицины и доктора философии . Он был учеником Соломона Х. Снайдера , вместе с которым он также является соавтором нескольких широко цитируемых статей.

С 1993 по 1994 год он работал научным сотрудником на кафедре неврологии Университета Джонса Хопкинса. В 1995 году он стал стипендиатом Серла . и получил в 1997 году Премию молодых сыщиков Бекмана .

Он работал в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Франциско с 1994 по 2004 год, сначала доцентом, позже как профессор физиологии.

он занимал должность вице-президента по интегративной биологии в компании Eli Lilly and Company . С 2004 по 2011 год В 2005 году он был избран в Общество ученых Университета Джонса Хопкинса.

Он работал в Johnson & Johnson с 2011 по 2021 год в качестве глобального руководителя отдела нейробиологических открытий.

Работа

Идентификация NO-синтазы и роли NO в головном мозге и скелетных мышцах

Будучи аспирантом в лаборатории профессора Соломона Снайдера, Бредт открыл и охарактеризовал семейство ферментов, вырабатывающих оксид азота (NO). В то время как ранее однократное измерение эндогенного NO требовало сложных и трудоемких методов, Бредт разработал простой, чувствительный и специфичный анализ, который отслеживал конверсию [ ³ H] аргинин в [ ³ H] цитруллин . Этот анализ позволил проводить сотни или тысячи ежедневных измерений эндогенного NO. Он впервые применил этот анализ, чтобы обнаружить, что эндогенный NO опосредует связанное с глутаматом увеличение циклического GMP в мозге ( PNAS , 1989). Затем он биохимически выделил фермент биосинтеза, который назвал синтазой оксида азота (NOS). Кроме того, он определил, что NOS является кальмодулин -зависимым ферментом ( PNAS , 1990), что объяснило, как NO быстро генерируется после опосредованного глутаматом увеличения синаптического кальция.

Бредт провел исследования, которые установили, что NO является диффузионным нейромедиатором. Он молекулярно клонировал и секвенировал первую кДНК NOS ( Nature , 1991), что показало, что N-концевая половина белка NOS уникальна и отделена кальмодулин-связывающим доменом от С-концевой половины, напоминающей цитохром P-450. редуктаза ( Nature , 1991). Эта структура белка показала, как кальмодулин регулирует активность ферментов NOS и как окислительно-восстановительные кофакторы обеспечивают сложную ферментацию NOS. Он иммуногистохимически картировал распределение NOS в мозге и периферических тканях ( Nature , 1990). Он определил, что нейроны являются основным источником NO во всем организме. Он обнаружил, что в мозге NOS, обнаруженная в нейронах (nNOS), обогащена определенными популяциями нейронов и часто концентрируется в постсинаптических участках, таких как клубочковые синапсы мозжечка , где рецепторы глутамата активируют nNOS. В периферической нервной системе он обнаружил, что nNOS обогащен неадренергическими и нехолинергическими нейронами , иннервирующими желудочно-кишечные и сосудистые сети. гладкие мышцы ( Nature , 1990). Эти открытия открыли путь к изучению того, как NO участвует в различных физиологических процессах, включая аспекты перистальтики и эрекции полового члена ( Science , 1992).

Будучи профессором Калифорнийского университета в Сан-Франциско, Бредт определил терапевтический потенциал модуляции NO в мозге и скелетных мышцах. В мозге Бредт и его команда продемонстрировали, что nNOS обогащена в синапсах благодаря домену «PDZ» в nNOS, который ассоциируется с аналогичным доменом PDZ в синаптическом каркасном белке постсинаптической плотности 95 кДа (PSD-95) ( Cell , 1996). Они показали, что PSD-95 физически и функционально связывает nNOS с NMDA -типа глутаматными рецепторами в синапсах. Поскольку эксайтотоксическая гибель нейронов , связанная с церебральной ишемией , включает избыточное производство NO ниже рецепторов NMDA ( PNAS , 1991), исследование Бредта указало на использование антагонизма комплекса рецептор NMDA/PSD-95/nNOS в качестве лечения инсульта ( Журнал биологической химии). , 1999), который показал многообещающие клинические результаты ( Nature Reviews Drug Discovery , 2020).

