Susumu Tonegawa

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Susumu Tonegawa, Tonegawa Susumu, geboren am 5. September 1939, ist ein japanischer Wissenschaftler, der 1987 der alleinige Empfänger des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin war, für seine Entdeckung des genetischen Mechanismus, der die Antikörpervielfalt erzeugt. Obwohl er den Nobelpreis für seine Arbeit in der Immunologie gewann, ist Tonegawa nach seiner Ausbildung ein Molekularbiologe und wechselte das Fachgebiet erneut nach seinem Nobelpreis-Gewinn; er studiert nun Neurowissenschaften und untersucht die molekulare, zelluläre und neuronale Grundlage der Gedächtnisbildung und des Abrufs.

Frühen Leben und Ausbildung

Tonegawa wurde in Nagoya, Japan geboren und besuchte die Hibiya High School in Tokio. Als Student an der Universität Kyoto wurde Tonegawa von der Operon-Theorie fasziniert, nachdem er Arbeiten von François Jacob und Jacques Monod gelesen hatte, denen er teilweise zuschreibt, seine Interesse an der Molekularbiologie inspiriert zu haben. Tonegawa absolvierte sein Studium an der Universität Kyoto 1963 und zog aufgrund begrenzter Möglichkeiten für Molekularbiologie-Studien in Japan zu dieser Zeit an die University of California, San Diego, um sein Promotionsstudium unter Dr. Masaki Hayashi durchzuführen. Er erhielt seinen Ph.D. 1968.

Karriere

Tonegawa führte Postdoktor-Arbeiten am Salk Institute in San Diego im Labor von Renato Dulbecco durch. Mit Ermutigung von Dr. Dulbecco zog Tonegawa 1971 zum Basel Institute for Immunology in Basel, Schweiz, wo er von der Molekularbiologie zur Immunologie-Forschung wechselte und seine Meilenstein-Immunologie-Studien durchführte.

1981 wurde Tonegawa Professor am Massachusetts Institute of Technology. 1994 wurde er zum ersten Direktor des MIT Center for Learning and Memory ernannt, das sich unter seiner Leitung zum Picower Institute for Learning and Memory entwickelte. Tonegawa trat 2006 von seiner Direktorenposition zurück und arbeitet derzeit als Picower Professor für Neurowissenschaften und Biologie sowie als Howard Hughes Medical Institute Investigator.

Tonegawa war auch von 2009 bis 2017 Direktor des RIKEN Brain Science Institute.

Forschung

Entdeckung der Immunitätsvielfalt

Tonegawas Nobelpreis-Arbeit erläuterte den genetischen Mechanismus des adaptiven Immunsystems, das über 100 Jahre lang die zentrale Frage der Immunologie gewesen war. Vor Tonegawas Entdeckung schlug eine frühe Idee zur Erklärung des adaptiven Immunsystems vor, dass jedes Gen ein Protein produziert; es gibt jedoch unter 19.000 Gene im menschlichen Körper, die dennoch Millionen von Antikörpern produzieren können. In Experimenten, die 1976 begannen, zeigte Tonegawa, dass sich genetisches Material selbst neu anordnet, um Millionen von Antikörpern zu bilden. Durch den Vergleich der DNA von B-Zellen, eine Art von weißen Blutkörperchen bei embryonalen und erwachsenen Mäusen, beobachtete er, dass Gene in den reifen B-Zellen der erwachsenen Mäuse bewegt, rekombiniert und gelöscht werden, um die Vielfalt der variablen Region von Antikörpern zu bilden. 1983 entdeckte Tonegawa auch ein Transkriptions-Enhancer-Element, das mit dem Antikörper-Gen-Komplex assoziiert ist, das erste zelluläre Enhancer-Element.

Neurowissenschaften

Kurz nach seinem Nobelpreis 1990 wechselte Tonegawa erneut von der Immunologie zur Neurowissenschaft, wo er seine Forschung in den folgenden Jahren konzentrierte.

Tonegawas Labor führte die Vorreiterarbeit bei einführenden transgenen und Gen-Knockout-Technologien in Säugetier-Systemen durch. Er war an frühen Arbeiten beteiligt, die die Bedeutung von CaMKII (1992) und der NMDA-Rezeptor-abhängigen synaptischen Plastizität (1996) bei der Gedächtnisbildung demonstrierten.

Tonegawas Labor entdeckte, dass dendritische neuronale Dornen im Temporallappen ein wahrscheinliches Ziel für die Behandlung des Fragile X-Syndroms sind. Mit einer Dosis des Inhibitor-Medikaments FRAX586 zeigte Tonegawa eine deutliche Verringerung der FXS-Symptome im Mausmodell.

Tonegawa war ein früher Anwender von Optogenetik und Biotechnologie in der Neurowissenschaftsforschung, was zu seiner bahnbrechenden Arbeit bei der Identifizierung und Manipulation von Gedächtnis-Engram-Zellen führte. 2012 zeigte sein Labor, dass die Aktivierung einer spezifischen Subpopulation von Maus-Hippocampus-Neuronen, die während eines Furchtkonitionierungs-Paradigmas gekennzeichnet wurden, ausreichend ist, um eine Verhaltensreaktion hervorzurufen, die mit einer präzisen Gedächtnisverfolgung korreliert. Dies zeigte zum ersten Mal, dass Gedächtnisinformation in spezifischen zellulären Ensembles im Hippocampus gespeichert ist, die jetzt häufig als Gedächtnis-Engram-Zellen bezeichnet werden.

