Stephen W. Kuffler Életrajza
Fiatalkora »
Tudományos pályafutása »
Családja és magánélete »
Tudományos munkássága és eredményei »
A szinaptikus jelátvitellel kapcsolatos korai munkák »
A tónusos izomrost és az izomorsó működése »
A retinális ganglion sejtek működése »
Az idegi serkentés és gátlás szerepe a rák izom nyújtás-receptorának a működésében »
A GABA azonosítása, mint ingerületátvivő vegyület »
A preszinaptikus gátlás igazolása »
A glia sejtek szerepe és működése »
Szinaptikus jelátvitel »
Stephen W. Kuffler, 1913. augusztus 24. – 1980. október 11.
(Photograph by: Bachrach Photographers, Boston, Massachusetts, USA)
Fiatalkora
Stephen William Kuffler 1913. augusztus 24-én született Táp községben (Osztrák-Magyar Monarchia) és 1980. október 11-én, Woods Hole-ban (Massachusetts, USA) hunyt el. Édesanyja korán meghalt, ezért tízéves korától jezsuita kollégiumban nevelkedett, ahol bölcsészetet, latint, görögöt és kevés természetrajzot tanult. 1937-ben szerzett orvosi diplomát a Bécsi Egyetemen. Az 1938-as Anschluss körülményei arra kényszerítették, hogy rövid bécsi klinikai munkákat követően ehagyja Ausztriát. Átmenetileg Angliában, majd Ausztráliában telepedett le. Itt a William elé a Stephen keresztnevet is felvette. A Sydney Hospital Kanematsu Memorial Institute of Pathology egyik laboratóriumának a vezetője - a későbbi Nobel-díjas neurobiológus - John Carew Eccles fogadta be. Itt került szoros baráti és munkakapcsolatba a később szintén Nobel-díjjal kitüntetett Bernard Katzcal. Ez az időszak az ausztrál kulturális legendárium gyakran emlegetett epizódja. Sokan kérdik, mit alkothattak volna együtt, ha a három kivételes képeségű kutató munkáját nem szakítja meg a II. világháború, ha az ausztrál kormányzati bürokrácia felismerte volna ezt a rendkívül szerencsés helyzetet és a háború után lehetőséget teremtett volna számukra az országban. A választ nem tudhatjuk, mindenesetre a tehetség utat keresett és talált magának; Eccles az új-zélandi University of Otago, Katz pedig a University College London-ban teremtett új iskolát.
Vissza az oldal tetejére »
Tudományos pályafutása
Kuffler a University of Chicago meghívására Amerikába került, majd Chicagóból rövidesen Baltimore-ba ment, ahol a Wilmer Institute, The Johns Hopkins Hospital and University professzoraként olyan fiatal, önálló neurobiológusokkal mint David Hubel, Torsten Wiesel, Edwin Furshpan, David Potter, és olyan mérnökökkel mint pl. Robert Bosler, alakított munkacsoportot. Otto Krayernek, a Department of Pharmacology at Harvard Medical School professzorának, meghívására az egész csoport Cambridge-be (Massachusetts) költözött. Ekkor csatlakozott csoportjukhoz az ugyancsak fiatal biokémikus, Edward Kravitz. A Harvardon Kuffler megalapította azt az önálló neurobiológiai intézetet, melyet haláláig a neurofiziológia és neurofarmakológia professzoraként igazgatott. A világon elsőként itt volt olyan csoport, mely önállóan tudta az idegrendszer élettanát, biokémiáját, anatómiáját és szövettanát együttesen vizsgálni. Kuffler a nyarakat csoportjával a Woods Hole-i Marine Biological Laboratory-ban töltötte, kivéve az 1967 és 1971 közti éveket, amikor a La Jolla-i Salk Institute for Biological Studies-ban dolgozott. Munkatársait mindig ösztönözte, és erős szellemi hátteret biztosított számukra. Doktoranduszaira és kollégáira, köztük a Nobel-díjas Erik Kandelre is nagy hatással volt. Szerzőséget csak azokban a közleményekben vállalt, amelyekhez a saját kezével végzett kísérleti munkával járult hozzá. Kollégáinak cikkeit utánozhatatlanul könnyed, de határozott stílusban bírálta.
Vissza az oldal tetejére »
Családja és magánélete
Stephen (Steve) W. Kuffler 1943-ban, Ausztráliában házasodott meg. , Felesége, Phyllis (született Phyllis Shewcroft) orvos volt, aki a Harvard Egyetemen szerzett doktorátust. Négy gyermeket neveltek fel. Suzanne festő, Damien apját követve tudós lett, Eugenie komponista és előadóművész, Julian pedig orvos. A szűkebb család sokszor nyújtott otthont az apa nagy “tudományos” családjának, mely a világ számos részéről gyűlt össze. Amerikai állampolgárságot 1953-ban szerzett. Bár élete végén cukorbetegségben és glaukómában szenvedett, ennek ellenére szenvedélyesen dolgozott, sportolt (kiváló teniszjátékos volt) és utazott.. A halál egy megerőltető tengeri úszás után érte. Halála évében teljesült régi vágya, amikor egy európai körút során Budapesten is járt.
