Эдмонд Фишер родился 6 апреля 1920 года в Шанхае (Китай). Его мать Рене Таперну (1893—1981) была француженкой, отец Оскар Фишер (1886—1941) — австрийским евреем с юридической практикой в Шанхае[12]. Дед по материнской линии переехал из Франции сначала в Ханой (Индокитай), а затем в Китай, где основал франкоязычную газету «Китайский курьер» (Courrier de Chine) и французскую муниципальную школу, которую в раннем детстве посещал Эдмонд Фишер. Оскар Фишер принял итальянское гражданство по деловым соображениям (он занимался импортом-экспортом), и поэтому Эдди (как называли Эдмонда все близкие) родился гражданином Италии. Бизнес Оскара был успешным. Семья жила в большом и красивом доме в Шанхае, нанимая садовника, повара, главного дворецкого, отвечающего за всю домашнюю прислугу, и портниху, которая шила всю одежду семьи. Во время своего ежегодного отпуска в Японии семья арендовала большой "Роллс-ройс" с шофером, чтобы отвезти семью в Кобе, к огромному водопаду Кегон или в древний город Нара.
В 1927 году семья уехала из Китая в Европу поездом по Транссибирской магистрали. Они поселились во франкоязычной части Швейцарии, где Эдди и двое его братьев учились в начальных классах международной школы La Châtaigneraie, расположенной в двадцати милях к востоку от Женевы с видом на Женевское озеро и Альпы. Именно здесь Эдмонд увлекся наукой и зарождающейся областью биологической химии.
Эдмонд Фишер (второй слева) с родителями и старшими братьями Джорджем и Раулем в 1926 году.
В возрасте 14 лет, во время учебы в Колледже Кальвин (бывшем Женевском колледже), он присутствовал на исполнении Императорского концерта Бетховена, в котором Солистом был Джонни Обер– профессор фортепиано в престижной музыкальной консерватории Женевы. На следующий день Эдди спросил директора консерватории, может ли он стать учеником Обера. На последовавшем прослушивании Эдди произвел впечатление на Обера, сыграв "Полонез ля мажор" Шопена и "Рондо Каприччиозо" Мендельсона. В результате Эдди был учеником Обера на протяжении 7 лет, и одно время Эдмонд Фишер подумывал о том, чтобы стать профессиональным музыкантом.
Когда в 1939 году итальянский лидер Бенито Муссолини заключил пакт с Адольфом Гитлером , Эдмонд Фишер сжег свой итальянский паспорт на ступенях итальянского консульства в Женеве и принял швейцарское гражданство. После окончания средней школы в 1939 году Эдмонд Фишер оставался в нейтральной Швейцарии на протяжении всей Второй мировой войны и изучал химию и биологию в Женевском университете, получив степень бакалавра наук в области органической химии. Затем он стал аспирантом в лаборатории Курта Мейера, который покинул Германию в 1931 году, чтобы получить назначение в Женеву. В 1947 году, в возрасте двадцати семи лет, Эдмонд Фишер получил степень доктора наук за исследования структуры полисахаридов и альфа-амилаз — ферментов, которые гидролизуют крахмал и гликоген до сахаров.У Мейера были серьезные разногласия с Норманом Хауортом, заведующим кафедрой химии Бирмингемского университета в Соединенном Королевстве, о структуре амилопектина и гликогена, и обеим группам требовались чистые ферменты, расщепляющие крахмал и гликоген, такие как амилаза и фосфорилаза, для изучения структур этих полисахаридов. Поэтому Мейер отправил Эдмонда с докладом о кристаллизации α-амилазы на первый Международный конгресс биохимиков, который состоялся в 1948 году в Кембридже. Именно здесь он впервые встретился с Уильямом Уиланом, который работал над своей докторской диссертацией о структуре крахмала с Стэнли Питом из отдела Хауорта. Они обнаружили, что у них много общего для обсуждения, и стали друзьями на всю жизнь.
В 1953 году Эдмонд Фишер переехал в Соединенные Штаты после смерти Мейера от приступа астмы (1952), чтобы начать постдокторские исследования в Калифорнийском технологическом институте. Однако по прибытии он неожиданно получил предложение о должности профессора биохимии в Вашингтонском университете в Сиэтле от Ханса Нейрата, заведующего кафедрой биохимии. Сиэтл напомнил ему и его жене Нелли Швейцарию, и поэтому он согласился, приняв двойное гражданство США и Швейцарии и проведя в США следующие шестьдесят восемь лет.
