スーザン・ゴールデン

スーザン・ゴールデン
生まれる	1957年（68～69歳） パインブラフ、アーカンソー州、アメリカ合衆国
母校	ミシシッピ女子大学生物学学士号（1978年）、ミズーリ大学遺伝学博士号（1983年）
配偶者	ジェームズ・ゴールデン ​ （ 1979年生まれ）
科学者としてのキャリア
フィールド	時間生物学、バイオエンジニアリング
機関	シカゴ大学（1983年）、テキサスA&M大学（1986年）、 カリフォルニア大学サンディエゴ校生物科学部（2008年）
博士課程の指導教員	ルイス・A・シャーマン

スーザン・ゴールデン（旧姓 スティーブンス、1957年生まれ）は、概日リズムの研究で知られるアメリカの分子生物学教授です。現在はカリフォルニア大学サンディエゴ校の教員です。

幼少期と教育

ゴールデンは1957年、アーカンソー州パインブラフに生まれました。 ^[1]地元の公立高校に通い、マーチングバンドと学校新聞に携わりました。 1976年にミシシッピ女子大学に入学し、ジャーナリズムを専攻しましたが、すぐに生物学、副専攻に転向しました。

ゴールデンはミズーリ大学を2年で卒業し、その後、ミズーリ大学でNIHが資金提供する遺伝学博士課程の最初の研修生に採用された。大学院在学中に、ゴールデンは同じ博士課程の学生であるジェームズ・ゴールデンと出会った。^[2]二人は後に1979年に結婚した。ミズーリ大学で、ゴールデンはシアノバクテリアの光合成中心のタンパク質構成を研究し、1983年にシカゴ大学にポスドク研究員として移籍した後も研究を続けた。^[1]

1986年、ゴールデンは細菌における光依存性遺伝子制御の研究を深めるため、テキサスA&M大学の教授職に就きました。テキサスA&M大学在学中、ゴールデンはカール・ジョンソンと近藤隆雄との出会いをきっかけに概日リズムの研究に興味を持つようになり、後に二人と共にカイ複合体を発見しました。^[2]ゴールデンは2003年にテキサスA&M大学の特別教授に昇進し、2008年にはカリフォルニア大学サンディエゴ校に移り、現在は同大学の特別教授兼概日生物学センター所長を務めています。^[3]

研究貢献

初期の作品

ゴールデンは、ルイス・A・シャーマンのもとで大学院生としてのキャリアを開始し、そこで遺伝学を用いてシアノバクテリアSynechoccus elongatusの光合成複合体のタンパク質を研究した。ゴールデンは、psbA 遺伝子の変異対立遺伝子がシアノバクテリアに除草剤耐性を付与するのに十分であることを初めて実証した。^[2]その後の別の研究で、この遺伝子は光合成に関与する光化学系 II複合体に不可欠なタンパク質をコードしていることが確認された。 ^{[4]これらの発見は、シアノバクテリアの遺伝子操作が比較的簡単であることも実証し、} S. elongatus を将来の遺伝子実験のモデル生物として開拓した。^[2]ゴールデンは、シカゴ大学のロバート・ハゼルコーンの研究室で博士研究員として研究を続けている間、光合成遺伝子の遺伝子調節のメカニズムを解明するため、Synechoccus elongatusの遺伝子操作技術の開発に取り組んだ。 1989年、ゴールデンのチームは、シアノバクテリアによって発現される特定のpsbAアレルが、コロニーが成長した光条件に依存することを発見しました。^{[5]この発見から、彼女は}光が生物の光合成遺伝子の発現にどのように影響するかをより一般的に調査するようになり、 ^[6]環境入力に対する細菌の応答の全体的な理解に貢献しています。^[7]この研究の流れでは、生体内の遺伝子発現の変化を可視化する技術の開発が必要でした。テキサスA&M大学の教授時代に、ゴールデンは、問題のシアノバクテリア遺伝子のプロモーターにルシフェラーゼ遺伝子を付加し、暗視スコープでコロニーを観察することで、この問題を解決しようとしました。^[2]このアプローチは成功し、長期間にわたって生体内でのシアノバクテリアの遺伝子発現を定量化できるようになりました。この技術は時間生物学者のカール・H・ジョンソンの興味を引き、ゴールデンはジョンソンと共同研究を行い、最終的にKaiABC複合体を発見しました。^[2]

