カール・H・ジョンソン

カール・H・ジョンソン
生まれる	ワシントン D.C.
国籍	アメリカ人
母校	テキサス大学オースティン校 スタンフォード 大学 ハーバード大学
科学者としてのキャリア
フィールド	生物学、概日リズム
機関	ヴァンダービルト大学
博士課程の指導教員	デビッド・エペル コリン ・ピッテンドリグ
その他の学術アドバイザー	マイケル・メナカー

カール・ハーシー・ジョンソンはアメリカ生まれの生物学者で、さまざまな生物の時間生物学、特にシアノバクテリアの細菌概日リズムを研究しています。^{[1]ジョンソンは}テキサス大学オースティン校で優等教養学部の学位を取得し、その後スタンフォード大学で生物学の博士号を取得しました。スタンフォード大学ではコリン・ピッテンドリグ博士の指導の下で研究を始めました。^{[2]現在、ジョンソンは}ヴァンダービルト大学のスティーブンソン生物科学教授です。^[3]

カール・ジョンソンはワシントンDCで生まれた。テキサス大学オースティン校に入学した当初、彼は研究を追求するのではなく医学部に進学するつもりだった。^{[2]しかし、}マイケル・メナカー博士が率いる時間生物学研究室で学部生として働いた後、すぐに研究への情熱が湧いてきた。ジョンソンは「音楽が[彼を]科学へと導いた」と主張しており、もともとはクラシック音楽の声楽のレッスン代を稼ぐためにメナカーのもとで研究職を始めた。クラシック音楽は今でも主な趣味であり、ナッシュビル交響楽団の合唱団で歌い続けている。^[4]また、余暇にはヨガを楽しんでいる。^[2]

ジョンソンは、1976年にテキサス大学オースティン校で優等教養学士（プランII優等プログラム^[5]）を取得しました。この間、彼はマイケル・メナカー博士の指導の下で学部研究に従事しました。メナカー博士の研究室は鳥類とげっ歯類の体内時計を研究していました。^{[6] [7] [8]}ジョンソンは、メナカー博士の研究室で実験研究の実践に触れたことで、医師になるという当初の計画ではなく、大学院に進学することにしました。^{[2]彼は1982年にスタンフォード大学で生物学の博士号を取得し、最初は}時間生物学の著名なリーダーであるコリン・ピッテンドリグの下で働き、その後、学位を取得するためにデビッド・エペルの研究室に移りました。その後ジョンソンはハーバード大学で細胞・発生生物学の博士研究員として研究を行い、1987年に藻類を含む多くの生物の生物発光に関する研究で有名な生物学者JW 'ウッディ' ヘイスティングス博士（ジョン・ウッドランド・ヘイスティングス）の指導の下、研究を終えた。 ^[9]ヘイスティングスはジョンソンの親友であり指導者となった。1987年、ジョンソンはヴァンダービルト大学に移り、独立した研究プログラムを開始し、それ以来ヴァンダービルト大学の生物学教授を務めている。^{[2] [3]}

ジョンソンが研究の世界に入ったのは、学部生の頃、鳥類の松果体^{[7] [10]や}脊椎動物の他の時間生物学プロジェクト^[8]に取り組んでいたメナカーの研究室に所属していたときだった。スタンフォード大学の大学院でコリン・ピッテンドリグの指導の下、ジョンソンはヒルやゴキブリなどさまざまな生物の概日リズムの発見を試みた。また、ミミズを対象に、脳の損傷部分が再生すると概日リズムが完全に回復するかどうかを調べた。また、リズミカルな酸塩基関係を探るため、細胞内の pH レベルを測定する方法も開発した。しかし、これらのプロジェクトのうち最終的に出版に至ったのは、パンカビの一種Neurospora crassaにおける時計による pH 制御に関する論文の 1 つだけであった。^[11]ジョンソンは大学院4年目にデイビッド・エペルの海洋生物学研究室^[12]に移った。ウニとヒトデの卵の受精時のpH変化に関する研究は、彼が以前に細胞内のpHレベルを測定するために開発した方法を応用するのに最適なシステムだったからだ。^{[13] [14]}彼はこのテーマで多くの論文を発表した。^{[15] [16]}ヘイスティングスとのポスドク研究でジョンソンは体内時計の分野に戻り、主に生物発光藻類ゴニヤウラックス・ポリエドラ^{[17] [18]}のリズムについて研究し、後に遺伝学の藻類モデルシステムであるクラミドモナス・ラインハルティ^[19]にも取り組んだ。