Семья
Эдмонд Фишер был женат дважды: на Нелли Ганьо с 1948 года до ее смерти в 1961 году, а затем на Беверли Буллок с 1963 года до её смерти в 2006. У него остались двое сыновей от первого брака, Франсуа и Анри, и четверо внуков.
Его внучка Элиза сама стала ученым. В 2017 году она окончила Сент-Эндрюсский университет по направлению биохимия, а затем провела четыре года в качестве аспирантки в лаборатории Дэвида Барфорда в Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета в Кембридже (Англия), получив степень доктора философии в 2021 году в возрасте двадцати семи лет, точно так же, как и её дедушка в 1947 году. Эдмонд прожил достаточно долго, чтобы стать свидетелем публикации второй исследовательской работы Элизы, в которой был раскрыт важный аспект регуляции цикла клеточного деления путем фосфорилирования.
Вклад в науку
Открытие обратимого белкового фосфорилирования как клеточного регуляторного механизма
В ходе работ, выполненных в 1930-х и 1940-х годах, супруги Карл и Герти Кори обнаружили фермент гликогенфосфорилазу и её роль в превращении гликогена в лактат (в мышцах) и в глюкозу (в печени). Они также обнаружили, что гликогенфосфорилаза существует в двух формах, которые они назвали "a" и "b". Фосфорилаза "b" была активна только в присутствии адениловой кислоты (5'-АМФ), тогда как фосфорилаза "a" была активна в отсутствие этой молекулы. Они предполагали (ошибочно), что фосфорилаза "а" содержала плотно связанный 5'-АМФ и что активность другого фермента, обнаруженного ими в 1943 году превращала фосфорилазу "а" в фосфорилазу "b", катализируя удаление 5'-АМФ. Действие 5'-АМФ на фосфорилазу "b" было первым примером аллостерической активации фермента; но термин "аллостерия" был введен в обиход только двадцать лет спустя Жаком Моно. В те дни молекулы, которые требовались для ферментативного катализа, но не участвовали непосредственно в каталитическом процессе, назывались “простетическими группами”. Поэтому они назвали фермент, превращающий форму "а" в форму "b", "ферментом, удаляющим простетическую группу” (или PR).
Карл и Герти Кори получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1947 году за “открытие процесса каталитического превращения гликогена”, Герти стала первой женщиной, получившей Нобелевскую премию в этой категории. Но им так и не удалось выяснить различие между фосфорилазой "а" и фосфорилазой "b" на молекулярном уровне, и они отказались от этой задачи. Когда Эдмонд Фишер приехал в Сиэтл, он обнаружил, что у него есть общие интересы с коллегой по факультету Эдвином Г. Кребсом. Кребс начал работу на факультете пятью годами ранее, после окончания аспирантуры с Карлом и Герти Кори в Вашингтонском Университете в Сент-Луисе, где он работал над взаимодействием протамина с гликогенфосфорилазой мышц кролика. Эдмонд Фишер во время учебы в докторантуре у Курта Мейера также изучал гликогенфосфорилазу в картофеле и ее роль в расщеплении крахмала. Эдмонд и Эдвин вместе обсуждали, почему гликогенфосфорилаза картофеля не требует 5’-АМФ и в чем может заключаться разница между фосфорилазой "а" и фосфорилазой "b". Они решили взяться за решение проблемы, и таким образом началось сотрудничество, которое продолжалось на протяжении всей жизни.
