Edward Trifonov - Edward Trifonov

Edward Nikolajevitsj Trifonov
Født	31. mars 1937 (alder  ( 1937-03-31 )84) Leningrad , USSR
Nasjonalitet	Israelsk
Alma mater	Moskva institutt for fysikk og teknologi
Kjent for	DNA -periodisitet, DNA -krumning, posisjonering av nukleosomer , proteinstruktur , molekylær evolusjon
Vitenskapelig karriere
Enger	Bioinformatikk , genomikk , molekylær biofysikk , proteomikk
Institusjoner	Moskva institutt for fysikk og teknologi I. V. Kurchatov Institute of Atomic Energy Weizmann Institute of Science University of Haifa
Doktorgradsrådgiver	Yuri Semenovich Lazurkin
Doktorgradsstudenter	Jaime Lagunez

Denne delen inneholder hebraisk tekst . Uten riktig gjengivelsesstøtte kan du se spørsmålstegn, bokser eller andre symboler i stedet for hebraiske bokstaver.

Edward Nikolayevich Trifonov ( hebraisk : אדוארד טריפונוב , russisk : Эдуapд Тpифoнoв ; f. 31. mars 1937) er en russiskfødt israelsk molekylær biofysiker og grunnlegger av israelsk bioinformatikk . I sin forskning spesialiserer han seg på anerkjennelse av svake signalmønstre i biologiske sekvenser og er kjent for sine uortodokse vitenskapelige metoder.

Han oppdaget 3-bp og 10-bp periodisitet i DNA-sekvensene, samt reglene som bestemmer krumningen av DNA- molekyler og deres bøyning i nukleosomer . Trifonov avduket flere nye koder i biologiske sekvenser og den modulære strukturen til proteiner . Han foreslo en abiogen teori om livets opprinnelse og molekylær evolusjon fra enkeltnukleotider og aminosyrer til dagens DNA- og proteinsekvenser .

Biografi

Trifonov ble født i Leningrad (nå St. Petersburg ), USSR i 1937. Han ble oppvokst av sin mor, Riva, og hans stefar, Nikolay Nikolayevich Trifonov. I skoleårene ble han interessert i medisin og fysikk . Som et resultat gikk han for å studere biofysikk i Moskva. Han startet sin vitenskapelige karriere i Sovjetunionen . I 1976 gjorde han aliyah (immigrerte som jøde) til Israel . Hans forbilde er Gregor Mendel .

Utdanning og vitenskapelig karriere

Trifonov ble uteksaminert i biofysikk fra Moskva institutt for fysikk og teknologi i 1961 og tok sin doktorgrad i molekylær biofysikk der i 1970. Han jobbet som forsker ved Moskva fysisk-tekniske institutt fra 1961 til 1964. Så flyttet han til biologisk avdeling ved IV Kurchatov Institute of Atomic Energy i Moskva, og bodde der til 1975. Etter immigrasjonen til Israel begynte han som institutt ved Institutt for polymerforskning ved Weizmann Institute of Science som lektor. Han jobbet der fra 1976 til 1991 før han flyttet til Institutt for strukturell biologi som professor i 1992. Han ble utnevnt til professor emeritus i 2003. I løpet av den tiden var han også leder for Senter for genomstruktur og evolusjon ved instituttet of Molecular Sciences i Palo Alto, California (1992–1995).

Trifonov har vært leder for Genome Diversity Center ved Institute of Evolution ved University of Haifa i Israel siden 2002, og professor ved Masaryk University i Brno , Tsjekkia siden 2007.

Medlemskap av lærde samfunn

• USSR Biochemical Society (1970)
• Israels nasjonale komité for CODATA (1987)
• International Society of Molecular Evolution (1993)
• International Society of Gene Therapy and Molecular Biology (1997)

Redaksjonelle og rådgivende styrer

• Redaktør, mikrobiologi og biokjemiseksjoner i russiske "Biological Abstracts" (1970–1975)
• Redaktør, Journal of Biomolecular Structure and Dynamics (1988–1995)
• Redaksjon og assisterende redaktør, Journal of Molecular Evolution (1993–2004)
• Akademisk råd ved College of Judea and Samaria ( Kedumim - Ariel , Vestbredden) (1994–1999)
• Redaksjon for genterapi og molekylærbiologi (siden 1997)
• Editorial Board of OMICS, Journal of Integrative Biology (siden 2006)
• Editorial Advisory Board, Biomolecular Structure and Dynamics (siden 2010)

Forskning

I begynnelsen av sin vitenskapelige karriere studerte Trifonov egenskaper ved DNA med biofysiske metoder. Etter flyttingen til Israel i 1976, gikk han over til bioinformatikk , og etablerte den første forskergruppen for den disiplinen i landet. Han er kjent for sin nyskapende innsikt i verden av biologiske sekvenser .

