Кристин Мерлин

Кристин Мерлен — французский хронобиолог и доцент кафедры биологии Техасского университета A&M . Исследования Мерлина сосредоточены на базовой генетике циркадных часов бабочки-монарха и исследуют, как циркадные ритмы модулируют поведение и навигацию монарха.

Кристин Мерлин
Рожденный	24 сентября 1980 г. Верхние Пиренеи , Франция
Национальность	Французский
Альма-матер	Университет Пьера и Марии Кюри
Известный	Навигация по солнечному компасу у мигрирующих бабочек-монархов
Научная карьера
Поля	Хронобиология , генетика , энтомология
Учреждения	Техасский университет A&M Медицинская школа Массачусетского университета Университет Пьера и Марии Кюри
Веб-сайт	https://www.merlinlab.org/

Фон

Мерлин родился 24 сентября 1980 года на юго-западе Франции. Она училась в Университете Пьера и Марии Кюри в Париже, где получила степень бакалавра биологии животных, степень магистра физиологии беспозвоночных и, наконец, докторскую степень по физиологии насекомых в 2006 году. Во время подготовки к докторской диссертации она изучала циркадные ритмы мотыльков в Версале в Национальном институте агрономических исследований в лаборатории Эммануэль Жакен-Жоли и Мартины Мебеш-Куане. В 2007 году она начала работать в лаборатории Стивена Репперта в Медицинской школе Массачусетского университета . Там она изучала миграцию бабочек-монархов, установила обратную генетику в этой новой модельной системе и участвовала в работе над статьей, описывающей геном монарха.

В 2013 году она стала доцентом кафедры биологии Техасского университета A&M, где работает сейчас. Она присоединилась к Центру исследования биологических часов в качестве преподавателя, изучающего биологию, в частности, регуляцию циркадных часов миграции бабочек-монархов. Она также стала преподавателем междисциплинарной программы по генетике и нейронауке Texas A&M в 2014 году, а также междисциплинарной программы по экологии и эволюционной биологии в 2015 году.

Научный вклад

За свою карьеру Мерлин помогла опубликовать более 25 статей и получила более 2000 цитирований за свою работу.

Миграция бабочек-монархов и ее контроль с помощью циркадных часов

Бабочки-монархи используют солнце как компас , чтобы точно ориентироваться на большие расстояния во время миграции. Мерлин и его коллеги определили, что циркадные часы, расположенные в усиках, играют важную роль в навигации мигрирующих бабочек-монархов. Используя тесты необходимости , Мерлин и его коллеги проанализировали ориентацию мигрирующих бабочек с неповрежденными усиками, без усиков или с усиками, покрытыми черной краской, и пришли к выводу, что бабочки без усиков или с усиками, несущими десинхронизированные усики (с черным покрытием), не могли ориентироваться относительно солнце. Она выделила усики бабочек in vitro и обнаружила, что они поддерживают 24-часовые ритмы в постоянных условиях после включения циклов света и темноты. Измеряя экспрессию часовых генов Per , Tim и Cry2 , Мерлин определил, что в усиках монарха существуют циркадные часы, функционирующие независимо от часов мозга.

Бабочки-монархи используют солнечный компас с компенсацией по времени, который является частью светозахватывающих циркадных часов насекомых, расположенных в усиках. Мерлин и его коллеги провели тест на достаточность , чтобы определить, необходимы ли для правильной ориентации одна или обе антенны. Они обнаружили, что любой антенны может быть достаточно для компенсации времени, но удивительно, что бабочки с одной из антенн, окрашенной в черный цвет, а другая — в прозрачный, дезориентировали полет. В этих экспериментальных условиях антенна, окрашенная в черный цвет, будет блокировать захват световых сигналов, в то время как антенна, окрашенная в прозрачный цвет, позволит захватывать световые сигналы. Когда окрашенная в черный цвет антенна из этого экспериментального условия будет удалена, бабочка сможет правильно ориентироваться, используя для захвата только одну антенну, окрашенную в прозрачный цвет. Команда также заметила, что экспрессия генов Пера и Тима была очень ритмичной в ясно окрашенных антеннах, но нарушена в окрашенных в черный цвет антеннах. Мерлин и его коллеги пришли к выводу, что каждая антенна имеет свои собственные тактовые сигналы, которые затем совместно обрабатываются в солнечном компасе, чтобы определить ориентацию полета.