カイ複合体の発見

ゴールデン氏は、概日時計を持つことが知られている光合成細菌のグループであるシアノバクテリアの内因性リズムを研究しています。彼女は、よく研究されているシアノバクテリアの1種であるSynechococcus elongatusをルシフェラーゼレポーター遺伝子で形質転換し、生物発光で概日リズムを示しました。このレポーターシステムを使用して、シアノバクテリアの時計に関連する3つの重要なタンパク質、KaiA、KaiB、およびKaiCが発見されました。Carl H. JohnsonおよびTakao Kondoと共同で、彼女は、原核生物の概日時計の唯一のモデル生物であるS. elongatus PCC 7942 ^[8]で概日リズムを制御する分子メカニズムを実証し、説明しました^[3]。Susan Golden は、遺伝子とその機能を破壊するトランスポゾンを使用した変異スクリーニングによって、概日リズムに寄与するS. elongatusゲノムの遺伝子を特定しました。ある変異スクリーニング研究では、19の変異が同定され、3つのkai遺伝子にマッピングされました。kai遺伝子のいずれか1つを不活性化すると、kaiBCプロモーター活性が低下し、 KaiAとKaiBの発現の概日リズムが消失しました。^[9]

カイタンパク質概日リズムシステム

S. elongatusは、KaiA、KaiB、KaiCという3つのタンパク質のみを振動子とする概日時計を持っています。概日リズムはKaiCのリン酸化と脱リン酸化に基づいて生成されます。光はシアノバクテリアにエネルギーと情報を伝達し、概日時計の転写制御に影響を与えます。この24時間リズムは、ATPを添加することでin vitroで再現できます。^{[10] ATP/} ADP比は一日を通して変動し、KaiCによって感知され、このシグナルに基づいてリン酸化または脱リン酸化が行われます。このKaiタンパク質システムは、現在知られている中で 最も単純な翻訳後振動子です。

光合成を行うシアノバクテリアでは、概日時計は光によって駆動され、暗闇によってリセットされる。ゴールデンがcikA遺伝子を変異させたところ、時計は機能するもののリセットできなくなり、細菌における永久的な時差ぼけに相当する状態が生じた。CikAタンパク質にはKaiAと構造的に類似したドメインが含まれており、これも時計のリセットに重要であることがわかった。CikAとKaiAは、光合成の電子伝達系で電子を運ぶキノンに結合する。キノンは暗闇では酸化され、光では還元され、その酸化還元状態はKaiAの活性に影響を与える。キノンが酸化されると、KaiAはKaiCから分離して結合し、時計をリセットする。したがって、キノンはKaiCに光情報を伝達するために不可欠である。^[2]

現在の研究

代謝工学

2008年にカリフォルニア大学サンディエゴ校に移った後、スーザン・ゴールデンの研究は夫のジェームズ・ゴールデンの研究と合流し、バイオ燃料の研究に着手しました。^{[2]彼女は現在、}シアノバクテリアをバイオ燃料の工業生産に利用する可能性を研究しています。シアノバクテリアは、ゲノムが単純で、遺伝子組み換えによって産業効率を高めることができるため魅力的です。その光合成能力は、持続可能なバイオ燃料の生産に理想的に利用され、石油やその他の化石燃料の必要性を置き換える可能性があります。^[3]シアノバクテリアは成長に必要な条件がシンプルで、急速に成長するために必要なのは日光、水、そして無機微量元素だけです。シアノバクテリアは、大気中の炭素（二酸化炭素）をバイオオイルやバイオ燃料に固定することができます。^[11]

2016年にゴールデンらはS. elongatusの代謝モデルを手動でキュレーションし、線形トリカルボン酸回路（TCA）代謝経路の重要性とバイオ産業への応用に向けた潜在的な改変を示唆した。^[12]

栄誉、賞、会員資格

• 国立科学財団大統領若手研究者賞、1989年 - 1995年
• 2000年に選出されたアメリカ微生物学会会員
• テキサスA&M大学 特別教授、2003年
• 1000生物学部教授（2008年 - 2015年）^[13]
• カリフォルニア大学サンディエゴ校分子生物学特別教授および学長特別教授（2008年～現在）
• 米国科学アカデミー会員、2010年に選出^[14]
• ハワード・ヒューズ医学研究所教授（2014年～現在）
• 2018年アショフ・ホンマ生体リズム研究賞^[15]

選定された出版物

• Kondo T, Strayer CA, Kulkarni RD, Taylor W, Ishiura M, Golden SS, Johnson CH (1993). 「原核生物における概日リズム：シアノバクテリアにおける概日遺伝子発現のレポーターとしてのルシフェラーゼ」Proc Natl Acad Sci USA . 90 (12): 5672–6 . Bibcode :1993PNAS...90.5672K. doi : 10.1073/pnas.90.12.5672 . PMC  46783 . PMID  8516317.

• 近藤 剛志, Tsinoremas NF, Golden SS, Johnson CH, Kutsuna S, Ishiura M (1994). 「シアノバクテリアの概日時計変異体」. Science . 266 (5188): 1233–6 . Bibcode :1994Sci...266.1233K. doi :10.1126/science.7973706. PMID:  7973706.

