Д. Джеймс Сёрмайер - D. James Surmeier

Д. Джеймс "Джим" Сюрмайер (родился 7 декабря 1951 г.), американец нейробиолог и известный физиолог, профессор Натана Смита Дэвиса и заведующий кафедрой физиологии в Северо-Западный университет. Его исследования сосредоточены на клеточной физиологии и свойствах цепи базальный ганглий в отношении здоровья и болезней, в первую очередь болезней Паркинсона и Хантингтона, а также боли.[1]

Образование и карьера

Сюрмайер с отличием окончил Университет Айдахо в 1975 году, получив двойную специализацию в области математики и психологии. Затем он получил степень магистра математики в Университете Орегона (1976 г.) и докторскую степень по физиологии и психологии Вашингтонского университета (1983 г.), где он работал в лаборатории Арнольда Тау. В рамках своей постдокторской подготовки он работал сначала с Уильямом Уиллисом (1983–1985), а затем со Стивеном Китаи (1986–1989). Затем он принял должность преподавателя в Университете Теннесси, где он получил должность до перехода в Медицинскую школу Файнберга Северо-Западного университета в 1998 году. Кафедра физиологии Медицинской школы Файнберга Северо-Западного университета в 2001.[2][3]

Исследование

Будучи аспирантом, Сюрмайер охарактеризовал физиологическую и анатомическую гетерогенность медленно адаптирующихся проприоцептивных нейронов в клиновидном ядре кошки, прежде чем приступить к изучению спиноталамических нейронов приматов и влиянию вредной термической стимуляции на их физиологию. Именно в лаборатории Кита он впервые заинтересовался базальными ганглиями и начал исследовать влияние дофамина на мозг - фундаментальный вопрос, который послужил толчком для многих его последующих исследований в качестве независимого ученого.

К середине 90-х годов, несмотря на широко распространенный консенсус относительно клинической значимости дофаминергической передачи сигналов в полосатом теле, распределение и сегрегация различных классов дофаминовых рецепторов в одних и тех же или разных популяциях нейронов было неясным и оставалось широко обсуждаемым. В новаторских экспериментах, используя записи патч-кламп в сочетании с профилированием отдельных клеток с помощью ОТ-ПЦР, Сюрмайер согласовал, казалось бы, противоречивые результаты анатомических и функциональных исследований, показав, что прямые (стриатонигральные) и непрямые пути (стриатопаллидные) проекционные нейроны полосатого тела преимущественно экспрессируются рецепторы допамина D1 или D2.[4] После этого открытия, используя протоколы фармакологии и протоколы пластичности, зависимой от времени спайков (STDP) в генетически идентифицированных нейронах, экспрессирующих рецепторы D1 или D2, Сюрмайер выяснил различные роли, которые играют оба рецептора в индукции долговременной потенциации и депрессии кортикостероидов. -стриатальные синапсы.[5] Одновременно он также показал, что в проекционных нейронах, которые не экспрессируют рецепторы D2, синаптическая депрессия, зависящая от активации рецептора D2, опосредуется рецепторами D2 в холинергических нейронах, активация мускаринового рецептора M1, приводящая к снижению кальциевого канала, открытие CaV1.3 в проекционных нейронах. и эндоканнабиноидный сигнал.[6][7] Понимание противоположных эффектов передачи сигналов рецепторов D1 и D2 и последующее понимание дофаминергической модуляции двунаправленной синаптической пластичности в прямых и непрямых шиповидных нейронах было концептуальным достижением, которое оказалось фундаментальным для понимания функции полосатого тела как в поведенческой адаптации, так и в поведенческой адаптации. Патология болезни Паркинсона и продолжает служить основой для современных моделей того, как дофамин контролирует структуру полосатого тела.[8]

