Yoshito Kaziro

Yoshito Kaziro (18 kwietnia 1929 - 29 czerwca 2011) był japońskim biochemikiem i naukowcem medycznym, który przez ponad 50 lat prowadził badania nad skutkami i mechanizmami zmian konformacyjnych zależnych od ATP i GTP w enzymach i wewnątrzkomórkowych szlakach sygnałowych . Jest dobrze znany ze swoich badań nad różnymi szlakami transdukcji sygnału z udziałem białek wiążących GTP oraz mechanizmu zależnych od biotyny reakcji karboksylacji białek koenzymu A (CoA).

Życie osobiste

Kaziro urodził się 18 kwietnia 1929 roku w Okayamie w Japonii . Jest synem Nobuyo Kaziro i Kozo Kaziro, znanego badacza hemoglobiny . 5 sierpnia 1950 roku ożenił się z Kuniko Ohkoshi Kaziro. Kaziro i jego żona mieli dwoje dzieci, Shoko Kaziro, jego pierworodnego, nazwanego na cześć jego badań nad krystalizującą karboksylazą propionylo-CoA zależną od biotyny , oraz Hisako Kaziro. W trakcie swojej kariery Kaziro służył jako badacz, mentor i profesor, zawsze okazując ciepłą osobowość swoim rówieśnikom i studentom. W 1959 zaprzyjaźnił się z Severo Ochoa , a Laureat Nagrody Nobla znany z badań nad syntezą RNA i kodem genetycznym, pracował w swoim laboratorium. Po pracy nad rolą ATP w reakcji karboksylazy propionylu stał się dobrym przyjacielem Fritza Lipmanna , laureata Nagrody Nobla znanego z badań nad ATP i acetylo-CoA . Chociaż Japonia nie miała najlepszego zaplecza laboratoryjnego w czasie swoich badań, Kaziro pracował nad zwiększeniem obecności Japonii w tej dziedzinie, przyczyniając się do światowego postępu w nauce i medycynie. W 1983 roku Kaziro stanął przed jednym z najtrudniejszych wyzwań w swoim życiu, kiedy odeszła jego żona raka , który był integralną częścią wspierania jego badań. Po walce z chłoniakiem złośliwym Kaziro zmarł 29 czerwca 2011 roku.

Edukacja i kariera

W marcu 1949 r. Kaziro ukończył VI Liceum Ogólnokształcące o profilu przyrodniczym. Następnie Kaziro uczęszczał na Uniwersytet Tokijski , który ukończył w marcu 1954 na Wydziale Lekarskim. Następnie Kaziro odbył staż w Szpitalu Uniwersyteckim na Uniwersytecie Tokijskim. Staż ukończył w marcu 1955 r., a tytuł doktora medycyny uzyskał na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Tokijskiego w czerwcu 1955 r. Kaziro zapisał się na studia podyplomowe na Uniwersytecie Tokijskim w zakresie 2. podstawowych badań medycznych i badań biologicznych. W czerwcu 1959 roku Kaziro ukończył studia podyplomowe na Uniwersytecie Tokijskim i uzyskał stopień doktora.

Kaziro skorzystał z międzynarodowego stypendium podoktoranckiego w amerykańskiej publicznej służbie zdrowia , które skłoniło go do prowadzenia badań z profesorem Severo Ochoa na Wydziale Biochemii Centrum Medycznego Uniwersytetu Nowojorskiego . We wrześniu 1960 roku został pracownikiem naukowym w laboratorium Ochoa. Kaziro i Ochoa przez trzy lata badali mechanizm wiązania dwutlenku węgla związany z karboksylacją białek CoA. W badaniach Kaziro i Ochoa zaproponowano etapy mechanizmu reakcji karboksylazy propionylu obejmującej wymianę ATP i ADP. Ich wspólna praca była później cytowana w podręczniku „The Enzyme” Malcolma Dixona, opublikowanym w 1964 roku.