Помимо обнаружения nNOS в нейронах, Бредт помог идентифицировать nNOS на сарколемме скелетных мышц ( Nature , 1994), а его команда определила, что nNOS в мышцах ассоциируется с дистрофином ( Cell , 1995). Они обнаружили избирательную потерю nNOS из сарколеммы скелетных мышц у пациентов с дистрофиями Дюшенна и Беккера , что связано с мутациями дистрофина ( Журнал экспериментальной медицины , 1996). Команда Бредта открыла механизм потери nNOS из сарколеммы скелетных мышц, определив, что домен PDZ в nNOS связывается с PDZ в дистрофин-ассоциированном белке синтрофине ( Cell , 1996). Благодаря сотрудничеству они определили структурный коррелят этого неожиданного взаимодействия PDZ-PDZ ( Science , 1999). Сегодня восстановление биоактивности NO при мышечных дистрофиях остается ключевой терапевтической задачей.

Белковые каркасы и пальмитоилирование, лежащие в основе синаптической передачи сигналов и пластичности

Бредт внес вклад в понимание молекулярной организации и стабильности возбуждающих синапсов . Биохимические исследования, проведенные командой Бредта, определили, что PSD-95 является одним из наиболее распространенных пальмитоилированных белков в мозге ( Neuron , 1998), и что пальмитоилирование локализует PSD-95 в синаптических участках ( Neuron , 1999). Они обнаружили, что синаптическая функция динамически регулируется посредством пальмитатного цикла на PSD-95 ( Cell , 2002). Они охарактеризовали семейство из 24 ферментов пальмитоилтрансферазы и определили те, кто отвечает за регуляцию PSD-95 ( Neuron , 2004). Они обнаружили, что пальмитоилированный PSD-95 мощно регулирует созревание возбуждающих синапсов и усиливает кластеризацию рецепторов AMPA ( Science , 2000). Эти открытия занимают центральное место в современных моделях синаптического развития, анатомии и пластичности.

TARP как вспомогательные субъединицы рецептора нейромедиатора

Бредт вместе с профессором Роджером Николлом открыли и охарактеризовали первые вспомогательные субъединицы глутаматного нейромедиаторного рецептора млекопитающих. Бредт и Николл определили, что недавно открытый белок старгазин связывает PSD-95 с подклассом α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (АМРА) глутаматных рецепторов ( Nature , 2000). Старгазин является одним из членов семейства родственных белков, которые Бредт назвал трансмембранными регуляторными белками AMPAR (TARP), которые по-разному распределяются в мозге ( Журнал клеточной биологии , 2003). Бредт и Николл обнаружили, что старгазин и родственные ему TARP регулируют синаптическое нацеливание ( Nature , 2000), ворота ( Nature , 2005) и фармакологию ( PNAS , 2006) всех AMPA-рецепторов. TARP не только опосредуют синаптическую функцию, но также двунаправленно регулируют синаптическую пластичность ( Neuron , 2005). Это привело к концептуальному прорыву, согласно которому TARP являются вспомогательными субъединицами рецептора AMPA ( PNAS , 2005). Первоначально эта модель встретила сопротивление, но теперь признано, что ионотропные рецепторы многих нейромедиаторов имеют вспомогательные субъединицы.