Примерно в то же время, используя мультидисциплинарные подходы, его лаборатория предоставила возможное объяснение дисфункции стриатопаллидного пути, связанной с болезнью Паркинсона и истощением дофамина, продемонстрировав зависимую от кальциевого канала (CaV1.3) потерю возбуждающих синапсов в шиповидных нейронах непрямого пути. в модели заболевания на грызунах.[9] Потеря дофамина полосатого тела приводит к снижению передачи сигналов M4 (мускариновый ацетилхолиновый ауторецептор) наряду с повышающей регуляцией экспрессии RGS4 (регуляторы передачи сигналов G-белка) в холинергических нейронах, что приводит к повышению холинергического тонуса.[10] После истощения запасов дофамина, приводящего к увеличению уровней ацетилхолина в полосатом теле, активация мускариновых рецепторов M1 в шиповидных нейронах непрямого пути приводит к понижению регуляции дендритных калиевых каналов, Kir2, повышая возбудимость дендритов и, как следствие, влияние синаптически высвобождаемого глутамата в этих нейронах.[11] Работа Сюрмейера, описывающая кортикостриатальные и таламостриатальные синапсы, а также паттерн активации полосатых холинергических интернейронов, обеспечивает потенциальный механизм для важной проблемы поведенческой нейробиологии, заключающейся в том, как значимые внешние стимулы подавляют текущее поведение и направляют внимание.[12][13] Модулируемый дофамином холинергический импульс-пауза зависит от активации таламуса и приводит к опосредованному рецептором М2 (мускаринового ацетилхолина) пресинаптическому ингибированию глутаматергической передачи и опосредованному рецептором М1 (мускариновый ацетилхолин) повышенной возбудимости нейронов D2. В результате ответ «запретного» пути (рецептор D2, экспрессирующий стриатопаллидные нейроны) на деполяризующий кортикальный вход усиливается, обеспечивая потенциальный нервный субстрат для сдвига внимания. В совокупности, работа лаборатории Сюрмейера предполагает, что не только дофамин, но и ацетилхолин также оказывает различное влияние на нейроны полосатого тела, продвигая идею о том, что баланс дофамина / ацетилхолина полосатого тела является потенциальной мишенью для терапевтического вмешательства при заболеваниях, отмеченных дисфункцией полосатого тела, и проливает свет на то, как нейроны полосатого тела схемы и изменяются, и адаптируются в ответ на болезненные состояния.[11][14]

Работа Сюрмейера по функциональному разделению нейронов полосатого тела прямого и непрямого пути и описанию их реакции на дофамин не только подтвердила транскриптомную дихотомию между этими двумя классами проекционных нейронов, но также впервые определила, как дофамин и ацетилхолин по-разному модулируют их внутреннюю возбудимость через G -белковые рецепторы.[15][13] В своей более поздней карьере Сюрмайер первым применил двухфотонную лазерную сканирующую микроскопию для записи срезов мозга для изучения физиологии дендритов и синаптической пластичности стриатальных нейронов при болезни Паркинсона, вызванной леводопой дискинезии, болезни Хантингтона и хронической боли.[9][5][16][17][18] Эти исследования показали, как дофамин контролирует синаптическую пластичность полосатого тела, дополнив предыдущие исследования, посвященные краткосрочной внутренней возбудимости. Следует отметить открытие, что проекционные нейроны полосатого тела проявляют формы гомеостатической пластичности, которые служат для нормализации функции базальных ганглиев, несмотря на продолжающуюся патологию заболевания, особенно при болезни Паркинсона.[19]

Другой важный вклад Сюрмейера - это характеристика электрофизиологических фенотипов нейронов, подверженных риску болезни Паркинсона. Используя комбинацию электрофизиологии патч-зажима и двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии для мониторинга ключевых внутриклеточных переменных, таких как концентрация Ca2 +, митохондриальный окислительно-восстановительный статус и уровни цитозольного АТФ, эти исследования показали, что широкий спектр нейронов подвержен риску болезни Паркинсона - дофаминергическая черная субстанция. нейроны, адренергические нейроны голубого пятна, дорсальное моторное ядро ​​холинергических нейронов блуждающего нерва и педункулопонтин холинергические нейроны - имеют сходный и характерный физиологический фенотип, который создает базальный оксидантный стресс в митохондриях.[20][21][22][23] Долгое время предполагалось, что оксидантный стресс является движущей силой патогенеза болезни Паркинсона, но не было признано, что оксидантный стресс был особенностью здоровых нейронов, находящихся в группе риска, что отражает древний механизм прямого контроля митохондриального дыхания, управляемый плазматической мембраной. Са2 + каналы с порообразующей субъединицей Cav1.

Эта связь между физиологическим фенотипом и болезнью Паркинсона была впоследствии подтверждена эпидемиологическими исследованиями, показавшими, что использование людьми отрицательных аллостерических модуляторов каналов Cav1 (дигидропиридинов) было связано со значительным снижением риска развития болезни Паркинсона.[24][25][26][27][28] Эти объединенные наблюдения мотивировали Фазу 2, а теперь Фазу 3 клинических испытаний дигидропиридина исрадипина; это пятилетнее испытание будет завершено в конце 2018 года.[29][30] В случае успеха исрадипин будет первой терапией, изменяющей болезнь Паркинсона.