W grudniu 1963 roku Kaziro wrócił do Japonii i został adiunktem prowadzącym badania na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Tokijskiego. Po trzech latach pracy jako adiunkt, Kaziro awansował na profesora nadzwyczajnego w Instytucie Chorób Zakaźnych Uniwersytetu Tokijskiego w grudniu 1966 roku. Wiosną 1967 roku Instytut Nauk Medycznych Uniwersytetu Tokijskiego (IMSUT) została założona, a Kaziro został awansowany na profesora w IMSUT w kwietniu 1967 roku. Podczas swoich badań w IMSUT Kaziro skupił się na mechanizmach GTP i proponowanych szlakach sygnałowych związanych z białkami wiążącymi GTP. Badał rolę GTP w translokacji białek przez rybosom, charakteryzację kompleksów białkowych wiążących nukleotydy G oraz rolę hydrolizy GTP w mechanizmach białkowych. Jego badania nad zmianami konformacyjnymi białek wynikającymi z uwolnienia energii podczas hydrolizy GTP zostały rozszerzone na późniejsze badania wewnątrzkomórkowych transdukcji sygnału i stał się powszechnie akceptowany wśród badaczy na całym świecie.

W 1975 roku Kaziro wziął udział w sympozjum z okazji 70-lecia Severo Ochoa. Na sympozjum poznał dr Arthura Kornberga z Uniwersytetu Stanforda , przedstawiając go wielu swoim kolegom. Kaziro i jego współpracownicy zaczęli zaprzyjaźniać się z Arthurem Kornbergiem i naukowcami z Wydziału Biochemii Stanforda, co skłoniło Kaziro do uznania Kalifornii za swoją drugą ojczyznę w świecie biotechnologii.

W marcu 1990 roku Kaziro przeszedł na emeryturę z Uniwersytetu Tokijskiego i udał się na Uniwersytet Stanforda, aby kontynuować swoje badania. W kwietniu 1990 roku Kaziro dołączył do DNAX Research Institute of Molecular and Cellular Biology i został mianowany profesorem-doradcą na Wydziale Chemii na Uniwersytecie Stanforda w Palo Alto w Kalifornii.

W 1993 roku Kaziro wrócił do Japonii i założył nowe laboratorium na Wydziale Nauk Biologicznych i Biotechnologii o nazwie Tokyo Institute of Technology (TIT). Podczas swojego pobytu w TIT, Kaziro prowadził badania nad różnicową prezentacją mRNA, która stała się dobrze znaną techniką używaną do identyfikacji, które geny wykorzystują sygnalizację białka G do regulacji ich aktywacji. Ponadto Kaziro prowadził badania nad ludzkim homologiem kinazy tyrozynowej związanej z apoptozą (AATYK) i zidentyfikował izoformy, które są nowymi białkami wiążącymi Cdk5 /p35 zaangażowanymi w progresję cyklu komórkowego.

W kwietniu 2000 roku Kaziro przeszedł na emeryturę z TIT i został wiceprezesem Uniwersytetu Sanyo Gakuen , znajdującego się w jego rodzinnym mieście Okayama w Japonii. Pełnił funkcję profesora na Uniwersytecie Santo Gakuen przez trzy lata, zanim został mianowany profesorem na Uniwersytecie w Kioto w kwietniu 2003 roku. Na Uniwersytecie w Kioto Kaziro pełnił funkcję dyrektora nowej Horizontal Medical Research Organization (HMRO) w Wyższej Szkole Medycyna. W 2007 roku Kaziro został mentorem w Jednostce Promocji Ścieżki Kariery Młodych Naukowców (CPLS) na Uniwersytecie w Kioto . Kaziro zakończył karierę, obejmując stanowisko prezesa na Uniwersytecie Sanyo Gakuen.

Badania

Kaziro jest najbardziej znany ze swoich badań nad szlakami transdukcji sygnału sterowanymi przez GTP oraz białkami wiążącymi, enzymami i regulacją genów tych szlaków. Ponadto Kaziro pomógł w zaproponowaniu mechanizmu karboksylacji białek CoA w wyniku zmiany konformacyjnej wywołanej hydrolizą ATP.