В 2011 году Мерлин (вместе со Стивеном Реппертом, Шуай Чжаном и Джеффри Буром) внес свой вклад в определение генома мигрирующей бабочки-монарха и описал работу циркадных часов как метод регулирования миграции. Часы монарха опираются на петлю обратной связи транскрипции-трансляции (TTFL), которая содержит многие из тех же генетических компонентов, что и часы других членистоногих , таких как Drosophila melanogaster . Одним из заметных различий между часами монарха и часами Drosophila melanogaster является появление как светочувствительного CRY1 , так и транскрипционно репрессивного CRY2 в часах монарха, в то время как Drosophila melanogaster содержит только CRY1. Поскольку у большинства членистоногих есть оба типа CRY, этот результат предоставил дополнительные доказательства того, что оба CRY находились «в основе эволюции членистоногих». Они выделили два основных применения часов. Одним из вариантов использования является ориентация по солнечному компасу, которая позволяет монарху перемещаться к пункту назначения, определяя горизонтальное положение солнца и создаваемые поляризованные узоры небесного света. Другое использование - инициирование миграции путем обнаружения уменьшения продолжительности дня осенью.

Генетическое редактирование: TALEN и CRISPR/Cas9

Мерлин и ее лаборатория постоянно интересовались изучением методов избирательного генетического редактирования с помощью таких инструментов, как белки цинковых пальцев , которые позволяют создавать целевые нокауты генов в определенном локусе. В 2016 году Мерлин и его коллеги продемонстрировали, что технологии TALEN и CRISPR/Cas9 могут использоваться одинаковым образом для создания высокоэффективного, наследственного, целевого мутагенеза в выбранных геномных локусах. Мерлин и ее команда смогли создать генетические нокауты генов Cry2 и Clk в геноме монарха, двух известных часовых генов, частично ответственных за регуляцию и модуляцию циркадных часов монарха. Было показано, что эти нокауты передаются по наследству: инъекции менее 100 яиц достаточно для восстановления мутантного потомства; что позволяет создавать мутантные нокаутные линии примерно за 3 месяца. Эти открытия предоставили новые методы исследования для генетических манипуляций и изучения генов часов монарха, которые в настоящее время исследуются в лаборатории Мерлина.

Миграция монархов, фотопериодическая индукция и генетика

Исследуя монархов, Мерлин вместе с аспирантами Самантой Э. Лиамс и Олдрином Б. Лугена возглавлял работу над исследованием и углубился в более глубокое понимание миграции монархов, сопутствующей фотопериодической индукции диапаузы и лежащих в ее основе генетических компонентов. Монархи, мигрирующие осенью, испытывают реакцию репродуктивной диапаузы, чтобы подготовиться к миграции, что вызвано укороченными днями и более холодными осенними температурами. В лабораторных условиях самки-монархи производят менее зрелые ооциты при коротких фотопериодах, чем при длинных, а Мерлин и его коллеги генетически продемонстрировали участие в ответе часовых генов. Они также определили, что путь витамина А в мозге регулируется по-разному в зависимости от фотопериода. Используя CRISPR/Cas9-опосредованный мутант с потерей функции гена nina B1, гена, который кодирует фермент, ограничивающий скорость, превращающий β-каротин в ретиналь , они продемонстрировали необходимость этого пути для фотопериодической индукции репродуктивной диапаузы. Известно, что, как и у других насекомых, диапауза у монархов возникает в результате дефицита ювенильных гормонов в комплексе сердечных тел-аллата, но связь между гормоном и витамином А в настоящее время неизвестна.