Избранные награды и награды

Рекомендации

  1. ^ "Клеточная и молекулярная неврология: Отделение физиологии: Медицинская школа Файнберга: Северо-Западный университет". Physio.northwestern.edu.
  2. ^ "Neurotree - Семейное древо Д. Джеймса Сёрмейера". neurotree.org.
  3. ^ https://www.michaeljfox.org/foundation/researchers.php?id=737[требуется полная цитата ][постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ Сюрмайер, Д. Джеймс; Сун, Вэнь-Цзе; Ян, Чжэнь (1996). «Скоординированная экспрессия дофаминовых рецепторов в неостриатальных средних колючих нейронах». Журнал неврологии. 16 (20): 6579–91. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.16-20-06579.1996. ЧВК  6578920. PMID  8815934.
  5. ^ а б Шен, Вт; Flajolet, M; Greengard, P; Сюрмайер, Д. Дж (2008). «Дихотомический дофаминергический контроль синаптической пластичности полосатого тела». Наука. 321 (5890): 848–51. Дои:10.1126 / наука.1160575. ЧВК  2833421. PMID  18687967.
  6. ^ Ван, Чжунфэн; Кай, Ли; День, Мишель; Ронези, Дженнифер; Инь, Генри H .; Дин, июнь; Ткач, Татьяна; Ловингер, Дэвид М .; Сюрмайер, Д. Джеймс (04.05.2006). «Дофаминергический контроль кортикостриатальной долгосрочной синаптической депрессии в средних шиповатых нейронах опосредуется холинергическими интернейронами». Нейрон. 50 (3): 443–452. Дои:10.1016 / j.neuron.2006.04.010. ISSN  0896-6273. PMID  16675398.
  7. ^ Сюрмайер, Д. Джеймс; Плоткин, Джошуа; Шен, Вэйсин (01.12.2009). «Дофамин и синаптическая пластичность в дорсальных цепях полосатого тела, контролирующих выбор действия». Текущее мнение в нейробиологии. 19 (6): 621–628. Дои:10.1016 / j.conb.2009.10.003. ISSN  0959-4388. ЧВК  2818437. PMID  19896832.
  8. ^ Чжай, Шэньюй; Танимура, Асами; Грейвс, Стивен М .; Шэнь, Вэйсин; Сюрмайер, Д. Джеймс (1 февраля 2018 г.). «Стриатальные синапсы, цепи и болезнь Паркинсона». Текущее мнение в нейробиологии. 48: 9–16. Дои:10.1016 / j.conb.2017.08.004. ISSN  0959-4388. ЧВК  6022405. PMID  28843800.
  9. ^ а б День, Мишель; Ван, Чжунфэн; Дин, июнь; Ань, Синьхай; Ingham, Cali A; Шеринг, Эндрю Ф; Вокосин, Дэвид; Илиич, Эма; Сунь, Чжуосинь; Sampson, Allan R; Мугнаини, Энрико; Дойч, Ариэль Y; Сесак, Сьюзан Р.; Арбутнотт, Гордон В.; Сюрмайер, Д. Джеймс (2006). «Селективное устранение глутаматергических синапсов на стриатопаллидных нейронах в моделях болезни Паркинсона». Природа Неврология. 9 (2): 251–9. Дои:10.1038 / nn1632. PMID  16415865.
  10. ^ Дин, июнь; Guzman, Jaime N; Ткач, Татьяна; Чен, Сонгай; Голдберг, Джошуа А; Эберт, Филип Дж; Левитт, Пэт; Уилсон, Чарльз Дж; Хамм, Хайди Э (14 мая 2006 г.). «RGS4-зависимое ослабление функции ауторецептора M4 в холинергических интернейронах полосатого тела после истощения дофамина». Природа Неврология. 9 (6): 832–842. Дои:10.1038 / nn1700. ISSN  1097-6256. PMID  16699510.
  11. ^ а б Шэнь, Вэйсин; Тиан, Синьюн; День, Мишель; Ульрих, Саша; Ткач, Татьяна; Натансон, Нил М; Сюрмайер, Д. Джеймс (30 сентября 2007 г.). «Холинергическая модуляция каналов Kir2 избирательно повышает возбудимость дендритов в стриатопаллидных нейронах». Природа Неврология. 10 (11): 1458–1466. Дои:10.1038 / nn1972. ISSN  1097-6256. PMID  17906621.