Forskningsområder

Periodisitet i biologiske sekvenser

Trifonov var banebrytende for anvendelsen av digitale signalbehandlingsteknikker på biologiske sekvenser. I 1980 ble han og Joel Sussman brukt autokorrelasjon å analysere kromatin DNA-sekvenser. De var de første som oppdaget to periodiske mønstre i DNA-sekvensene, nemlig 3 bp og 10-11bp (10,4) periodisitet.

Kromatinstruktur

Siden begynnelsen av sin israelske vitenskapelige periode har Trifonov studert kromatinstrukturen og undersøkt hvordan visse segmenter av DNA er pakket inne i cellene i protein-DNA-komplekser kalt nukleosomer . I et nukleosom slynger DNA seg rundt histonproteinkomponenten . Prinsippet for denne viklingen (og dermed reglene for nukleosomposisjoner), var ikke kjent på begynnelsen av 1980 -tallet, selv om flere modeller hadde blitt foreslått. Disse inkludert

• "Hengsel" -modellen: DNA-molekylet ble antatt å være en stiv stavlignende struktur avbrutt av skarpe knekk (opptil 90 °), med de rette segmentene som er et multiplum på 10  bp lang.
• Den "isotrope" modellen: DNA -molekylet bøyes jevnt langs lengden, med samme vinkel mellom hvert to basepar .
• "Mini-kinks" -modellen: Ligner på hengselmodellen, men med jevnere knekk hver 5  bp .

Trifonov støttet konseptet med jevn bøyning av DNA. Imidlertid foreslo han at vinklene mellom baseparene ikke er like, men størrelsen avhenger av de spesielle naboparene og dermed introduserer en "anisotrop" eller "kil" -modell.

Denne modellen var basert på arbeidet til Trifonov og Joel Sussman som hadde vist i 1980 at noen av dinukleotider ( nukleotid- dimerer ) ofte er plassert i regulære (periodiske) avstander fra hverandre i den kromatin DNA. Dette var et gjennombruddsfunn som startet et søk etter sekvensmønstre i kromatin -DNA. De hadde også påpekt at de dinukleotidene gjentok med samme periode som den estimerte stigningen (lengden på en DNA -helix -gjentakelse) for kromatin -DNA (10,4  bp ).

Således antok Trifonov i sin kilemodell at hver kombinasjon av nabobasepar danner en viss vinkel (spesifikk for disse baseparene). Han kalte denne funksjonen for krumning. Videre foreslo han at i tillegg til krumning, kan hvert basepar -trinn deformeres i ulik grad og være bundet til histonoktameren, og han kalte det bøyning. Disse to egenskapene til DNA som er tilstede i nukleosomene - krumning og bøyning har nå blitt ansett som viktige faktorer som spiller en rolle i nukleosomposisjonen. Periodisiteten til andre dinukleotider ble senere bekreftet av Alexander Bolshoy og medarbeidere. Til slutt ble en ideell sekvens av nukleosomalt DNA avledet i 2009 av Gabdank, Barash og Trifonov. Den foreslåtte sekvensen CGRAAATTTYCG (R som står for et purin : A eller G, Y for et pyrimidin : C eller T) uttrykker den foretrukne rekkefølgen til dinukleotidene i sekvensen til nukleosomalt DNA. Imidlertid er disse slutningene omstridt av noen forskere.

Et annet spørsmål som er nært knyttet til kromatinstrukturen som Trifonov forfulgte for å svare på var lengden på DNA -spiralformet gjentakelse (sving) i nukleosomer. Det er kjent at i fritt DNA (dvs. DNA som ikke er en del av et nukleosom) vrir DNA -helixen 360 ° per omtrent 10,5  bp . I 1979 estimerte Trifonov og Thomas Bettecken lengden på en nukleosomal DNA -gjentakelse til 10,33–10,4  bp . Denne verdien ble endelig bekreftet og foredlet til 10,4  bp med krystallografisk analyse i 2006.

Flere genetiske koder

Trifonov går inn for forestillingen om at biologiske sekvenser bærer mange koder i strid med den generelt anerkjente ene genetiske koden (kodende aminosyrerekkefølge ). Han var også den første som demonstrerte at det er flere koder tilstede i DNA . Han påpeker at selv såkalt ikke-kodende DNA har en funksjon, dvs. inneholder koder, selv om de er forskjellige fra trillingkoden .

