Эдвин В. Тейлор

Эдвин В. Тейлор
Альма-матер	Университет Торонто (бакалавр, 1952) Университет Макмастера (магистр наук, 1955 г.) Чикагский университет (доктор философии, 1957 г.)
Известный	Цитоскелетные исследования
Награды	Медаль Э. Б. Вильсона (1999)
Научная карьера
Поля	Молекулярная генетика Клеточная биология Биохимия Молекулярная биология
Учреждения	Чикагский университет

Эдвин В. Тейлор – адъюнкт-профессор клеточной биологии и биологии развития Северо -Западного университета . В 2001 году он был избран членом Национальной академии наук . Тейлор получил степень бакалавра физики и химии в Университете Торонто в 1952 году; получил степень магистра физической химии в Университете Макмастера в 1955 году и степень доктора биофизики в Чикагском университете в 1957 году. В 2001 году Тейлор был избран членом Национальной академии наук в области клеточной биологии, биологии развития и биохимии.

Тейлор внес вклад в исследование того, как сокращаются мышцы , и в другие связанные исследования цитоскелета . Его исследования описали первую кинетическую модель того, как молекулярные двигатели способны превращать химическую энергию в механическую силу . Он обнаружил несколько моторов молекулярных клеток, в том числе те, которые помогают определенным лейкоцитам двигаться . Он также объяснил, как актин и миозин создают движение в немышечных клетках. В 1950 году Тейлор вместе с Гэри Бориси который был аспирантом в лаборатории Тейлора, открыл белок, который является строительным блоком микротрубочек , хотя название этого белка, тубулин , не было придумано до 1968 года. В 1967 году Тейлор обнаружил, что действие колхицина связывание с клетками можно смоделировать с помощью одного типа сайтов связывания, что, возможно, показывает, что может существовать уникальная мишень. Тейлор проводит лето в исследовательском центре Вудс-Хоул в Массачусетсе .

Образование

В 1952 году Тейлор получил степень бакалавра гуманитарных наук в области физики и химии в Университете Торонто . В 1955 году он получил степень магистра наук по физической химии в Университете Макмастера . В том же году Тейлор поступил в Чикагский университет , где начал учебу в аспирантуре по биофизике и обнаружил интерес к исследованию механизма митоза. Его доктор философии. диссертация была посвящена измерению скорости митотических процессов. Ему удалось оценить веретена и скорость их роста с помощью микроскопии поляризованного света. К 1957 году он получил степень доктора философии. Доктор биофизики Чикагского университета.

Будучи научным сотрудником, Тейлор провел два года в лаборатории Фрэнсиса Шмитта в Массачусетском технологическом институте , исследуя свойства белков нейрофиламентов вместе с Питером Дэвисоном. В конце концов он вернулся в Чикагский университет и открыл собственную лабораторию. К началу 1970-х годов Тейлор перешел в отдел биофизики мышц Совета медицинских исследований в Королевском колледже, где он сотрудничал с Джин Хэнсон над простой моделью цикла мышечного сокращения.

В 1999 году Тейлор провел некоторое время в лаборатории Гэри Бориси на факультете клеточной биологии и биологии развития Северо-Западного университета. Не работая в лаборатории, Тейлор на полставки работал профессором молекулярной генетики и клеточной биологии Луи Блока в Чикагском университете.

Исследовать

Тейлор сосредоточил значительную часть своих исследований на молекулярных механизмах, регулирующих движение клеток. Его результаты способствовали лучшему пониманию химических процессов, участвующих в циклах мышечных сокращений. Исследуя молекулярные моторы, миозин с актином и кинезин с микротрубочками, Тейлор стремился открыть кинетический механизм, который диктует структурные изменения, ответственные за силу и движение. Его работа в лаборатории не только привела к открытию тубулина, белковой субъединицы микротрубочек, но также разработала первую кинетическую модель, объясняющую, как эти молекулярные моторы могут преобразовывать химическую энергию в механическую силу. Чтобы лучше понять цикл сокращения, модель была получена из поперечно-полосатой мышцы для изучения кинетического механизма цикла актомиозиновой АТФазы. Основное внимание было уделено определению того, как гидролиз АТФ ферментами может привести к генерации силы и движения. Тем не менее, беспокойство по поводу Тейлора стимулировалось совершенно разными путями реакции, которым следовали миозин и кинезин, учитывая идею о том, что эти два мотора имеют очень важные структурные особенности.