In letzter Zeit setzt sein Labor Optogenetik-Technologie und Virus-Injektionstechniken ein, um ihre Erkenntnisse über das Engram-Zellen-Ensemble zu erweitern. Besonders bemerkenswert hat Tonegawa die Rolle von Gedächtnis-Engram-Zellen-Ensembles in Gedächtnis-Valenz, sozialem Gedächtnis sowie ihre Rolle bei Hirnstörungen wie Depression, Amnesie und Alzheimer-Krankheit aufgedeckt. Diese Arbeiten liefern Proof-of-Concept für zukünftige medizinische Behandlungen bei Menschen durch die Manipulation von Gedächtnis-Engram-Ensembles.

Privatleben

Tonegawa lebt derzeit in der Gegend von Boston mit seiner Frau, Mayumi Yoshinari Tonegawa, die als Direktorin/Interviewerin der NHK Japan Broadcasting Corporation arbeitete und jetzt eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin ist. Die Tonegawas haben drei Kinder, Hidde Tonegawa, Hanna Tonegawa und Satto Tonegawa verstorben.

Tonegawa ist ein Fan der Boston Red Sox und warf einen Eröffnungswurf während ihrer Meisterschaftssaison der World Series 2004 aus.

Ausgewählte Auszeichnungen und Ehrungen

• 1982 – Louisa Gross Horwitz Prize
• 1983 – Gairdner Foundation International Award
• 1984 – Order of Culture Bunkakunsho, Emperor of Japan
• 1984 – Foreign Associate, American Academy of Arts and Sciences of the United States
• 1986 – Foreign Associate, National Academy of Sciences of the United States
• 1986 – Robert Koch Prize
• 1987 – Albert Lasker Award for Basic Medical Research
• 1987 – Nobel Prize for Physiology or Medicine
• 1995 – honored on a stamp Scott No. 1635c issued by Gambia
• 2004 – Honorary Degree, Kyoto University
• 2006 – Member, American Association for the Advancement of Science
• 2007 – RIKEN Fellow
• 2009 – Honorary Degree, City University of Hong Kong
• 2010 – David M. Bonner Lifetime Achievement Award, UCSD

Ausgewählte Veröffentlichungen

• List of publications by Susumu Tonegawa
• Tonegawa, S. 1983. Somatic generation of antibody diversity. Nature, 3025909, 575-581.
• Gillies, S. D., Morrison, S. L., Oi, V. T., & Tonegawa, S. 1983. A tissue-specific transcription enhancer element is located in the major intron of a rearranged immunoglobulin heavy chain gene. Cell, 333, 717-728.
• Mombaerts, P., Iacomini, J., Johnson, R. S., Herrup, K., Tonegawa, S., & Papaioannou, V. E. 1992. RAG-1-deficient mice have no mature B and T lymphocytes. Cell, 685, 869-877.
• Silva, A. J., Stevens, C. F., Tonegawa, S., & Wang, Y. 1992. Deficient hippocampal long-term potentiation in alpha-calcium-calmodulin kinase II mutant mice. Science, 2575067, 201-206.
• Haas, W., Pereira, P., & Tonegawa, S. 1993. Gamma/delta cells. Annual review of immunology, 111, 637-685.
• Tsien, Joe Z.; Huerta, Patricio T.; Tonegawa, Susumu 1996. "The Essential Role of Hippocampal CA1 NMDA Receptor–Dependent Synaptic Plasticity in Spatial Memory". Cell. 87 7: 1327–1338. doi:10.1016/S0092-86740081827-9. PMID 8980238. S2CID 2730362.
• Poss, K. D., & Tonegawa, S. 1997. Reduced stress defense in heme oxygenase 1-deficient cells. Proceedings of the National Academy of Sciences, 9420, 10925-10930.
• Shen, J., Bronson, R. T., Chen, D. F., Xia, W., Selkoe, D. J., & Tonegawa, S. 1997. Skeletal and CNS defects in Presenilin-1-deficient mice. Cell, 894, 629-639.
• Nakazawa, K., Quirk, M. C., Chitwood, R. A., Watanabe, M., Yeckel, M. F., Sun, L. D., Kato, A., Carr, C.A., Johnston, D., Wilson, M.A., & Tonegawa, S. 2002. Requirement for hippocampal CA3 NMDA receptors in associative memory recall. Science, 2975579, 211-218.
• Liu, X., Ramirez, S., Pang, P. T., Puryear, C. B., Govindarajan, A., Deisseroth, K., & Tonegawa, S. 2012. Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature, 4847394, 381-385.
• Ramirez, S., Liu, X., Lin, P. A., Suh, J., Pignatelli, M., Redondo, R. L., Ryan, T.J., & Tonegawa, S. 2013. Creating a false memory in the hippocampus. Science, 3416144, 387-391.