D. James "Jim" Surmeier (nacido el 7 de diciembre de 1951), un destacado neurocientífico y fisiólogo estadounidense , es el profesor Nathan Smith Davis y presidente del Departamento de Fisiología de la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern . Su investigación se centra en la fisiología celular y las propiedades del circuito de los ganglios basales en la salud y la enfermedad, principalmente la enfermedad de Parkinson y Huntington, así como el dolor. [1]
Educación y carrera
Surmeier se graduó summa cum laude de la Universidad de Idaho en 1975, con una doble especialización en matemáticas y psicología. Luego recibió una maestría en matemáticas de la Universidad de Oregon (1976) y un doctorado en Fisiología-Psicología de la Universidad de Washington (1983), donde trabajó en el laboratorio de Arnold Towe. Para su formación postdoctoral, trabajó primero con William Willis (1983-1985) y luego con Stephen Kitai (1986-1989). Luego aceptó un puesto en la facultad de la Universidad de Tennessee, donde recibió la titularidad antes de trasladarse a la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern en 1998. Posteriormente, fue nombrado presidente del Departamento de Fisiología de la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern en 2001. [ 2] [3]
Investigar
Como estudiante de posgrado, Surmeier caracterizó la heterogeneidad fisiológica y anatómica en las neuronas propioceptivas de adaptación lenta en el núcleo cuneiforme del gato antes de estudiar las neuronas espinotalámicas de los primates y el efecto de la estimulación térmica nociva en su fisiología. Fue en el laboratorio de Kitai donde se interesó por primera vez en los ganglios basales y comenzó a investigar los efectos de la dopamina en el cerebro, una cuestión fundamental que ha impulsado gran parte de su investigación posterior como científico independiente.
A mediados de los años 90, a pesar del consenso generalizado sobre la relevancia clínica de la señalización dopaminérgica estriatal, la distribución y segregación de diferentes clases de receptores de dopamina, en poblaciones neuronales iguales o distintas, no estaba clara y seguía siendo ampliamente debatida. En experimentos pioneros, utilizando grabaciones de pinzamiento de parche junto con el perfil de genes de una sola célula a través de RT-PCR, Surmeier reconcilió los resultados aparentemente confusos de estudios anatómicos y funcionales al mostrar que las neuronas de proyección estriatal de la vía directa (estriatonigral) e indirecta (estriatopallidal) se expresaban predominantemente los receptores de dopamina D1 o D2. [4] Tras este descubrimiento, mediante el uso de protocolos de farmacología y plasticidad dependiente del tiempo de picos (STDP) en neuronas que expresan receptores D1 o D2 identificados genéticamente, Surmeier aclaró las distintas funciones que desempeñan ambos receptores en la inducción de la potenciación y la depresión a largo plazo. en las sinapsis cortico-estriatales. [5] Simultáneamente, también mostró que en las neuronas de proyección que no expresan los receptores D2, la depresión sináptica dependiente de la activación del receptor D2 está mediada por los receptores D2 en las neuronas colinérgicas, la activación del receptor muscarínico M1 resulta en una reducción del canal de calcio, apertura de CaV1.3 en neuronas de proyección y señalización endocannabinoide. [6] [7] La comprensión de los efectos opuestos de la señalización de los receptores D1 y D2 y la consecuente comprensión de la modulación dopaminérgica de la plasticidad sináptica bidireccional en las neuronas espinosas directas e indirectas fue un avance conceptual que ha demostrado ser fundamental para comprender la función estriatal en tanto la adaptación conductual como la patología de la enfermedad de Parkinson, y continúa proporcionando una base para los modelos actuales de cómo la dopamina controla los circuitos estriatales. [8]
Casi al mismo tiempo, utilizando enfoques multidisciplinarios, su laboratorio proporcionó una posible explicación para la disfunción de la vía estriatopallidal asociada con la enfermedad de Parkinson y el agotamiento de la dopamina al demostrar una pérdida dependiente del canal de calcio (CaV1.3) de las sinapsis excitadoras en las neuronas espinosas de la vía indirecta. en un modelo de roedor de la enfermedad. [9] La pérdida de dopamina estriatal da como resultado una disminución de la señalización de M4 (autorreceptor muscarínico de acetilcolina) junto con una regulación positiva de la expresión de RGS4 (reguladores de la señalización de la proteína G) en las neuronas colinérgicas, que culmina en un aumento del tono colinérgico. [10] Tras el agotamiento de la dopamina que conduce a un aumento en los niveles de acetilcolina estriatal, la activación del receptor muscarínico M1 en las neuronas espinosas de la vía indirecta da como resultado