Vissza az oldal tetejére »
Tudományos munkássága és eredményei
S.W. Kuffler hozzávetőlegesen 90 cikke érdeklődésének rendkívül széles körét mutatja. Minden egyes témában kevéssé ismert és homályos pontot választott,, melyet vizsgálati eredményei világosabbá és érthetőbbé tettek. Közleményeinek szövege tömör, megfogalmazásuk világos,meggyőző erejük miatt ritkán igényeltek hosszas diszkussziót. Tudományos műveit tanítványa és munkatársa, J. G. Nicholls, nyolc téma köré csopotosította. A témakörökhöz adott hivatkozások - a teljesség igénye nélkül -, legfontosabb eredményeit illusztrálják.
Vissza az oldal tetejére »
A szinaptikus jelátvitellel kapcsolatos korai munkák:
In vitro készítményen folytatott munkái során az egyes izomrostokat a hozzájuk vezető ideggel együtt tanulmányozta. Ausztráliai közleményeivel új utat nyitott a véglemez potenciál, a kalcium és a denerváció hatásainak kutatásában.
Eccles J. C., Katz B. and Kuffler S. W., Nature of the 'endplate potential' in curarized muscle. J. Neurophysiol. 4:362-387, 1941.
A szinaptikus jelátadás tisztázásához vezető út fontos állomásai lettek a Bernard Katzcal rák izmon végzett további munkák.
Katz B., Kuffler S. W., Excitation of the nerve-muscle system in Crustacea. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 133:374-389, 1946.
Kuffler S. W., Katz B., Inhibition at the nerve muscle junction in crustacea. J Neurophysiol. 9:337-346, 1946.
Vissza az oldal tetejére »
A tónusos izomrost és az izomorsó működése:
Amerikában első munkáit a béka lassan összehúzódó, úgynevezett tónusos izomrostjain végezte.
Kuffler S.W., A second motor nerve system to frog skeletal muscle. Proc Soc Exp Biol Med., 63(1):21-23, 1946.
Kuffler S. W., Laporte Y., Rans Meier R. E., Reflex activity of the frog's small-nerve motor system Fed Proc. 6(1 Pt 2):146, 1947.
Ezek a korai felismerések vezettek el az emlős izom idegi kontrollját tisztázó későbbi, a Vilmer Institute-ban Peter Quilliammal és Cuy Hunttal közös munkáihoz, melyekben feltárták az izomrostok idegi kontrolljának részleteit. Az elegáns és termékeny kísérleti elrendezés lehetővé tette, hogy miközben egy motoros afferens ideget ingereltek, megfigyelhették az egyetlen izomorsóból jövő érzékelő ideg elektromos jeleit. A vastag rostok ingerlése, ahogyan az várható volt, izomösszehúzódást okozott. Amikor vékony motoros rostokat ingereltek, látható összehúzódást nem tapasztaltak, ellenben az ingerlés erősen megnövelte a kisülés frekvenciáját az érzékelő rostban. Ezt a jelenséget az izomorsóban lévő specializált,, vékony izomrostok működésének tulajdonították.
Kuffler S. W., Hunt C. C., Quilliam J. P., Function of medullated small-nerve fibers in mammalian ventral roots; efferent muscle spindle innervation. J. Neurophysiol. 14(1):29-54, 1951.
Vissza az oldal tetejére »
A retinális ganglion sejtek működése:
A baltimore-i Wilmer Institute-ban folytatott munkák 1952-ben kezdődő sorozata az emlős retina működésének felderítését szolgálta. Az addig használt diffúz és aspecifikus fénystimulus helyett kicsi, de jól pozicionálható, diszkrét fényes és sötét foltokat alkalmazott, miközben az egyedi ganglionsejtek kisüléseit figyelte. Ehhez a módszerhez S. A. Talbottal egy új ophtalmoscopot fejlesztett ki.
Talbot S. A., Kuffler S. W., A multibeam ophthalmoscope for the study of retinal physiology. J Opt Soc Am. 42(12):931-936, 1952.