Тейлор работает над молекулярными механизмами, регулирующими движение клеток. особенно химические события, участвующие в циклах мышечных сокращений. Он исследует молекулярные моторы , миозин с актином и кинезин с микротрубочками, чтобы открыть кинетический механизм, который определяет структурные изменения, ответственные за силу и движение. Это привело к открытию им тубулина, белковой субъединицы микротрубочек, и к первой кинетической модели, объясняющей, как эти молекулярные моторы преобразуют химическую энергию в механическую силу в поперечнополосатых мышцах. В актомиозиновом АТФазном цикле гидролиз АТФ ферментами приводит к генерации силы и движения. Тейлор также изучил совершенно разные пути реакции, которым следуют миозин и кинезин, показав, что эти два мотора имеют общие важные структурные особенности.

Интерес Тейлора к изучению митотических механизмов привел к использованию колхицина . Его высокая аффинность к связыванию с клетками предполагает возможность выделения комплекса колхицина с его связывающим белком. Тейлор и аспирант Гэри Бориси обнаружили, что колхицин действительно специфичен, и его наивысшая связывающая активность проявляется в делящихся клетках, митотическом аппарате, ресничках, хвостах сперматозоидов и тканях мозга.

В 1967 году Борис и Тейлор опубликовали свою работу «Механизм действия колхицина». Связывание колхинцина-3H с клеточным белком». Целью их проекта было продемонстрировать, что 6S-колхицин-связывающий белок является субъединицей белка микротрубочек. Они заметили, что активность связывания колхицина имела значительную корреляцию с источниками, обильными в микротрубочках, но отсутствовала корреляцию с митотической активностью или подвижностью. Микротрубочки проводят митотическое веретено, составляют набор филаментов 9 + 2 в ресничках и хвостах сперматозоидов и участвуют в большинстве нейрональных процессов. Поскольку Тейлор пришел к выводу о высокой активности связывания колхицина в этих четырех источниках, результаты имели для него смысл, учитывая, что микротрубочки являются единственной структурой, общей для всех четырех.

Используя яйца морских ежей, Тейлор и Бориси провели еще один эксперимент, чтобы еще раз продемонстрировать, что места связывания находятся в митотическом аппарате. Когда веретена были извлечены из митотического аппарата и подвешены при обработке низкой ионной силой, микротрубочки распались и исчезли. При экстракции с низкой ионной силой более 80% колхицинсвязывающей активности удалялось, включая микротрубочки. Поскольку эти условия снижают активность связывания колхицина, результаты свидетельствуют об отсутствии микротрубочек.

После введения тубулина Тейлор не мог понять, что приводит в движение хромосомы и что заставляет подвижную систему функционировать. В 1960-е годы единственными потенциально ответственными структурами были миозин и динеин. Однако только динеин смог взаимодействовать с микротрубочками. Тейлор сосредоточил свое внимание на мышечном актомиозине, чтобы полностью понять последствия механо-химического взаимодействия. К 1954 году Хью Хаксли и Джин Хэнсон представили свою модель скользящей нити, предположив, что за счет сокращения ветви молекулы миозина миозин-актиновые связи могут тянуть актиновую нить. Структурная модель прояснила сократимость, но Тейлор и другие исследователи оставались неуверенными в роли гидролиза АТФ. Зная, что АТФ гидролизуется при полимеризации актина, Тейлор не мог понять, диссоциирует ли он актомиозин посредством сокращения или расслабления. В 1979 году Тейлор и его партнеры по исследованию продемонстрировали, что связывание миозина с актином после высвобождения фосфата приводит к значительному снижению свободной энергии.