una regulación a la baja de los canales dendríticos de potasio, Kir2, lo que eleva la excitabilidad dendrítica y, en consecuencia, el impacto del glutamato liberado sinápticamente en estos neuronas. [11] El trabajo de Surmeier que caracteriza las sinapsis corticoestriatales y talamostriatales, así como el patrón de activación de las interneuronas colinérgicas estriatales, proporciona un mecanismo potencial para un importante problema de neurociencia conductual de cómo los estímulos externos salientes suprimen el comportamiento continuo y la atención directa. [12] [13] El patrón de disparo de estallido-pausa colinérgico modulado por dopamina depende de la activación talámica y da como resultado una inhibición presináptica mediada por el receptor M2 (acetilcolina muscarínica) de la transmisión glutamatérgica y una mayor excitabilidad neuronal D2 mediada por el receptor M1 (acetilcolina muscarínica). Como resultado, se mejora la respuesta de la vía "no-go" (receptor D2 que expresa neuronas estriatopallidales) a la entrada cortical despolarizante, lo que proporciona un sustrato neural potencial para el cambio de atención. En conjunto, el trabajo del laboratorio de Surmeier sugiere que no solo la dopamina, sino también la acetilcolina también tienen efectos diferenciales sobre las neuronas de proyección estriatal, lo que fomenta la idea de que el equilibrio estriatal dopamina / acetilcolina es un objetivo potencial para la intervención terapéutica en enfermedades marcadas por disfunción estriatal y arroja luz sobre cómo las neuronas estriatales y los circuitos cambian y se adaptan en respuesta a estados de enfermedad. [11] [14]
El trabajo de Surmeier para diseccionar funcionalmente las neuronas de proyección estriatal de la vía directa e indirecta y caracterizar su respuesta a la dopamina no solo confirmó la dicotomía transcriptómica entre estas dos clases de neuronas de proyección, sino que también definió por primera vez cómo la dopamina y la acetilcolina modulaban diferencialmente su excitabilidad intrínseca a través de G -receptores acoplados a proteínas. [15] [13] En su carrera posterior, Surmeier ha sido pionero en la aplicación de la microcopia de escaneo láser de dos fotones a las grabaciones de cortes cerebrales para estudiar la fisiología dendrítica y la plasticidad sináptica de las neuronas estriatales en la enfermedad de Parkinson, discinesia inducida por levodopa, enfermedad de Huntington y enfermedades crónicas. dolor. [9] [5] [16] [17] [18] Estos estudios han revelado cómo la dopamina controla la plasticidad sináptica estriatal, complementando trabajos anteriores centrados en la excitabilidad intrínseca a corto plazo. Es de destacar el descubrimiento de que las neuronas de proyección estriatal manifiestan formas de plasticidad homeostática que sirven para normalizar la función de los ganglios basales a pesar de la patología de la enfermedad en curso, particularmente en la enfermedad de Parkinson. [19]
Otra importante contribución de Surmeier es la caracterización de los fenotipos electrofisiológicos de las neuronas en riesgo de enfermedad de Parkinson. Usando una combinación de electrofisiología de pinza de parche y microscopía de escaneo láser de dos fotones para monitorear variables intracelulares clave como la concentración de Ca2 +, el estado redox mitocondrial y los niveles de ATP citosólico, estos estudios han encontrado que una amplia gama de neuronas en riesgo en la enfermedad de Parkinson - sustancia negra dopaminérgica Las neuronas, las neuronas adrenérgicas del locus ceruleus, el núcleo motor dorsal de las neuronas colinérgicas del vago y las neuronas colinérgicas pedunculopontinas tienen un fenotipo fisiológico similar y distintivo que crea estrés oxidante basal en la mitocondria. [20] [21] [22] [23] Se ha planteado durante mucho tiempo la hipótesis de que el estrés oxidativo es un factor de patogénesis en la enfermedad de Parkinson, pero no se reconoció que el estrés oxidante fuera una característica de las neuronas sanas en riesgo, lo que refleja una antigua mecanismo de control de avance de la respiración mitocondrial impulsado por los canales de Ca2 + de la membrana plasmática con una subunidad formadora de poros Cav1.
Esta conexión entre el fenotipo fisiológico y la enfermedad de Parkinson fue posteriormente confirmada por estudios epidemiológicos que muestran que el uso humano de moduladores alostéricos negativos de los canales Cav1 (dihidropiridinas) se asoció con una reducción significativa en el riesgo de desarrollar la enfermedad de Parkinson. [24] [25] [26] [27] [28] Estas observaciones combinadas motivaron los ensayos clínicos de fase 2 y ahora de fase 3 con la dihidropiridina isradipina; este ensayo de 5 años se completará a fines de 2018. [29] [30] Si tiene éxito, la isradipina sería la primera terapia modificadora de la enfermedad de Parkinson.