  12. ^ Дин, июнь; Peterson, Jayms D .; Сюрмайер, Д. Джеймс (18.06.2008). «Кортикостриатальный и таламостриатальный синапсы обладают отличительными свойствами». Журнал неврологии. 28 (25): 6483–6492. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.0435-08.2008. ISSN  0270-6474. ЧВК  3461269. PMID  18562619.
  13. ^ а б Дин, июнь Б; Guzman, Jaime N; Петерсон, Джеймс Д.; Голдберг, Джошуа А; Сюрмайер, Д. Джеймс (2010). «Таламические ворота кортикостриатальной передачи сигналов холинергическими интернейронами». Нейрон. 67 (2): 294–307. Дои:10.1016 / j.neuron.2010.06.017. ЧВК  4085694. PMID  20670836.
  14. ^ День, Мишель; Вокосин, Дэвид; Плоткин, Джошуа Л .; Тиан, Синьюн; Сюрмайер, Д. Джеймс (2008-11-05). "Дифференциальная возбудимость и модуляция стриатальных средних дендритов шипованных нейронов". Журнал неврологии. 28 (45): 11603–11614. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1840-08.2008. ISSN  0270-6474. ЧВК  3235729. PMID  18987196.
  15. ^ Сюрмайер, Д. Джеймс; Баргас, Хосе; Хеммингс, Хью К. Нэрн, Ангус К.; Грингард, Пол (1995). «Модуляция кальциевых токов с помощью каскада дофаминергической протеинкиназы / фосфатазы D1 в неостриатальных нейронах крыс». Нейрон. 14 (2): 385–97. Дои:10.1016/0896-6273(95)90294-5. PMID  7531987.
  16. ^ Шэнь, Вэйсин; Плоткин, Джошуа Л; Франкардо, Вероника; Ко, Вай Кин Д; Се, Чжун; Ли, Цинь; Фиблингер, Тим; Весс, Юрген; Нойбиг, Ричард Р; Линдсли, Крейг В. Конн, П. Джеффри; Грингард, Пол; Безард, Эрван; Ченчи, М. Анджела; Сюрмайер, Д. Джеймс (2015). «Передача сигналов мускаринового рецептора M4 улучшает дефицит пластичности полосатого тела в моделях дискинезии, вызванной L-DOPA». Нейрон. 88 (4): 762–73. Дои:10.1016 / j.neuron.2015.10.039. ЧВК  4864040. PMID  26590347.
  17. ^ Плоткин, Джошуа Л; День, Мишель; Петерсон, Джеймс Д.; Се, Чжун; Кресс, Джеральдин Дж; Рафалович, Игорь; Кондапалли, Джьотисри; Гертлер, Трейси С; Флажолет, Марк; Грингард, Пол; Ставараче, Михаэла; Каплитт, Майкл Дж .; Росински, Джим; Чан, К. Савио; Сюрмайер, Д. Джеймс (2014). «Нарушение передачи сигналов рецептора TrkB лежит в основе кортикостриатальной дисфункции при болезни Хантингтона». Нейрон. 83 (1): 178–88. Дои:10.1016 / j.neuron.2014.05.032. ЧВК  4131293. PMID  24991961.
  18. ^ Рен, Вэньцзе; Сентено, Мария Вирджиния; Бергер, Сара; У, Инь; На, Сяодун; Лю, Сяньго; Кондапалли, Джьотисри; Апкарян, А Ваня; Мартина, Марко; Сюрмайер, Д. Джеймс (2015). «Непрямой путь оболочки прилежащего ядра усиливает невропатическую боль». Природа Неврология. 19 (2): 220–2. Дои:10.1038 / № 4199. ЧВК  4889808. PMID  26691834.
  19. ^ Фиблингер, Тим; Грейвс, Стивен М; Себель, Люк Э; Алкасер, Кристина; Плоткин, Джошуа Л; Гертлер, Трейси С; Чан, К. Савио; Хейман, Мириам; Грингард, Пол; Ченчи, М. Анджела; Сюрмайер, Д. Джеймс (2014). «Тип-специфическая пластичность нейронов полосатого тела при паркинсонизме и L-DOPA-индуцированной дискинезии». Nature Communications. 5: 5316. Дои:10.1038 / ncomms6316. ЧВК  4431763. PMID  25360704.