Trifonov gjenkjenner spesifikke koder i DNA , RNA og proteiner :

1. i DNA -sekvenser

   kromatinkode ( Trifonov 1980 )

   er et sett med regler som er ansvarlig for posisjonering av nukleosomene.

2. i RNA -sekvenser

   RNA-til-protein-oversettelseskode ( triplettkode )

   Hver trilling i RNA -sekvensen tilsvarer (er oversatt ) til en bestemt aminosyre .

   spleisekode

   er en kode som er ansvarlig for RNA -spleising ; fremdeles dårlig identifisert.

   innrammingskode ( Trifonov 1987 )

   Den konsensussekvensen av mRNA- er (GCU) _n som er komplementær med (xxC) _n i ribosomene .

   Den opprettholder riktig leseramme under mRNA -oversettelse .

   oversettelse pause kode ( Makhoul & Trifonov 2002 )

   Klynger av sjeldne kodoner er plassert i avstanden 150 bp fra hverandre.

   Den oversettelse tid av disse kodonene er lengre enn deres synonyme motstykker som bremser ned oversettelsesprosessen og således gir tid for fersk-syntetiserte segment av et protein for å folde på riktig måte.

3. i proteinsekvenser

   proteinfoldingskode ( Berezovsky, Grosberg & Trifonov 2000 )

   Proteiner består av moduler.

   Det nysyntetiserte proteinet brettes modul for modul, ikke som en helhet.

4. raske tilpasningskoder ( Trifonov 1989 )
   • finnes i alle tre typer biologiske sekvenser .
   • De er representert ved tandem -repetisjoner (AB ... MN) _n .
   • Antallet repetisjoner (n) kan endres i cellegenomet som en respons på belastning som kan (eller kan ikke) bidrar til den celle for å tilpasse seg til den miljøbelastningen .
5. koder for evolusjonær fortid

   binær kode ( Trifonov 2006 )

   De første eldgamle kodonene var GGC og GCC, hvorfra de andre kodonene er avledet av serier med punktmutasjoner . I dag kan vi se det i moderne gener som "mini-gener" som inneholder et purin i midtposisjonen i kodonene vekslende med segmenter som har et pyrimidin i de midterste nukleotidene .

   genomets segmenteringskode ( Kolker & Trifonov 1995 )

   Metioniner har en tendens til å forekomme hver 400 bps i de moderne DNA -sekvensene som et resultat av sammensmeltning av gamle uavhengige sekvenser.

Kodene kan overlappe hverandre slik at opptil 4 forskjellige koder kan identifiseres i en DNA -sekvens (spesielt en sekvens involvert i et nukleosom ). Ifølge Trifonov er andre koder ennå ikke oppdaget.

Modulær struktur av proteiner

Trifonov begrep protein moduler prøver å løse på spørsmål av proteinene evolusjon og proteinfolding . I 2000 studerte Trifonov med Berezovsky og Grosberg proteinsekvenser og prøvde å identifisere enkle sekvensielle elementer i proteiner. De postulerte at strukturelt forskjellige lukkede sløyfer med 25–30 aminosyrerester er universelle byggesteiner i proteinfoldinger.

De spekulerte i at det i begynnelsen av evolusjonen var korte polypeptidkjeder som senere dannet disse lukkede løkkene. De antok at løkkestrukturen ga sekvensen mer stabilitet og dermed ble begunstiget i utviklingen. Moderne proteiner er sannsynligvis en gruppe lukkede løkker smeltet sammen.

For å spore utviklingen av sekvensene, Trifonov og Zakharia Frenkel innført et konsept for proteinsekvensen plass basert på protein modulene. Det er et nettverk arrangement av sekvens fragmenter av lengde på 20 aminosyrer oppnådd fra en samling av fullstendig sekvensert genomer . Hvert fragment er representert som en node. To fragmenter med en viss grad av likhet med hverandre er forbundet med en kant. Denne tilnærmingen bør gjøre det mulig å bestemme funksjonen til ikke -karakteriserte proteiner.

Proteinmodularitet kan også gi et svar på Levinthals paradoks , det vil si spørsmålet hvordan en proteinsekvens kan brette seg på veldig kort tid.

Molekylær evolusjon og livets opprinnelse

I 1996 bemerket en tysk genetiker Thomas Bettecken at de fleste av trillingekspansjonssykdommene bare kan tilskrives to trillinger: GCU og GCC, resten er deres permutasjoner eller komplementære kolleger. Han diskuterte dette funnet med Trifonov, hans venn og kollega. Trifonov hadde tidligere oppdaget (GCU) _n å være en skjult mRNA -konsensus -sekvens . Dermed førte kombinasjonen av disse to fakta dem til ideen om at (GCU) _n kunne gjenspeile et mønster av gamle mRNA -sekvenser.