Premios y honores seleccionados
- 2020, 2001 - Premio al Investigador en Neurociencia Jacob Javits
- 2016 - Premio a la conferencia presidencial C.David Marsden otorgado por la International Parkinson and Movement Disorder Society , FE Bennett Memorial Lectureship
- 2014 - Premio a la investigación sobre el impacto del paciente de Janet Davison Rowley
- 2009 - Miembro de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia
- 2004 - Premio de la Fundación Picower , Conferencia en memoria de William & Carmela Riker
- 1996 - Investigador distinguido de NARSAD
Referencias
- ^ "Neurociencia celular y molecular: Departamento de fisiología: Facultad de medicina Feinberg: Universidad de Northwestern" . physio.northwestern.edu .
- ^ "Neurotree - árbol genealógico de D. James Surmeier" . neurotree.org .
- ^ https://www.michaeljfox.org/foundation/researchers.php?id=737 [ se necesita una cita completa ] [ enlace muerto permanente ]
- ^ Surmeier, D. James; Song, Wen-Jie; Yan, Zhen (1996). "Expresión coordinada de receptores de dopamina en neuronas espinosas del medio neoestriatal" . La Revista de Neurociencia . 16 (20): 6579–91. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.16-20-06579.1996 . PMC 6578920 . PMID 8815934 .
- ^ a b Shen, W; Flajolet, M; Greengard, P; Surmeier, D. J (2008). "Control dopaminérgico dicotómico de la plasticidad sináptica estriatal" . Ciencia . 321 (5890): 848–51. Código Bibliográfico : 2008Sci ... 321..848S . doi : 10.1126 / science.1160575 . PMC 2833421 . PMID 18687967 .
- ^ Wang, Zhongfeng; Kai, Li; Día, Michelle; Ronesi, Jennifer; Yin, Henry H .; Ding, Jun; Tkatch, Tatiana; Lovinger, David M .; Surmeier, D. James (4 de mayo de 2006). "El control dopaminérgico de la depresión sináptica corticostriatal a largo plazo en neuronas espinosas medias está mediado por interneuronas colinérgicas" . Neurona . 50 (3): 443–452. doi : 10.1016 / j.neuron.2006.04.010 . ISSN 0896-6273 . PMID 16675398 . S2CID 7971651 .
- ^ Surmeier, D James; Plotkin, Joshua; Shen, Weixing (1 de diciembre de 2009). "Dopamina y plasticidad sináptica en circuitos estriatales dorsales que controlan la selección de acciones" . Opinión actual en neurobiología . 19 (6): 621–628. doi : 10.1016 / j.conb.2009.10.003 . ISSN 0959-4388 . PMC 2818437 . PMID 19896832 .
- ^ Zhai, Shenyu; Tanimura, Asami; Graves, Steven M .; Shen, Weixing; Surmeier, D James (1 de febrero de 2018). "Sinapsis estriatales, circuitos y enfermedad de Parkinson" . Opinión actual en neurobiología . 48 : 9-16. doi : 10.1016 / j.conb.2017.08.004 . ISSN 0959-4388 . PMC 6022405 . PMID 28843800 .
- ^ a b Día, Michelle; Wang, Zhongfeng; Ding, Jun; An, Xinhai; Ingham, Cali A; Shering, Andrew F; Wokosin, David; Ilijic, Ema; Sun, Zhuoxin; Sampson, Allan R; Mugnaini, Enrico; Deutch, Ariel Y; Sesack, Susan R; Arbuthnott, Gordon W.; Surmeier, D James (2006). "Eliminación selectiva de sinapsis glutamatérgicas en neuronas estriatopallidales en modelos de enfermedad de Parkinson". Neurociencia de la naturaleza . 9 (2): 251–9. doi : 10.1038 / nn1632 . PMID 16415865 . S2CID 12616840 .
- ^ Ding, Jun; Guzmán, Jaime N; Tkatch, Tatiana; Chen, Songhai; Goldberg, Joshua A; Ebert, Philip J; Levitt, Pat; Wilson, Charles J; Hamm, Heidi E (14 de mayo de 2006). "Atenuación dependiente de RGS4 de la función del autorreceptor M4 en interneuronas colinérgicas estriatales tras el agotamiento de la dopamina". Neurociencia de la naturaleza . 9 (6): 832–842. doi : 10.1038 / nn1700 . ISSN 1097-6256 . PMID 16699510 . S2CID 3761953 .