После открытия кинезина, моторного белка и антероградного переносчика везикул в аксонах, Тейлор посвятил свое время исследованию кинетического механизма. В 1995 году Тейлор и Йонг-Зе Ма опубликовали «Механизм АТФазы кинезина микротрубочек», отметив, что диссоциация димера K379 в кинезине микротрубочек происходит после стадии гидролиза по сравнению с диссоциацией, происходящей перед гидролизом по актомиозиновому механизму. Это побудило Тейлора осознать, что различия, присущие этим двум механизмам, могут указывать на то, что другой этап цикла может быть связан с генерацией силы. Он обнаружил, что диссоциация фосфата в актомиозиновом механизме является медленной стадией, ограничивающей скорость, в то время как эта стадия происходит относительно быстро для механизма кинезин-микротрубочки. Предельная скорость определяется скоростью диссоциации АДФ в цикле гидролиза. Кроме того, Тейлор и Ричард Лимн в 1971 году пришли к выводу, что медленная стадия ограничения скорости актомиозиновой АТФазы может быть связана с лимитирующей скорость диссоциацией продуктов, АДФ и фосфата, от фермента. Это привело к идее, что актин может потенциально влиять на скорость диссоциации продукта, а не на гидролитический этап в механизме его активации. Мышечный миозин и кинезин имеют два головных домена. Поскольку АТФ связывается с одним головным доменом, он инициирует высвобождение АДФ из второго головного домена в цикле гидролиза.

Тейлор и другие авторы-корреспонденты Ивонн С. Аратин, Томас Э. Шаус и Гэри Г. Бориси опубликовали в 2007 году статью «Внутреннее динамическое поведение фасцина в филоподиях». Фасцин является основным сшивающим белком актина в филоподиальных нитях, которые клеточные выступы, которые способствуют подвижности клеток. Результаты их исследования показали, что связывание филоподий требует дефосфорилирования фасцина, что также может инициировать высокоаффинное связывание актина в филоподиях. Формирование филоподиальных нитей зависит от циклов фосфорилирования или дефосфорилирования, которые служат первичными индикаторами неактивности или активности фасцина.

Даже двенадцать лет спустя, что по-прежнему оставалось неправильно понятым, так это различная степень активации тонких нитей миозина до и после силового удара. Кинетические свойства миозина оставались неопределенными, и для дальнейшего исследования того, что осталось неизвестным, было использовано множество методов. Один из этих методов был предложен Тейлором и Б. Финлейсоном в 1969 году посредством высвобождения протонов. В 1987 году С. Розенфельд и Тейлор оценили механизм регуляции нуклеозидтрифосфата субфрагмента 1 актина. Их интересовало влияние связывания кальция с регулируемым актином на скорость цикла АТФазы. На стадии гидролиза наблюдалось лишь небольшое изменение присутствия кальция. С другой стороны, для диссоциации лиганда и продуктов наличие кальция для АТФ приводило к увеличению скорости в 10-20 раз. Эти результаты показали Розенфельду и Тейлору, что конкретными этапами цикла АТФазы, на которые больше всего влияло присутствие кальция, были этапы перехода, за которыми следовала диссоциация лиганда от активного центра.

Цикл гидролиза актомиозина АТФ в мышечной подвижности был призван показать прямую корреляцию в регуляции гидролиза АТФ и силового удара. Однако эксперименты, показавшие отсутствие гидролиза АТФ, не могли объяснить регуляцию. В статье «Исследование механизма регуляции тонких нитей с помощью переходной кинетики и равновесного связывания: существует ли конфликт?» Тейлор вместе с Дэвидом Хили и Говардом Д. Уайтом проводят исследования и вносят больше ясности в проблему. В своих исследованиях они подтверждают, что на активность тонких нитей в первую очередь влияет скорость диссоциации неорганического фосфата. Кроме того, они заметили, что регуляторная точка тонкой нити, или этап, на котором высвобождается неорганический фосфат, зависит от конформации миозина, а также от состояния связи тонкой нити.

Награды и почести

Опубликованная 4 марта 1999 года, «Хроника Чикагского университета» сообщает о чествовании Тейлора в Национальных институтах здравоохранения в Бетесде, штат Мэриленд, на научном симпозиуме. Симпозиум назван «Миозин, микротрубочки и движение» в знак признания вклада и усилий Тейлора в этих конкретных областях. 1 мая 2001 года Тейлор был избран членом Национальной академии наук. Он был избран за его решающий вклад в биохимию мышечного сокращения. Тейлор признан «отцом исследований цитоскелета».