Egyszerzős cikkei sorozatában rövid idő alatt alapvető felfedezéseket tett közzé. Ezek lényege az, hogy a ganglionsejtek receptív mezeje köralakú, amely hatásában két koncentrikus antagonisztikus részre oszlik. Kétféle ganglionsejtet talált, melyek abban különböznek, hogy a centrumba eső fény serkenti vagy gátolja őket. Az előbbieket ON-center, az utóbbiakat OFF-center sejteknek nevezte el. Ezt a jelenséget a retina ganglionáris rétegének abemenetét képező serkentő és gátló sejtek összehangolt működésévelmagyarázta.
Kuffler S.W., Neurons in the retina; organization, inhibition and excitation problems. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 17:281-292, 1952
Kuffler S. W., Discharge patterns and functional organization of mammalian retina. J Neurophysiol. 16(1):37-68, 1953
Kuffler SW., The single-cell approach in the visual system and the study of receptive fields. Invest Ophthalmol. 12(11):794-813, 1973
Ezek a cikkek képezték David H. Hubel és Torsten N. Wiesel látókérgen végzett, később Nobel-díjjal elismert munkáinak kiinduló pontját.
Vissza az oldal tetejére »
Az idegi serkentés és gátlás szerepe a rák izom nyújtás receptorának működésében:
Ugyancsak a Vilmer Institute-ban végzett úttörő munkát Carlos Eyzaguirre-rel a mechanoreceptorokkal kapcsolatos idegi tevékenység tisztázására. Világos és meggyőző elektrofiziológiai vizsgálatokkal jellemezték az izomműködés során fellépő generátor potenciált és az azt követő akciós potenciálokat.
Eyzaguirre C. Kuffler S. W. Processes of excitation in the dendrites and in the soma of single isolated sensory nerve cells of the lobster and crayfish. J. Gen. Physiol. 39(1):87-119, 1955
Ezek az eredmények vezettek a Charles Edwardsszal végzett későbbi vizsgálatokhoz, amelyekben felismerték a GABA (gamma-aminobutyric acid) idegi gátlásban játszott szerepét.
Kuffler S. W., Edwards C., Mechanism of gamma aminobutyric acid (GABA) action and its relation to synaptic inhibition. J Neurophysiol. 21(6):589-610, 1958
Vissza az oldal tetejére »
A GABA mint ingerületátvivő vegyület azonosítása:
A Neurophysiology Laboratory, Department of Pharmacology at Harvard Medical School keretében dolgozva, Ed Kravitzcal, David Potterrel és másokkal együttműködve megállapította, hogy a GABA a természetes úton kiváltható gátló anyaggal azonos hatású. Párhuzamosan végzett biokémiai analízissel kimutatták, hogy a gátló idegek ezerszer több GABA-t tartalmaznak mint a serkentők. Ezzel véglegesen bebizonyították, hogy a GABA inderületátvivő anyag és szilárd alapokat adtak későbbi, emlős agyon végzett munkákhoz.
Dudel J., Gryder R., Kaji A., Kuffler S. W. and Potter D. D., Gamma-aminobutyric acid and other blocking compounds in Crustacea. I. Central nervous system. J Neurophysiol. 26:721-728, 1963.
Kravitz E. A., Kuffler S. W., Potter D. D. and Vangelder N. M., Gamma-aminobutyric acid and other blocking compounds in Crustacea. II. Peripheral nervous system. J Neurophysiol. 26:729-738, 1963
Kravitz E. A., Kuffler S. W. and Potter D. D., Gamma-aminobutyric acid and other blocking compounds in Crustacea. III. Their relative concentrations in separated motor and inhibitory axons. J. Neurophysiol. 26:739-751, 1963.
Vissza az oldal tetejére »
A preszinaptikus gátlás igazolása:
Még a fenti munkákat megelőzően, szintén a Harvardon vették észre , Josef Dudellal, hogy a gátló idegek ingerlése – azon kívül, hogy közvetlen gyengítette az izomösszehúzódást – csökkentette a serkentő idegekből felszabaduló transzmitter mennyiségét. Ezzel megmutatták, miként működhetnek az idegsejtek a sok tekintetben kérdéses és máig sokat vizsgált preszinaptikus gátlás során.
Dudel J., Kuffler S. W., Presynaptic inhibition at the crayfish neuromuscular junction. J. Physiol. 155:543-562, 1961
Vissza az oldal tetejére »
A gliasejtek szerepe és működése:
A hatvanas évek elején a gliasejteket az idegsejtek alapműködése szempontjából közömbös elemeknek tekintették. Meglepő és innovatív módon, David Potterrel mégis a gliát kezdte Kuffler tanulmányozni a pióca idegdúcaiban. Hamarosan kimutatták, hogy a gliasejtek nyugalmi membránpotenciálja magasabb az idegsejtekénél, elektromosan kapcsoltak és nincsen akciós potenciáljuk. A John Nichollsszal szintén piócában végzett kísérletekkel bizonyította, hogy a kismolekulák és elektrolitok a véredényekből közvetlenül, extracelluláris réseken át és nem a gliasejteken keresztül jutnak el az idegsejtekhez. Majd Dick Orkand közreműködésével – békában és gőtében – azt is kimutatták, hogy az idegműködés kapcsán az extracelluláris térben megemelkedik a kálium ion koncentráció, ami depolarizálja a gliasejteket. Ezek az eredmények vezettek ahhoz a koncepcióhoz, miszerint a gliának az extracelluláris tér anyagainak koncentráció kiegyenlítésében, stabilizálásában lehet szerepe.