- ^ a b Shen, Weixing; Tian, Xinyong; Día, Michelle; Ulrich, Sasha; Tkatch, Tatiana; Nathanson, Neil M; Surmeier, D James (30 de septiembre de 2007). "La modulación colinérgica de los canales Kir2 eleva selectivamente la excitabilidad dendrítica en las neuronas estriatopallidales". Neurociencia de la naturaleza . 10 (11): 1458–1466. doi : 10.1038 / nn1972 . ISSN 1097-6256 . PMID 17906621 . S2CID 25309427 .
- ^ Ding, Jun; Peterson, Jayms D .; Surmeier, D. James (18 de junio de 2008). "Las sinapsis corticostriatales y talamostriatales tienen propiedades distintivas" . Revista de neurociencia . 28 (25): 6483–6492. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.0435-08.2008 . ISSN 0270-6474 . PMC 3461269 . PMID 18562619 .
- ^ a b Ding, Jun B; Guzmán, Jaime N; Peterson, Jayms D; Goldberg, Joshua A; Surmeier, D. James (2010). "Puerta talámica de señalización corticostriatal por interneuronas colinérgicas" . Neurona . 67 (2): 294-307. doi : 10.1016 / j.neuron.2010.06.017 . PMC 4085694 . PMID 20670836 .
- ^ Día, Michelle; Wokosin, David; Plotkin, Joshua L .; Tian, Xinyoung; Surmeier, D. James (5 de noviembre de 2008). "Excitabilidad diferencial y modulación de las dendritas de neuronas espinosas del medio estriado" . Revista de neurociencia . 28 (45): 11603-11614. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.1840-08.2008 . ISSN 0270-6474 . PMC 3235729 . PMID 18987196 .
- ^ Surmeier, D. James; Bargas, José; Hemmings, Hugh C; Nairn, Angus C; Greengard, Paul (1995). "Modulación de las corrientes de calcio por una cascada de fosfatasa / proteína quinasa dopaminérgica D1 en neuronas neoestriatales de rata" . Neurona . 14 (2): 385–97. doi : 10.1016 / 0896-6273 (95) 90294-5 . PMID 7531987 . S2CID 17057394 .
- ^ Shen, Weixing; Plotkin, Joshua L; Francardo, Verónica; Ko, Wai Kin D; Xie, Zhong; Li, Qin; Fieblinger, Tim; Wess, Jürgen; Neubig, Richard R; Lindsley, Craig W; Conn, P. Jeffrey; Greengard, Paul; Bezard, Erwan; Cenci, M. Angela; Surmeier, D. James (2015). "La señalización del receptor muscarínico M4 mejora los déficits de plasticidad estriatal en modelos de discinesia inducida por L-DOPA" . Neurona . 88 (4): 762–73. doi : 10.1016 / j.neuron.2015.10.039 . PMC 4864040 . PMID 26590347 .
- ^ Plotkin, Joshua L; Día, Michelle; Peterson, Jayms D; Xie, Zhong; Kress, Geraldine J; Rafalovich, Igor; Kondapalli, Jyothisri; Gertler, Tracy S; Flajolet, Marc; Greengard, Paul; Stavarache, Mihaela; Kaplitt, Michael G; Rosinski, Jim; Chan, C. Savio; Surmeier, D. James (2014). "La señalización del receptor TrkB deteriorado subyace a la disfunción corticostriatal en la enfermedad de Huntington" . Neurona . 83 (1): 178–88. doi : 10.1016 / j.neuron.2014.05.032 . PMC 4131293 . PMID 24991961 .
- ^ Ren, Wenjie; Centeno, María Virginia; Berger, Sara; Wu, Ying; Na, Xiaodong; Liu, Xianguo; Kondapalli, Jyothisri; Apkarian, A Vania; Martina, Marco; Surmeier, D James (2015). "La vía indirecta de la cáscara del núcleo accumbens amplifica el dolor neuropático" . Neurociencia de la naturaleza . 19 (2): 220-2. doi : 10.1038 / nn.4199 . PMC 4889808 . PMID 26691834 .
- ^ Fieblinger, Tim; Graves, Steven M; Sebel, Luke E; Alcacer, Cristina; Plotkin, Joshua L; Gertler, Tracy S; Chan, C. Savio; Heiman, Myriam; Greengard, Paul; Cenci, M. Angela; Surmeier, D. James (2014). "Plasticidad específica del tipo celular de las neuronas de proyección estriatal en el parkinsonismo y la discinesia inducida por L-DOPA" . Comunicaciones de la naturaleza . 5 : 5316. Bibcode : 2014NatCo ... 5.5316F . doi : 10.1038 / ncomms6316 . PMC 4431763 . PMID 25360704 .