Магниторецепция

В 2021 году Мерлин был отмечен за участие в написании исследовательской статьи, посвященной магниторецепции бабочек-монархов. Хотя молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе магнитного зондирования, еще не обнаружены, связь с фотовозбуждением белков CRY связана как с CRY1 у дрозофилы, так и с CRY2 у монархов и людей. Это открытие у людей и монархов было обнаружено благодаря обнаружению того, что сверхэкспрессия у мух с дефицитом CRY восстанавливает магниточувствительность, что позволяет предположить, что они выполняют фотохимические реакции для магниточувствительности в клеточной среде мух. Чтобы проверить переориентацию с помощью магнитного наклона монархов , как осенних мигрантов, так и лабораторных монархов дикого типа поместили в симулятор полета, который манипулировал различными параметрами магнитного поля: склонением, наклонением и интенсивностью. Было обнаружено, что оба варианта монархов не проявляли гиперактивности к геомагнитному полю , но оба варианта демонстрировали увеличение взмахов крыльев при изменении магнитного наклона на противоположное. Создание поведенческого анализа на основе этого эксперимента привело к выводу, что дрозофила CRY1 (dpCry1) необходима для светозависимой магниторецепции монарха, а дрозофила CRY2 (dpCry2) - нет. Усики и сложные глаза были проверены, чтобы выяснить, необходимы ли они для светозависимой магниторецепции. Блокирование любого из этих органов черной краской приводило к нарушению реакции на окружающее магнитное наклонение и изменению направления окружающего магнитного наклона. Это указывает на то, что усики и фасеточные глаза монарха необходимы для магниточувствительности и что повреждение одного из этих органов не может быть компенсировано другим.

Текущие исследования

По состоянию на 2021 год лаборатория Мерлина в настоящее время сосредоточена на использовании инструментов обратной генетики для дальнейшего разгадки часовых механизмов монарха, определения того, как ранее идентифицированные гены-кандидаты способствуют миграции бабочек и фотопериодическому чувствительности, а также анализа генетической основы магнитного чувства. В настоящее время лаборатория работает с известными генами часов in vivo, чтобы понять циркадные репрессивные механизмы внутри монарха и получить дополнительные знания о том, как развивались часы насекомых. Мерлин также изучает способы расширения набора генетических инструментов монарха, уделяя особое внимание разработке надежного подхода, опосредованного CRISPR/Cas9, для введения репортерных тегов в интересующие локусы в геноме монарха и получения информации о схемах часов в мозгу.

Хронология избранных публикаций

• Жакин-Жоли Э. и Мерлин С. (2004) Обонятельные рецепторы насекомых: вклад молекулярной биологии в химическую экологию. J Chem Ecol. 30:2359-97.
• Мерлин С., Гегеар Р.Дж. и Репперт С.М. (2009)Антеннальные циркадные часы координируют ориентацию по солнечному компасу у мигрирующих бабочек-монархов. Наука 325: 1700–1704.
• Жан С., Мерлин С., Бур Дж.Л. и Репперт С.М. (2011)Геном бабочки-монарха дает представление о миграции на большие расстояния. Ячейка 147: 1171–1185.
• Маркерт М.Дж., Чжан Ю., Энуамех М.С., Репперт С.М., Вулф С.А. и Мерлин С. (2016)Геномный доступ к миграции монарха с использованием TALEN и целевого мутагенеза, опосредованного CRISPR/Cas9. G3: Гены, геномы, генетика.
• Репперт С.М., Герра П.А. и Мерлин С. (2016) Нейробиология миграции бабочек-монархов. Ежегодный обзор энтомологии. 61 (1): 25–42.
• Лугена А.Б., Чжан Ю., Менет Дж.С. и Мерлин С. (2019). Полногеномное открытие ежедневного транскриптома, регуляторных элементов ДНК и занятости факторов транскрипции в мозге бабочки-монарха. PLOS Genetics, 15 (7). doi:10.1371/journal.pgen.1008265
• Ван Дж., Хайден А.Н., Лиамс С.Е., Мерлин С. (2021) Криптохром 1 опосредует светозависимое магниточувствление наклона у бабочек-монархов. Нац Коммун. 12(1):771.

Почести и награды

Лаборатория Мерлина получает финансирование от Национального научного фонда , Национальных институтов здравоохранения и Фонда Эстер А. и Джозефа Клингенштейн. Мерлин получила следующие награды за свою работу в области циркадной биологии:

• Постдокторская стипендия Charles King Trust от Медицинского фонда (2012 г.)
• Премия Клингенштейна-Саймонса в области неврологии (2017)
• Премия младшего факультета за исследования от Международного общества исследований биологических ритмов (2018 г.)
• Президентская стипендия Техасского университета A&M (2020 г.)

См. также

• Солнечный компас у животных
• Циркадные часы
• Миграция бабочки-монарха
• Членистоногие
• Необходимость и достаточность