Badania Kaziro pod kierunkiem Severo Ochoa w Departamencie Biochemii Centrum Medycznego Uniwersytetu Nowojorskiego rozpoczęły się w 1960 r. od zbadania biotyny i jej roli w reakcji karboksylazy propionylowej przekształcającej propionylo-CoA w metylomalonylo - CoA . Wytwarzając skrystalizowaną karboksylazę propionylową serca świni, Kaziro i jego zespół byli w stanie zaobserwować wpływ biotyny i odczynników wiążących sulfhydryl na funkcję enzymu. Kaziro i jego zespół odkryli, że mechanizm karboksylacji i dekarboksylacji enzymu karboksylazy propionylu zachodzi w dwóch reakcjach i zaproponowali, że reakcja uboczna jest odpowiedzialna za CO ₂ zależna wymiana Pi i ADP z ATP. Odkryli również, że ich wysoce oczyszczony enzym karboksylazy propionylo-karboksylazy zawierał znaczne ilości biotyny. Ponieważ żadna biotyna nie została uwolniona po przygotowaniu próbki z kwasem nadchlorowym, doszli do wniosku, że biotyna jest kowalencyjnie związana z enzymem.

Po zbadaniu reakcji karboksylazy propionylu przez kolejny rok w laboratorium Ochoa, Kaziro i jego zespół opublikowali w 1961 roku artykuł udoskonalający mechanizm reakcji enzymu. Zespół badawczy zaproponował ogólny mechanizm polegający na wymianie ATP na ADP i Pi, co prowadzi do przyłączenia CO ₂ do enzymu karboksylazy propionylu. Dodatek CO ₂ do enzymu katalizował reakcję przekształcenia propionylo-CoA w metylomalonylo-CoA. Kaziro i jego współpracownicy odkryli, że reakcja przekształcania propionylo-CoA w metylomalonylo-CoA, katalizowana przez karboksylazę propionylową, wynika z dwóch oddzielnych, odwracalnych reakcji, które współpracują ze sobą w celu karboksylacji lub dekarboksylacji enzymu. W obecności jonów magnezu enzym był karboksylowany przez _CO2 ¬ i ATP, przy braku jonów magnezu, enzym był karboksylowany przez metylomalonylo-CoA. W przypadku dekarboksylacji enzymu te dwie reakcje przebiegają w odwrotnym kierunku. W 1962 roku Kaziro i jego zespół badawczy w laboratorium Ochoa kontynuowali badania nad mechanizmem karboksylazy propionylowej, proponując bardziej dopracowane szczegóły mechanizmu. Kaziro i jego zespół odkryli, że ATP ulega arsenolizie, co wskazuje, że tworzenie się CO2 _związanego z enzymem zachodzi jako reakcja jednoetapowa, a HCO3 jest reaktywną formą CO2 _w reakcji karboksylazy propionylu.

Podczas swoich lat badań w IMSUT Kaziro skupił się na białkach wiążących GTP, roli GTPaz w transdukcji sygnału oraz roli GTP w ekspresji genów mRNA . W 1971 roku Kaziro prowadził badania nad identyfikacją właściwości dwóch białek wiążących H-GTP w E. coli. Czynnik T jest jednym z dwóch uzupełniających się czynników, które są wymagane do wydłużenia wiązań peptydowych na rybosomach w E. coli . Czynnik T dzieli się na komponenty Tu i Ts, przy czym w obecności GTP kompleks Tu-Ts dysocjuje na Tu i Ts i ponownie łączy się pod nieobecność guaniny. Zespół badawczy zasugerował, że kompleks Tu-Ts dysocjuje tylko w obecności GTP.