- ^ Chan, C. Savio; Guzmán, Jaime N; Ilijic, Ema; Mercer, Jeff N; Rick, Caroline; Tkatch, Tatiana; Meredith, Gloria E; Surmeier, D. James (2007). " ' Rejuvenecimiento' protege las neuronas en modelos de ratón de la enfermedad de Parkinson". Naturaleza . 447 (7148): 1081–6. Código Bibliográfico : 2007Natur.447.1081C . doi : 10.1038 / nature05865 . PMID 17558391 . S2CID 4429534 .
- ^ Guzmán, Jaime N; Sánchez-Padilla, Javier; Wokosin, David; Kondapalli, Jyothisri; Ilijic, Ema; Schumacker, Paul T; Surmeier, D. James (2010). "El estrés oxidativo provocado por marcapasos en neuronas dopaminérgicas es atenuado por DJ-1" . Naturaleza . 468 (7324): 696–700. Código Bibliográfico : 2010Natur.468..696G . doi : 10.1038 / nature09536 . PMC 4465557 . PMID 21068725 .
- ^ Goldberg, Joshua A; Guzmán, Jaime N; Estep, Chad M; Ilijic, Ema; Kondapalli, Jyothisri; Sánchez-Padilla, Javier; Surmeier, D James (2012). "La entrada de calcio induce estrés oxidativo mitocondrial en neuronas vagales en riesgo de enfermedad de Parkinson" . Neurociencia de la naturaleza . 15 (10): 1414-21. doi : 10.1038 / nn.3209 . PMC 3461271 . PMID 22941107 .
- ^ Sánchez-Padilla, Javier; Guzmán, Jaime N; Ilijic, Ema; Kondapalli, Jyothisri; Galtieri, Daniel J; Yang, Ben; Schieber, Simon; Oertel, Wolfgang; Wokosin, David; Schumacker, Paul T; Surmeier, D James (2014). "El estrés oxidativo mitocondrial en el locus coeruleus está regulado por la actividad y la óxido nítrico sintasa" . Neurociencia de la naturaleza . 17 (6): 832–40. doi : 10.1038 / nn.3717 . PMC 4131291 . PMID 24816140 .
- ^ Gudala, Kapil; Kanukula, Raju; Bansal, Dipika (2015). "Reducción del riesgo de enfermedad de Parkinson en usuarios de bloqueadores de los canales de calcio: un metaanálisis" . Revista Internacional de Enfermedades Crónicas . 2015 : 697404. doi : 10.1155 / 2015/697404 . PMC 4590944 . PMID 26464872 .
- ^ Becker, C; Jick, S. S; Meier, C. R (2008). "Uso de antihipertensivos y riesgo de enfermedad de Parkinson". Neurología . 70 (16 Pt 2): 1438–44. doi : 10.1212 / 01.wnl.0000303818.38960.44 . PMID 18256367 . S2CID 1285121 .
- ^ Ritz, Beate; Rhodes, Shannon L; Qian, Lei; Schernhammer, Eva; Olsen, Jorgen; Friis, Soren (2009). "Bloqueadores de los canales de calcio tipo L y enfermedad de Parkinson en Dinamarca" . Annals of Neurology . 67 (5): 600–6. doi : 10.1002 / ana.21937 . PMC 2917467 . PMID 20437557 .
- ^ Pasternak, Björn; Svanström, Henrik; Nielsen, Nete M; Fugger, Lars; Melbye, Mads; Hviid, Anders (2012). "Uso de bloqueadores de los canales de calcio y enfermedad de Parkinson" . Revista Estadounidense de Epidemiología . 175 (7): 627–35. doi : 10.1093 / aje / kwr362 . PMID 22387374 .
- ^ Lang, Yakun; Gong, Dandan; Fan, Yu (2015). "Uso de bloqueadores de canales de calcio y riesgo de enfermedad de Parkinson: un metanálisis". Farmacoepidemiología y seguridad de los medicamentos . 24 (6): 559–66. doi : 10.1002 / pds.3781 . PMID 25845582 . S2CID 46201985 .
- ^ https://www.michaeljfox.org/foundation/grant-detail.php?grant_id=486 [ se necesita una cita completa ] [ enlace muerto permanente ]
- ^ Número de ensayo clínico NCT02168842 para "Eficacia de la isradipina en la enfermedad de Parkinson temprana" en ClinicalTrials.gov
enlaces externos
- Perfil de Surmeier en Northwestern U
- Conferencia presidencial de 2016 de la International Parkinson and Movement Disorder Society