1980 年代後半まで、ほとんどの時間生物学者は、細菌は概日リズムを表現するには「単純すぎる」と考えていました。^[20]ジョンソンはこの教義を受け入れず、1978 年にはすでに、生物時計が存在する可能性についてハロアーキアを調べていました。ハロアーキアの研究は成果を上げませんでしたが、他の研究でシアノバクテリアに概日リズムが存在する可能性が示唆されたため、^{[21] [22]}ジョンソンは同僚や協力者とともに、ルシフェラーゼレポーター システムを使用して、シアノバクテリア門のSynechococcus elongatus が細菌の概日リズム(約 24 時間周期) の証拠を示していることを証明しました。^{[23] Synechococcus は、}概日リズムの定義特性である自由継続リズム、温度補償、同調能力を表現しました。^[1]これらの生物は、細胞分裂を禁止期と許可期で制御します。^[24]そのため、ジョンソンと同僚は、細菌には毎日の生物学的サイクルがないという当初の考えに異議を唱えました。さらに、彼らは細菌時計の中心要素であるKaiABC遺伝子クラスターを特定し、その構造を決定しました。^{[25]現在、細菌の概日リズムが少なくとも一部の}原核生物に存在するという考えは、時間生物学コミュニティで広く受け入れられており、原核生物はリズム性を研究するための重要なモデルシステムです。^[26]

1999年、ジョンソンと彼のチームは、フェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）に基づく分子の相互作用を研究する新しい方法を開発し、特許を取得しました。これは蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）としても知られています。 ^{[27]彼らは既存のFRET技術を改良し、光を使用して目的のタンパク質に結合した}蛍光体を活性化する代わりに、ルシフェラーゼ活性を持つ生物発光タンパク質を使用しました。BRETは光励起の必要性を排除し、したがって光が概日時計に一般的に引き起こす変化、例えば時計の位相のリセットを回避します。光励起を回避するため（FRETの場合のように）、BRETは、（1）組織が自己蛍光を発する場合、（2）光励起が光毒性、光反応（網膜の場合のように）、または光退色を引き起こす場合、および（3）オプトジェネティクスと連携する場合にも役立ちます。^[28]この新しいタンパク質間相互作用測定法は、細胞内カルシウムイオンと水素イオンの新しいレポーターを開発する能力を研究者に与えます。この方法は、生細胞培養、細胞抽出物、精製タンパク質を扱う研究者にとって非常に有用であると予想されます。

ジョンソン研究室では現在、生物物理学的手法を用いて、細菌の中枢時計タンパク質（KaiA + KaiB + KaiC）が試験管内でどのように振動するかを説明している。^{[26] [29] [30]}ジョンソン研究室はマーティン・エグリ博士の研究室と共同で、構造生物学の手法を概日時計のメカニズムへの洞察に応用する共同研究を主導してきた。^{[25] [31]}同研究室はまた、シアノバクテリアの変異体とコドンバイアスを用いて、生物時計が適応に果たす役割について初めて厳密な証拠を提示した。^{[32] [33] [34]}ジョンソン研究室は、シアノバクテリアから紅色細菌へと細菌の概日リズムの研究を拡大している。^{[26] [35]}現在同研究室では、発光を脳内の概日リズムをモニターするツールとして用いて、哺乳類の概日システムの生体内および試験管内研究も行っている。^{[28]最後に、ジョンソンと彼の研究室は、}アンジェルマン症候群と呼ばれる重篤なヒト神経発達障害のマウスモデルの概日リズムと睡眠表現型を研究しています。研究室は、この症候群の患者の睡眠障害を改善するための時間治療法を見つけることを望んでいます。^[36]

• 1982年：スタンフォード大学卒業、生物学博士号取得
• 1987年：細胞・発生生物学博士研究員修了（ハーバード大学）
• 1987年 - 1994年: ヴァンダービルト大学生物学部助教授
• 1994年 - 1999年: ヴァンダービルト大学生物学部准教授
• 1999年 - ヴァンダービルト大学生物学部教授
• 1993年: シアノバクテリアの概日リズムに関する最初の論文を発表
• 1995年 - 会長: Journal of Biological Rhythmsの編集委員を務める
• 2005年：ヴァンダービルト大学学長研究賞受賞
• 2012年 - 2014年: 生体リズム研究協会会長

• 生体リズム研究学会会長（2012-2014年）^[37]
• ヴァンダービルト大学学長研究賞（2005年）^[38]
• 生体リズム研究におけるアショフ・本間賞（2014年）^[39]
• 生体リズム研究協会幹事兼会計係
• ファイ・ベータ・カッパ協会^[40]

• マイケル・メナカー
• 概日リズム
• 時間生物学
• シアノバクテリア
• 細菌の概日リズム