W 1974 roku Kaziro kierował zespołem badawczym badającym rolę GTP w translokacji białek przez rybosom. W obecności czynnika wydłużania G (EF-G) i GTP, N-acetylodifenyloalanylo-tRNA przesuwa się z miejsca A (Kompleks 2) w rybosomie do miejsca P w rybosomie. Naukowcy odkryli, że 5'-guanylilometylenodifosfonian (Gpp(CH2)p), nieulegająca hydrolizie forma GTP, może być wykorzystany do badania wpływu reakcji na kompleks II rybosomu. Kaziro i jego zespół odkryli, że GTP ułatwia wiązanie EF-G z kompleksem II podczas reakcji translokacji. Ponadto zaproponowali, że hydroliza GTP jest związana z usuwaniem EF-G po reakcji translokacji.

W 1978 roku Kaziro opublikował obszerny artykuł opisujący rolę 5'-trifosforanu guanozyny w wydłużaniu łańcuchów polipeptydowych w rybosomie. Kaziro najpierw wyjaśnia kompleksy białkowe zaangażowane w syntezę nowych białek i szczegółowo opisuje proces syntezy białek za pomocą rybosomu. Następnie Kaziro dokonuje przeglądu wybitnych uzupełniających się czynników związanych z wydłużaniem białek, takich jak EF-Tu , EF-Ts i wiele innych prokariotycznych czynników wydłużających. Następnie Kaziro wyjaśnia, w jaki sposób GTP oddziałuje z tymi prokariotycznymi czynnikami wydłużania i promuje zmiany konformacyjne poprzez hydrolizę.

Kaziro dalej poszerzył swój profil badawczy w 1986 roku, kiedy rozpoczął badania genetyczne nad czynnikiem stymulującym tworzenie kolonii granulocytów (G-CSF). G-CSF jest hormonopodobną glikoproteiną, która pomaga w regulacji proliferacji i różnicowania komórek hematopoetycznych komórki lub te komórki macierzyste krwi, które dojrzewają i różnicują się w składniki komórkowe krwi. Ustanawiając linię komórkową ludzkiego raka płaskonabłonkowego, Kaziro i jego zespół byli w stanie wyprodukować duże ilości oczyszczonego G-CSF. Zespołowi udało się określić częściową sekwencję aminokwasową białka i wyprodukować kilka klonów w komórkach. Umożliwiło to naukowcom określenie pełnych sekwencji nukleotydowych cDNA, wyrażających normalną aktywność G-CSF. Ponadto Kaziro i jego zespół doszli do wniosku, że ludzki genom zawiera tylko jeden gen dla G-CSF.

W 1988 roku Kaziro rozpoczął badania nad ludzkim genem Gs alfa , zaangażowanym w tworzenie podjednostki alfa białek G. Białka G to białka nukleotydów guaniny, które działają w regulacji cyklazy adenylanowej, zaangażowanej w transbłonową sygnalizację. Podjednostki alfa tych kompleksów białka G są odpowiedzialne za wiązanie z nukleotydem guaniny i są unikalne dla każdego typu białka G. Kaziro i jego czas badawczy wyizolowali gen dla Gs alfa za pomocą sondy szczurzego cDNA Gs alfa. Kaziro ustalił, że ludzki haploidalny genom prawdopodobnie zawiera pojedynczy gen Gs alfa. Badając strukturę ludzkiego genu Gs alfa, Kaziro i jego zespół zasugerowali, że z pojedynczego genu mogą powstać cztery typy nici mRNA Gs alfa, wynikające z różnych wzorców splicingu intronów i eksonów genu. Kaziro scharakteryzował również region promotora ludzkiego genu Gs alfa jako mający niezwykle wysoką zawartość nukleotydów guaniny.

W 1991 roku Kaziro zebrał lata swoich badań dotyczących struktury i funkcji białek wiążących GTP i opisał różne szlaki transdukcji sygnału. Kaziro i jego zespół szczegółowo opisali związek czynników wydłużania białek z hydrolizą GTP. Ponadto Kaziro wyjaśnił działanie GTPazy białek Ras, które działają jako przełączniki molekularne do różnicowania komórek, wzrostu komórek i apoptozy. Kaziro wyjaśnił również etapy cyklu GTPazy.