История о том, как Эдмонд Фишер и Эдвин Кребс решили проблему за восемнадцать месяцев, была опубликована Эдмондом Фишером в его биографических мемуарах об Эдвине Кребсе в 2009 году. Их работа над решением этой задачи выглядела следующим образом: когда Эдмонд и Эдвин удалили структурные мышечные белки из мышечных гомогенатов центрифугированием, они обнаружили, что гликогенфосфорилаза полностью находится в форме "b", тогда как Карл и Герти Кори, которые удаляли структурные мышечные белки, пропуская гомогенаты через фильтровальную бумагу (препаративные центрифуги тогда еще не были изобретены), обнаружили, что фосфорилаза полностью находится в форме "а". Затем Фишер и Кребс обнаружили, что форму "b"можно преобразовать в форму "а", если пропустить мышечные экстракты через фильтровальную бумагу, а так же обнаружили, что ключевыми соединениями, необходимыми для преобразования, были Mg-АТФ и ионы кальция. Ионы кальция вымываются из самой фильтровальной бумаги в процессе фильтрации. Необходимость в Mg-АТФ наводила на мысль о реакции фосфорилирования, которую они подтвердили, показав, что 32P-фосфат был включен в гликогенфосфорилазу из [γ-32P]АТФ во время превращения "b" в "a", что привело их к предположению, что ферментом, превращающим "b" в "a", была киназа фосфорилазы. Фишер и Кребс впоследствии показали, что киназа фосфорилазы переносит фосфат из АТФ на специфический сериновый остаток гликогенфосфорилазы "b". Это означало, что фермент, превращающий "а" в "b", должен был быть фосфатазой, хотя в течение многих лет его продолжали называть PR-ферментом. Идентификация молекулярного механизма, с помощью которого ионы кальция активируют фосфорилазную киназу, оказалась на удивление сложной задачей, и решение проблемы появилось само собой только после того, как в 1960-х годах появился относительно специфический хелатор кальция EGTA. Затем стало ясно, что ионы кальция активируют фосфорилазную киназу двумя совершенно разными способами. Первый осуществляется с помощью непрямого механизма, катализируемого кальцийзависимым протеолитическим ферментом, который Фишер и Кребс назвали киназоактивирующим фактором (KAF), в настоящее время известная как протеиназа кальпаин. Для активации KAF требуется миллимолярная концентрация ионов кальция, процесс при этом необратим и, возможно, не имеет никакого физиологического значения. Второй способ заключается в прямом и обратимом связывании ионов кальция с фосфорилазокиназой в микромолярных концентрациях - механизм, который объясняет, как распад гликогена синхронизируется с началом мышечного сокращения. Позже было обнаружено, что ионы кальция активируют фосфорилазную киназу путем взаимодействия с кальцийсвязывающим белком кальмодулином, который является неотъемлемым компонентом фосфорилазокиназного комплекса (его δ-субъединица) и тесно связан по структуре с тропонином С – белком, который придает чувствительность к кальцию мышечному сократительному аппарату.В начале 1950-х Эрл Сазерленд, который также обучался у Карла Кори, обнаружил, что гормон эпинефрин (адреналин) стимулирует превращение фосфорилазы "b" в "а" и инициирует гликогенолиз путем образования 3',5'-циклического аденозинмонофосфата (циклического АМФ), первого идентифицированного "второго мессенджера". За это открытие Сазерленд был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1970 году. Кребс и Фишер обнаружили, что частично очищенные препараты фосфорилазной киназы активируются путем инкубации с Mg-АТФ и что эта реакция была ускорена добавлением циклического АМФ. Позже Донал Уолш, работая в лаборатории Эдвина Кребса, обнаружил, что эффект циклического АМФ был опосредован отдельной циклической АМФ-зависимой протеинкиназой, следы которой загрязняли частично очищенные препараты фосфорилазной киназы, которые использовались в то время. Активация фосфорилазокиназы циклическим AMP-зависимая протеинкиназа была первым обнаруженным “каскадом” протеинкиназ, в котором одна протеинкиназа активирует другую.
В течение многих лет считалось, что фосфорилирование является специализированной формой механизма регуляции ферментов, связанного с регуляцией метаболизма гликогена. Но другие примеры фосфорилирования белков как регуляторного механизма постепенно появлялись в течение 1970-х и 1980-х годов . Белковые продукты вызывающих рак онкогенов, а также рецепторы эпидермального фактора роста и инсулина также были идентифицированы как протеинкиназы. Более того, было обнаружено, что перепроизводство или мутация рецепторов фактора роста в нерегулируемые формы вызывают рак. Также стало ясно, что прохождение цикла клеточного деления обусловлено действием протеинкиназы. Затем, в 1990 году, было обнаружено, что циклоспорин, иммунодепрессант, который позволил широко использовать трансплантацию органов, оказывает свое действие путем ингибирования регулируемой кальцием/кальмодулином протеинфосфатазы, что подчеркивает потенциальную важность как фосфатаз, так и киназ в качестве мишеней для лекарств.