NACHO как шаперон для рецептора нейромедиатора млекопитающих

Команда Бредта в Janssen оценила, могут ли аналогичные белковые аксессуары помочь в разработке лекарств для ранее трудноизлечимых и важных с медицинской точки зрения никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (nAChR). Хотя кДНК, кодирующие нАХР, были обнаружены в 1980-х годах, большинство подтипов нАХР не могли функционально экспрессироваться в клеточных линиях. В исследовании команда Бредта использовала инновационную стратегию полногеномного клонирования для системного поиска нейрональных белков, которые могли бы восстановить подтип α7 nAChR. Они обнаружили, что для сборки α7-нАХР требуется новый белок эндоплазматического ретикулума , который Бредт назвал «шапероном-регулятором нАХР». (NACHO) ( Neuron , 2016), первый клиент-специфичный шаперон для семейства рецепторов нейротрансмиттеров млекопитающих ( Cell Reports, 2017). Его команда обнаружила, что NACHO участвует в N- гликозилировании и шаперонных путях эндоплазматического ретикулума для никотиновых рецепторов альфа-7 олигомеризации и мембранного транспорта ( Cell Reports , 2020). Используя свою парадигму полногеномного скрининга, они также обнаружили ряд других нейрональных белков, включая Bcl-2. Nature Communications , 2019), спермидин / спермин N1-ацетилтрансфераза ( Nature Communications , 2020) и BARP ( Cell Reports, 2019), которые взаимодействуют с NACHO для функциональной экспрессии разнообразных рецепторов nACh в головном мозге и периферических тканях. Эти открытия теперь позволяют проводить биохимические и фармацевтические исследования лимбических α6-содержащих рецепторов при психиатрических показаниях ( Cell Reports , 2019), сенсорных α6-содержащих рецепторов при хронической боли ( Journal of Clinical Investigation , 2020) и кохлеарных α9α10-рецепторов при слуховых расстройствах ( PNAS) , 2020).

В совокупности открытия Бредта пролили свет на неожиданные медиаторы и механизмы нейронной коммуникации . Его концептуальные достижения в области биологии рецепторов нейромедиаторов привели к появлению новых подходов к лечению нервно-мышечных, неврологических и нервно-психических расстройств. Его статьи цитировались в литературе более 75 000 раз.

Wall Street Journal назвала доктора Бредта соавтором анонимной петиции гражданина FDA о прекращении третьей фазы испытаний симуфилама 17 ноября 2021 года газета , препарата от Cassava Sciences , который воздействует на неправильное сворачивание белка для лечения болезни Альцгеймера . Labatonucharow, юридическая фирма, подавшая петицию, признала, что ее клиенты занимали короткие позиции в компании до подачи гражданской петиции, поскольку ее клиенты считали, что данные были манипулированы в публикациях и представлениях в FDA. 10 февраля FDA закрыло петицию, заявив, что «ваши петиции отклоняются исключительно на том основании, что ваши запросы не являются подходящим предметом гражданской петиции. Этот ответ не представляет собой решение Агентства предпринять или воздержаться от каких-либо действий, касающихся предмета ваших петиций». 30 марта 2022 года PLOS ONE отозвал пять статей от главного научного консультанта Кассавы, включая две статьи, написанные в соавторстве. вице-президентом Кассавы по нейробиологии. 18 апреля 2022 года газета New York Times опубликовала разоблачение со ссылкой на девять выдающихся ученых, которые поставили под сомнение данные, лежащие в основе препарата маниоки. 3 ноября 2022 года компания Cassava Sciences подала иск в федеральный суд против группы, в которую входит Бредт, которая, по утверждению Кассавы, проводит « короткую и искажающую » кампанию в попытке «манипулировать ценой акций и получить финансовую выгоду от своих «коротких сделок». позиции, оклеветав компанию, разрабатывающую лекарство для людей с болезнью Альцгеймера».

Избранные статьи

• Выделение синтетазы оксида азота, фермента PNAS , нуждающегося в кальмодулине , 1 января 1991 г., том 87.
• Локализация синтазы оксида азота, указывающая на нейронную роль оксида азота. Nature 347, 768–770 (25 октября 1990 г.).
• Оксид азота опосредует связанное с глутаматом повышение уровней цГМФ в мозжечке PNAS, 1 ноября 1989 г., том 86.
• Синтаза оксида азота в комплексе с дистрофином и отсутствует в сарколемме скелетных мышц при мышечной дистрофии Дюшенна . Клетка, 8 сентября 1995 г.
• Вспомогательные субъединицы помогают глутаматным рецепторам АМРА-типа. Наука, 3 марта 2006 г.
• Редукс никотиновых рецепторов ацетилхолина: открытие аксессуаров открывает терапевтические перспективы 13 августа 2021 г.