De første trillingene

Siden GCU og GCC så ut til å være de mest utvidbare (eller de mest "aggressive") trillingene, konkluderte Trifonov og Bettecken med at de kunne være de to første kodonene . Deres evne til å ekspandere raskt sammenlignet med andre trillinger ville gi dem evolusjonær fordel. Enkeltpunktmutasjoner av disse to ville gi opphav til 14 andre trillinger.

Konsensus tidsmessig rekkefølge av aminosyrer

Etter å ha mistenkt de to første trillingene, tenkte de på hvilke aminosyrer som fremstod som de første, eller mer generelt i hvilken rekkefølge alle de proteinogene aminosyrene dukket opp. For å løse dette spørsmålet, tyr de til tre, ifølge dem de mest naturlige, hypoteser:

1. De tidligste aminosyrene var kjemisk de enkleste.
2. De ville være til stede blant produktene fra Miller - Urey -eksperimentet .
3. De ville være assosiert med den eldre av de to kjente klassene av aminoacyl-tRNA-syntetaser .

Senere samlet Trifonov til og med 101 kriterier for aminosyrene. Hvert kriterium kan representeres som en vektor med lengde 20 (for 20 basiske aminosyrer). Trifonov hadde et gjennomsnitt over dem og fikk den foreslåtte tidsmessige rekkefølgen for aminosyrenes fremvekst, glycin og alanin var de to første.

Resultater og spådommer

Trifonov utdypet disse konseptene ytterligere og foreslo disse forestillingene:

• Evolusjonær tabell over trillingkoden .
• Glycin -innhold av et protein kan brukes som et mål på den respektive proteinalderen ( Glycin -klokke ).
• Proteiner består av korte oligopeptider avledet fra gamle sekvenser som enten er oligoalaniner eller oligoglyciner (altså to "alfabeter").
• Disse to alfabeter som kjennetegnes ved typen nukleotid i mellomposisjonene i trillinger ( puriner eller pyrimidiner ) gir oss en "binær kode" som kan brukes til mer nøyaktige analyser av proteinrelatert.

Definisjon av livet

En del av Trifonovs arbeid med molekylær evolusjon er hans mål om å finne en kortfattet definisjon av livet . Han samlet 123 definisjoner av andre forfattere. I stedet for å håndtere logiske eller filosofiske argumenter, analyserte han ordforrådet til de nåværende definisjonene. Ved en tilnærming nær hovedkomponentanalysen , utledet han en konsensusdefinisjon: " Livet er selvreproduksjon med variasjoner ". Dette arbeidet fikk flere kritiske kommentarer.

Forskningsteknikker og tilnærminger

Språklig sekvenskompleksitet

Språklig sekvenskompleksitet (LC) er et tiltak som ble introdusert av Trifonov i 1990. Den brukes til analyser og karakterisering av biologiske sekvenser . LC for en sekvens er definert som "rikdom" i vokabularet, dvs. hvor mange forskjellige underlag av viss lengde som er tilstede i sekvensen.

Terminologi

DNA -krumning mot DNA -bøyning

Trifonov skiller strengt mellom to forestillinger:

krumning

en egenskap med fritt DNA som har en krumlinjet form på grunn av små forskjeller i vinklene mellom nabobasepar

bøyning

en deformasjon av DNA som følge av binding til proteiner (f.eks. til histonoktamer )

Begge disse trekkene styres av den spesielle DNA -sekvensen .

(Flere) Genetiske koder

Mens det vitenskapelige samfunnet gjenkjenner en genetisk kode , fremmer Trifonov ideen om flere genetiske koder . Han reklamerer for gjentagende hendelser ved oppdagelse av enda en "den andre" genetiske koden.

Heder

• Kurchatov -prisen for unge forskere (1969)
• Kurchatov -prisen for grunnforskning (1971)
• Kleeman professor i molekylær biofysikk (1982–2002)
• Adjungeret professor ved Lomonosov Moscow State University (1999)
• Stanislaw Ulam minnesforelesning på RECOMB -møtet i 2003, Berlin (2003)
• Mendel forelesning, Brno, Abbey of St. Thomas , (2004)
• Distinguished Membership Award of ISBCB (2008)
• Distinguished Citizen Fellow Indian University South Bend , South Bend, Indiana, USA (2009)

Sitater

Referanser

Eksterne linker

• Trifonov, Edward N. (foreleser) (2010). For det andre, tredje, fjerde ... genetiske koder - Et spektakulært tilfelle av kodemengdelse . Praha, Tsjekkia. Arkivert fra originalen (mp3) 2010-10-10 . Hentet 26. mars 2012 .