  20. ^ Чан, К. Савио; Guzman, Jaime N; Илиич, Эма; Мерсер, Джефф Н. Рик, Кэролайн; Ткач, Татьяна; Мередит, Глория Э; Сюрмайер, Д. Джеймс (2007). "'Омоложение защищает нейроны в мышиных моделях болезни Паркинсона ». Природа. 447 (7148): 1081–6. Дои:10.1038 / природа05865. PMID  17558391.
  21. ^ Guzman, Jaime N; Санчес-Падилья, Хавьер; Вокосин, Дэвид; Кондапалли, Джьотисри; Илиич, Эма; Шумакер, Пол Т; Сюрмайер, Д. Джеймс (2010). «Оксидантный стресс, вызванный кардиостимуляцией в дофаминергических нейронах, ослабляется DJ-1». Природа. 468 (7324): 696–700. Дои:10.1038 / природа09536. ЧВК  4465557. PMID  21068725.
  22. ^ Голдберг, Джошуа А; Guzman, Jaime N; Эстеп, Чад М; Илиич, Эма; Кондапалли, Джьотисри; Санчес-Падилья, Хавьер; Сюрмайер, Д. Джеймс (2012). «Поступление кальция вызывает митохондриальный оксидантный стресс в нейронах блуждающего нерва, подверженных риску болезни Паркинсона». Природа Неврология. 15 (10): 1414–21. Дои:10.1038 / №3209. ЧВК  3461271. PMID  22941107.
  23. ^ Санчес-Падилья, Хавьер; Guzman, Jaime N; Илиич, Эма; Кондапалли, Джьотисри; Galtieri, Daniel J; Ян, Бен; Шибер, Саймон; Эртель, Вольфганг; Вокосин, Дэвид; Шумакер, Пол Т; Сюрмайер, Д. Джеймс (2014). «Митохондриальный оксидантный стресс в голубом пятне регулируется активностью синтазы оксида азота». Природа Неврология. 17 (6): 832–40. Дои:10.1038 / № 3717. ЧВК  4131291. PMID  24816140.
  24. ^ Гудала, Капил; Канукула, Раджу; Бансал, Дипика (2015). «Снижение риска болезни Паркинсона у пользователей блокаторов кальциевых каналов: метаанализ». Международный журнал хронических болезней. 2015: 697404. Дои:10.1155/2015/697404. ЧВК  4590944. PMID  26464872.
  25. ^ Беккер, С; Jick, S. S; Мейер, К. Р. (2008). «Использование гипотензивных средств и риск болезни Паркинсона». Неврология. 70 (16, п. 2): 1438–44. Дои:10.1212 / 01.wnl.0000303818.38960.44. PMID  18256367.
  26. ^ Ритц, Беате; Родс, Шеннон Л; Цянь, Лэй; Шернхаммер, Ева; Олсен, Йорген; Фриис, Сорен (2009). «Блокаторы кальциевых каналов L-типа и болезнь Паркинсона в Дании». Анналы неврологии. 67 (5): 600–6. Дои:10.1002 / ana.21937. ЧВК  2917467. PMID  20437557.
  27. ^ Пастернак, Бьёрн; Сванстрём, Хенрик; Nielsen, Nete M; Фуггер, Ларс; Мелби, Мэдс; Хвиид, Андерс (2012). «Использование блокаторов кальциевых каналов и болезнь Паркинсона». Американский журнал эпидемиологии. 175 (7): 627–35. Дои:10.1093 / aje / kwr362. PMID  22387374.
  28. ^ Ланг, Якун; Гонг, Дандан; Фан, Ю (2015). «Использование блокаторов кальциевых каналов и риск болезни Паркинсона: метаанализ». Фармакоэпидемиология и безопасность лекарств. 24 (6): 559–66. Дои:10.1002 / pds.3781. PMID  25845582.
  29. ^ https://www.michaeljfox.org/foundation/grant-detail.php?grant_id=486[требуется полная цитата ][постоянная мертвая ссылка ]
  30. ^ Номер клинического исследования NCT02168842 за «Эффективность исрадипина при ранней болезни Паркинсона» в ClinicalTrials.gov

внешняя ссылка