• Liu Y, Golden SS, Kondo T, Ishiura M, Johnson CH (1995). 「シアノバクテリアにおける概日リズム遺伝子発現のレポーターとしての細菌ルシフェラーゼ」J Bacteriol . 177 (8): 2080–6 . doi :10.1128/jb.177.8.2080-2086.1995. PMC  176852. PMID  7536731 .

• Golden SS (1995). 「シアノバクテリアにおける光応答性遺伝子発現」J Bacteriol . 177 (7): 1651–4 . doi :10.1128/jb.177.7.1651-1654.1995. PMC  176789. PMID  7896684 .

• Liu Y, Tsinoremas NF, Johnson CH, Lebedeva NV, Golden SS, Ishiura M, Kondo T (1995). 「シアノバクテリアにおける遺伝子発現の概日リズム調整」Genes Dev . 9 (12): 1469–78 . doi : 10.1101/gad.9.12.1469 . PMID  7601351.

• Tsinoremas NF, Ishiura M, Kondo T, Andersson CR, Tanaka K, Takahashi H, Johnson CH, Golden SS (1996). 「シアノバクテリアにおける遺伝子サブセットの概日リズム発現を制御するシグマ因子」. EMBO J. 15 ( 10): 2488–95 . doi :10.1002/j.1460-2075.1996.tb00606.x. PMC  450181. PMID  8665856.

• Johnson CH, Golden SS, Ishiura M, Kondo T (1996). 「原核生物の概日時計」Mol Microbiol . 21 (1): 5– 11. doi :10.1046/j.1365-2958.1996.00613.x. PMID  8843429. S2CID  40431382.

• 近藤 剛志、森 剛志、レベデヴァ NV、青木 誠、石浦 正治、ゴールデン SS (1997). 「急速に分裂するシアノバクテリアの概日リズム」. Science . 275 (5297): 224–7 . doi :10.1126/science.275.5297.224. PMID  8985018. S2CID  31261881.

• Golden SS, Ishiura M, Johnson CH, Kondo T (1997). 「シアノバクテリアの概日リズム」. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol . 48 : 327– 354. doi :10.1146/annurev.arplant.48.1.327. PMID  15012266.

• Ouyang Y, Andersson CR, Kondo T, Golden SS, Johnson CH (1998). 「共鳴する概日時計はシアノバクテリアの適応度を高める」Proc Natl Acad Sci USA . 95 (15): 8660–4 . Bibcode :1998PNAS...95.8660O. doi : 10.1073/pnas.95.15.8660 . PMC  21132 . PMID  9671734.

• 石浦 正之、忽那 聡、青木 俊一、岩崎 秀、アンダーソン CR、田辺 明、ゴールデン SS、ジョンソン CH、近藤 剛志 (1998). 「シアノバクテリアにおける概日リズムフィードバックプロセスとしての遺伝子クラスター kaiABC の発現」. Science . 281 (5382): 1519–23 . doi :10.1126/science.281.5382.1519. PMID  9727980.

• Johnson CH, Golden SS, Kondo T (1998). 「シアノバクテリアにおける概日リズムプログラムの適応的意義」Trends Microbiol . 6 (10): 407–10 . doi :10.1016/s0966-842x(98)01356-0. PMID  9807785.

• Golden SS, Johnson CH, Kondo T (1998). 「シアノバクテリアの概日リズム：時計の差」Curr Opin Microbiol . 1 (6): 669–73 . doi :10.1016/s1369-5274(98)80113-6. PMID  10066545.

• 片山正之、Tsinoremas NF、近藤毅、Golden SS (1999). 「cpmA、シアノバクテリア概日リズムシステムの出力経路に関与する遺伝子」J Bacteriol . 181 (11): 3516–24 . doi :10.1128/JB.181.11.3516-3524.1999. PMC  93820. PMID  10348865 .

• Johnson CH, Golden SS (1999). 「シアノバクテリアの概日リズムプログラム：適応性とメカニズム」Annu Rev Microbiol . 53 : 389–409 . doi :10.1146/annurev.micro.53.1.389. PMID  10547696.

• Andersson CR, Tsinoremas NF, Shelton J, Lebedeva NV, Yarrow J, Min H, Golden SS (2000). 「シアノバクテリアの概日リズム研究への生物発光の応用」.生物発光と化学発光 パートC. Methods in Enzymology. 第305巻. pp.  527–42 . doi :10.1016/s0076-6879(00)05511-7. ISBN 9780121822064. PMID  10812624。

• Williams SB, Vakonakis I, Golden SS, LiWang AC (2002). 「Synechococcus elongatusの概日時計タンパク質KaiAの構造と機能：潜在的な時計入力機構」Proc Natl Acad Sci USA . 99 (24): 15357–62 . Bibcode :2002PNAS...9915357W. doi : 10.1073/pnas.232517099 . PMC  137721. PMID  12438647 .