Kuffler W. S. and Potter D. D., Glia in the leech central nervous system. Physiological properties and neuron-glia relationship. J. Neurophysiol. 27:290-320, 1964. Orkand R. K., Nicholls J. G. and Kuffler W. S, The effect of nerve impulses on the membrane potential of glial cells in the central nervous system of Amphibia. J. Neurophysiol. 29:788-806, 1966
Kuffler W. S., Neuroglial cells: physiological properties and a potassium mediated effect of neuronal activity on the glial membrane potential. The Ferrier Lecture. Proc. R. Soc. Lond. B Biol Sci 168:1-21, 1967
Később Monroe Cohennel és Hersch Gerschenfelddel a vér-agy- gát működésének vizsgálatában ért el kulcsfontosságú eredményeket.
Cohen M. W., Gerschenfeld H. M. and Kuffler S. W., Ionic environment of neurones and glial cells in the brain of an amphibian. J Physiol. 197(2):363-380, 1968.
Vissza az oldal tetejére »
Szinaptikus jelátvitel:
Kuffler élete utolsó szakaszában munkatársával és közeli barátjával, Jack McMahannal,visszatért a szinaptikus jelátvitel kutatásához. Bár a cél hasonló volt, módszereik merőben különböztek attól, amit Bernard Katz csinált. Felhasználva az újonan bevezetett fénymikroszkópos DIC (Differential Interference Contrast) technikát, a béka szív szeptumában in vivo vizsgálták a paraszimpatikus idegvégződéseket. Ennek során kimutatták, hogy – fény és elektronmikroszkópos szinten – az idegek közti szinapszisok és a neuromuszkuláris junkció szerkezete hasonlít. Azt is észrevették, hogy denerváció után az acetilkolin receptorok szétszélednek az izomsejt felszínén.
McMahan U. J., Kuffler S. W., Visual identification of synaptic boutons on living ganglion cells and of varicosities in postganglionic axons in the heart of the frog. Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 177:485-508, 1971
Kuffler S. W., Dennis M. J. and Harris A. J., The development of chemosensitivity in extrasynaptic areas of the neuronal surface after denervation of parasympathetic ganglion cells in the heart of the frog. Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 177:555-563, 1971.
Egy Doju Yoshikamival végzett másik kísérletsorozatbana különböző koncentrációjú mesterségesen adott acetilkolin hatását vetették össze az idegstimulusra felszabadított transzmitter hatásával. Így meg tudták becsülni az egyetlen transzmitter kvantumban lévő acetilkolin molekulák számát. Eredményeik szerint ez kevesebb, mint tízezernek adódott.
Kuffler S. W. and Yoshikami D, . The number of transmitter molecules in a quantum: an estimate from iontophoretic application of acetylcholine at the neuromuscular synapse. J. Physiol. 251:465-482, 1975
Később Lily Jannal és Yuh-Nung Jannal tisztázta, hogy az autonóm idegrendszerben fellépő lassú, serkentő és gátló szinaptikus potenciálok kiváltásában a muszkarinos és nikotinos receptoroknak egyaránt szerepe van. Emellett egyértelmű bizonyítékokat találtak arra, hogy a preganglionáris végződésekből felszabaduló neuropeptid LHRH-nak is szerepe van a jelátvitelben.
Jan Y. N., Jan L. Y. and Kuffler S. W., A peptide as a possible transmitter in sympathetic ganglia of the frog. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 76:1501-1505, 1979.
Az 1976-ban megjelent, J. G. Nichollsszal írt tankönyve eredeti szemléletével egy egész felnövő neurobiológus nemzedékre volt nagy hatással. From Neuron to Brain, Sunderland, Mass.: Sinauer.
Az amerikai National Academy of Sciences 1964-ben tagjává, a brit Royal Society pedig Foreign Member-nek választotta 1971-ben.
Életrajzi kiegészítések, feljegyzések
Katz B., Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, vol. 28, pp. 225-59, 1982
Nicholls J.G., Stephen W Kuffler, National Acadamy of Science, Biographical Memoirs,
McMahan U. J. Steve, Remembrances of Stephen W. Kuffler, compiled and introduced (Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, 1990)
Vissza az oldal tetejére »