Pod koniec swoich badań na Uniwersytecie Tokijskim Kaziro rozpoczął bardziej szczegółowe badanie białek Ras , badając aptamery RNA, które hamują indukowaną przez Ras aktywację Raf-1 . Enzym kinazy cytoplazmatycznej Raf-1, który przekazuje sygnały proliferacyjne i rozwojowe z błony plazmatycznej komórki do jej cytozolu i jądra. Kaziro i jego zespół opracowali aptamery RNA, które hamowały interakcję Ras z domeną wiążącą Raf-1 ze względu na wysokie powinowactwo aptameru do domeny wiążącej Ras. Kaziro doszedł do wniosku, że aptamer RNA 9A jest najsilniejszy i może być używany przez naukowców jako narzędzie do regulacji szlaków sygnałowych Ras i Raf-1 w komórkach. Ponadto Kaziro badał szczególną mutację wewnętrznych prostowników sprzężonych z białkiem G (GIRK), które mogą odgrywać rolę w rozwoju choroby Andersena. Kaziro i jego zespół zidentyfikowali mutację reszty glutaminianu zlokalizowanej na C-końcu wewnętrznych kanałów prostownika potasowego. Zespół badawczy doszedł do wniosku, że obszar mutacji musi być jednym z wyznaczników kontrolowania otwarcia bramki jonowej dla GIRK i kanałów prostownika wewnętrznego potasowego. Związek tej mutacji z zespołem Andersena polega na tym, że odpowiada ona lokalizacji jednej z głównych genetycznych przyczyn tego zespołu.

Nagrody i członkostwo w społeczeństwie

• Nagrody
  • 1972 - 9. nagroda Matsunagi
  • 1980 – Nagroda medyczna Takeda
  • 1995 – Medal z Fioletową Wstążką
  • 1999 - Nagroda Gakushiin w Japonii
  • 2002 – członek zagraniczny Narodowej Akademii Nauk, USA
  • 2002 – Członek Akademii Mikrobiologii, USA
  • 2005 - Medal Orderu Świętego Skarbu Japonii
  • 2006 – Honorowy członek Japońskiego Towarzystwa Biochemicznego
• Członkostwa i stanowiska w Towarzystwie
  • 1972 – 1976: zastępca redaktora naczelnego Journal of Biochemistry
  • 1974 – 1999: Członek Komitetu Sympozjum Delegacji Japońskiej Międzynarodowej Unii Biochemii (IUB)
  • 1975 – 1983: Powiernik Federacji Biochemików Azji i Oceanii (FAOB)
  • 1976 – 1999: Członek Komitetu Badań Biochemicznych Rady Akademickiej Japonii
  • 1979 – 1983 i 1987-1992: Członek Rady Japońskiego Towarzystwa Biologii Molekularnej
  • 1979 – 2011: Powiernik Uniwersytetu Sanyo Gakuen
  • 1983 – 1984: Wiceprezes Japońskiego Towarzystwa Biochemicznego
  • 1984 – 1985: Prezes Japońskiego Towarzystwa Biochemicznego
  • 1987 – 1995: Członek Rady Redakcyjnej czasopisma Biochimica et Biophysica Acta
  • 1987 – 1993: Członek Rady Redakcyjnej Biochemistry (USA)
  • 1987 – 2002: Członek Rady Redakcyjnej czasopisma Biochimie (Francja)
  • 1989 – 2002: Członek Rady Redakcyjnej J. Biology Chemistry (USA)
  • 1992 – 2011: rektor Uniwersytetu Sanyo Gakuen
  • 2000 – 2011: Członek Rady Fundacji Nauki Takeda
  • 2004 – 2011: Członek Rady Tokyo Medical Research Foundation
  • 2008 – 2011: Doradca Rady Redakcyjnej Międzynarodowej Sieci Biologii Molekularnej Azji i Pacyfiku