• Ditty JL, Williams SB, Golden SS (2003). 「シアノバクテリアの概日リズム制御機構」Annu Rev Genet . 37 : 513–43 . doi :10.1146/annurev.genet.37.110801.142716. PMID  14616072. S2CID  36703896.

• Golden SS (2003). 「細菌における時間管理：シアノバクテリアの概日時計」Curr Opin Microbiol . 6 (6): 535–40 . doi :10.1016/j.mib.2003.10.012. PMID  14662347.

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• Mackey SR, Golden SS (2007). 「シアノバクテリアの概日時計を巻き上げる」Trends Microbiol . 15 (9): 381–8 . doi :10.1016/j.tim.2007.08.005. PMID  17804240.

• Kim YI, Dong G, Carruthers CW Jr, Golden SS, LiWang A (2008). 「シアノバクテリアの概日時計の中核振動子KaiCにおける昼夜スイッチ」Proc Natl Acad Sci USA . 105 (35): 12825–30 . Bibcode :2008PNAS..10512825K. doi : 10.1073/pnas.0800526105 . PMC  2529086 . PMID  18728181.

• Dong G, Golden SS (2008). 「シアノバクテリアはどのように時間を伝えるのか」. Curr Opin Microbiol . 11 (6): 541–6 . doi :10.1016/j.mib.2008.10.003. PMC  2692899. PMID  18983934 .

• Chen Y, Kim YI, Mackey SR, Holtman CK, Liwang A, Golden SS (2009). 「シアノバクテリア Synechococcus elongatus PCC 7942 において、kaiA の新規アレルが概日周期を短縮し、振動子構成因子の相互作用を強化する」J Bacteriol . 191 (13): 4392– 400. doi :10.1128/JB.00334-09. PMC  2698500. PMID  19395479 .

• Dong G, Yang Q, Wang Q, Kim YI, Wood TL, Osteryoung KW, van Oudenaarden A, Golden SS (2010). 「KaiCのATPase活性上昇は、Synechococcus elongatusの細胞分裂における概日リズムチェックポイントとして機能する」. Cell . 140 (4): 529–39 . doi :10.1016/j.cell.2009.12.042. PMC 3031423.  PMID 20178745  .

• Dong G, Kim YI, Golden SS (2010). 「シアノバクテリアの概日時計機構における単純性と複雑性」. Curr Opin Genet Dev . 20 (6): 619–25 . doi :10.1016/j.gde.2010.09.002. PMC  2982900. PMID  20934870 .

• Cohen SE, Golden SS (2015). 「シアノバクテリアの概日リズム」Microbiol Mol Biol Rev. 79 ( 4): 373– 85. doi :10.1128/MMBR.00036-15. PMC 4557074.  PMID 26335718  .

• Rubin BE, Wetmore KM, Price MN, Diamond S, Shultzaberger RK, Lowe LC, Curtin G, Arkin AP, Deutschbauer A, Golden SS (2015). 「光合成生物の必須遺伝子セット」Proc Natl Acad Sci USA . 112 (48): E6634–43. Bibcode :2015PNAS..112E6634R. doi : 10.1073/pnas.1519220112 . PMC  4672817. PMID  26508635 .

• Tseng R, Goularte NF, Chavan A, Luu J, Cohen SE, Chang YG, Heisler J, Li S, Michael AK, Tripathi S, Golden SS, LiWang A, Partch CL (2017). 「細菌概日時計における昼夜遷移の構造的基盤」. Science . 355 (6330): 1174– 1180. Bibcode :2017Sci...355.1174T. doi :10.1126/science.aag2516. PMC 5441561.  PMID 28302851  .

参考文献

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8. Cohen, Susan (2015年12月1日). 「シアノバクテリアの概日リズム」. Microbiology and Molecular Biology Reviews . 79 (4): 373– 385. doi :10.1128/MMBR.00036-15. PMC 4557074. PMID 26335718  . 
9. 石浦 正弘; 沓名 真介; 青木 節之; 岩崎 秀夫; キャロル・R・アンダーソン; 田辺 明夫; スーザン・S・ゴールデン; カール・H・ジョンソン; 近藤 隆夫 (1998-09-04). 「シアノバクテリアにおける概日周期フィードバックプロセスとしての遺伝子クラスターkaiABCの発現」. Science . 281 (5382): 1519– 1523. doi :10.1126/science.281.5382.1519. ISSN  0036-8075. PMID  9727980.
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