Идентификация протеин-тирозин-фосфатаз
Вскоре после своего основополагающего открытия Эдмонд Фишер и Эдвин Кребс решили, что одному из них следует сосредоточиться на фосфорилазокиназе (Эдвин Кребс), а другому - на фосфорилазофосфатазе (Эдмонд Фишер). Фишер опубликовал несколько работ по фосфорилазе в 1960-х и 1970-х годах, описывающих частичную очистку и характеристику фермента скелетных мышц, но решающие прорывы в этой области были сделаны позже другими учеными. После того, как онкогены и рецепторы фактора роста были идентифицированы как протеинкиназы, которые присоединяют фосфат к гидроксильной группе боковой цепи аминокислотного тирозина в белках, Фишер заинтересовался белковыми тирозинфосфатазами и механизмами их регулирования. В конце 1980-х годов он начал заниматься этой проблемой после того, как Ник Тонкс присоединился к его лаборатории в качестве постдока. Тонкс и Фишер очистили и охарактеризовали первые белковые тирозинфосфатазы, выявив новое семейство генов, которое насчитывает около 100 представителей и включает как цитоплазматические, так и трансмембранные рецепторные тирозинфосфатазы. Тонкс и Фишер обнаружили, что общий антиген лейкоцитов CD45 является тирозинфосфатазой, что впоследствии привело к открытию ключевой роли CD45 в активации Т-клеток. Они также идентифицировали ферментный белок тирозинфосфатазу 1B (PTP-1B) и предоставили первые доказательства того, что он может играть важную роль в действии инсулина, что позже было установлено путем создания и характеристики мыши с нокаутом по PTP-1B. Фишер наладил новое сотрудничество с Кребсом в начале 1990-х годов, результатом которого стало клонирование и экспрессия первой кДНК, кодирующей белок тирозинфосфатазу (Т-клеточную протеинфосфатазу, или TC-PTP, также называемую PTP-N2).
Последняя крупная статья Эдмонда Фишера на эту тему, опубликованная в 1995 году, определяла альтернативно сращиваемые варианты TC-PTP.
Нобелевская премия
К началу 1990-х годов стало ясно, что фосфорилирование белков регулирует большинство аспектов жизнедеятельности клеток и что нарушение регуляции процессов, контролируемых фосфорилированием, вызывает рак и другие заболевания. В 1992 году Эдмонд Фишер и Эдвин Кребс были совместно удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за их открытие “обратимого фосфорилирования белков как биологического регуляторного механизма”, спустя тридцать семь лет после их основополагающего открытия.
После присуждения Нобелевской премии продолжались активные исследования в области фосфорилирования белка. Более поздние открытия включали идентификацию многоуровневых каскадов протеинкиназ, активируемых митогеном, и каскада протеинкиназ, активируемого вторым мессенджером фосфатидилинозитол-3,4,5-фосфатом,который опосредует внутриклеточное действие инсулина. Также были выяснены процессы фосфорилирования и дефосфорилирования белков, которые регулируют врожденный и адаптивный иммунитет. Первый действительно мощные и специфические ингибиторы протеинкиназ были описаны в период с 1993 по 1995 год, и более семидесяти пяти препаратов, нацеленных на протеинкиназы, впоследствии были одобрены для клинического применения и изменили клиническое лечение многих видов рака. Например, Иматиниб, первый ингибитор протеинкиназы, одобренный для клинического применения в 2001 году, превратил хронический миелолейкоз из быстро смертельного заболевания в управляемое состояние.
В 1970-е годы лаборатория Эдмонда Фишера занималась ролью производного витамина В6 пиридоксальфосфата (PLP) в фосфорилазе и других PLP-зависимых ферментах, такие как бактериальные декарбоксилазы аминокислот. Фосфорилаза, выделенная из всех эукариот и высших растений, содержит стехиометрические количества PLP, который необходим для катализа и, благодаря его высокому содержанию в скелетных мышцах и печени, до 80 процентов витамина В6 в организме связано с этим единственным ферментом. Как наблюдалось для других PLP-зависимые ферменты, PLP образует основание Шиффа с ε-аминогруппой специфического остатка лизина в фосфорилазе. Фишеру удалось определить, что фосфорилаза сохраняет свою полную каталитическую активность, когда основание Шиффа восстанавливается обработкой борогидридом, который необратимо связывает PLP с ферментом. Этот результат отличался от всех других PLP-зависимых ферментов, которые инактивируются при таком лечении. Таким образом, роль PLP в фосфорилазе должна была быть уникальной. Лаборатория Фишера синтезировала множество производных PLP и разработала методы удаления PLP из фосфорилазы и последующего повторного введения его или производного в фермент. Эти исследования показали, что пиридоксальфосфат необходим для катализа, а пиридоксаль - нет, что указывает на важность фосфатной группы PLP в катализе. Проблема была окончательно решена, когда была выяснена трехмерная структура фосфорилазы. Затем стало ясно, что 5’-фосфатная группа пиридоксальфосфата функционирует как кислотно-щелочная, способствуя атаке фосфата субстрата на гликоген.
Награды
Премия Вернера, Швейцарское химическое общество (1952)
1955 With E. G. Krebs. Conversion of phosphorylase b to phosphorylase a in muscle extracts. J. Biol. Chem. 216:121–132.
1956 With E. G. Krebs. The phosphorylase b to a converting enzyme of rabbit skeletal muscle. Biochim. et Biophys. Acta 20:150–157.
1958 With A. B. Kent, E. R. Snyder, and E. G. Krebs. The reaction of sodium borohydride with muscle phosphorylase. J. Am. Chem. Soc. 80:2906–2907.
1959
With D. J. Graves, E. R. S. Crittenden, and E. G. Krebs. Structure of the site phosphorylated in the phosphorylase b to a reaction. J. Biol. Chem. 234:1698–1704.
With E. G. Krebs and D. J. Graves. Factors affecting the activity of muscle phosphorylase b kinase. J. Biol. Chem. 234:2867–2873.
1964
With E. G. Krebs, D. S. Love, G. E. Bratvold, K. A. Trayser, and W. L. Meyer. Purification and properties of rabbit skeletal muscle phosphorylase b kinase. Biochemistry 3:1022–1033.
With W. L. Meyer and E. G. Krebs. Activation of skeletal muscle phosphorylase kinase by Ca2+. Biochemistry 3:1033–1039.
1966 With S. S. Hurd, W. B Novoa, and J. P. Hickenbottom. Phosphorylase phosphatase from skeletal muscle. Methods Enzymol. 8:546–555.
1970
With F. Meyer, L. M. G. Heilmeyer Jr. and R. H. Haschke. Control of phosphorylase activity in a muscle glycogen particle I. Isolation and characterisation of the Proteinglycogen complex. J. Biol. Chem. 245:6642–6648.
With L. M. Heilmeyer Jr., F. Meyer, and R. H. Haschke. Control of phosphorylase activity in a muscle glycogen particle. II. Activation by calcium. J. Biol. Chem. 245:6649–6656.
With A. Pocker and J. C. Saari. The structure, function, and control of glycogen phosphorylase. Essays Biochem. 6:23–68.
1977 With D. Gratecos, T. Detwiler, and S. Hurd. Rabbit muscle phosphorylase phosphatase. 1. Purification and chemical properties. Biochemistry 16:4812–4817.
1988
With N. K. Tonks and C. D. Diltz. Purification of the major protein tyrosine phosphatases of human placenta. J. Biol. Chem. 263:6722–6730.
With N. K. Tonks and C. D. Diltz. Characterization of the major protein tyrosine phosphatases of human placenta. J. Biol. Chem. 263:6731–6737.
With H. Charbonneau, N. K. Tonks, and K. A. Walsh. The leukocyte common antigen (CD45): A putative receptor-linked protein tyrosine phosphatase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85:7182–7186.
With N. K. Tonks, H. Charbonneau, C. D. Diltz, and K. A. Walsh. Demonstration that the leukocyte common antigen CD45 is a protein tyrosine phosphatase. Biochemistry 27:8695–8701.
With J. A. Ledbetter, N. K. Tonks, and E. A. Clark. CD45 regulates signal transduction and lymphocyte activation by specific association with receptor molecules on T or B cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85:8628–8632.
1989
With H. Charbonneau et al. Human placenta protein tyrosine phosphatase: Amino acid sequence and relationship to a family of receptor-like proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 86:5252–5256.
With D. E. Cool, N. K. Tonks, H. Charbonneau, K. A. Walsh and E. G. Krebs. cDNA isolated from a human T-cell library encodes a member of the protein tyrosine phosphatase family. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 86:5257–5261.
1990
With D. E. Cool, N. K. Tonks, H. Charbonneau, and E. G. Krebs. Expression of a human T-cell protein tyrosine phosphatase in baby hamster kidney cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87:7280–7284.
With N. K. Tonks, M. F. Cicirelli, C. D. Diltz and E. G. Krebs. Effect of microinjection of a low Mr human placenta protein tyrosine phosphatase on induction of meiotic cell division in Xenopus oocytes. Mol. and Cell. Biol. 10:458–463.
With M. F. Cicirelli, N. K. Tonks, C. D. Diltz, J. E. Weiel, and E.G. Krebs. Microinjection of a protein tyrosine phosphatase inhibits insulin action in Xenopus oocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87:5515–5518.
1992 With D. E. Cool, P. R. Andreasson, N. K. Tonks, E. G. Krebs, and R. L. Margolis. Cytokinetic failure and asynchronous nuclear division in BHK cells overexpressing a truncated protein tyrosine phosphatase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 89:5422–5426.
1995 With J. A. Lorenzen and C. Y Dadabay. COOH-terminal sequence motifs target the T cell protein tyrosine phosphatase to the ER and nucleus J. Cell Biol. 131:631–643.
2009 Biographical Memoir of Edwin G. Krebs 1918-2009. Washington, D.C.: National Academy of Sciences; http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/ memoir-pdfs/krebs-edwin.pdf
