Auszeichnungen für die Neurobiologie von Hirnstörungen 2024

Der McKnight Endowment Fund for Neuroscience hat vier Projekte für die Neurobiology of Brain Disorders Awards 2024 ausgewählt. Die Auszeichnungen belaufen sich auf insgesamt 1,2 Millionen TP4T für die Erforschung der Biologie von Hirnerkrankungen. Jedes Projekt erhält in den nächsten drei Jahren jährlich 100.000 TP4T, sodass pro Projekt insgesamt 300.000 TP4T gefördert werden.

Die NBD-Preise (Neurobiology of Brain Disorders) unterstützen innovative Forschungen von US-Wissenschaftlern, die sich mit neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen befassen. Die Auszeichnungen fördern die Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschung und klinischer Neurowissenschaft, um Laborentdeckungen über das Gehirn und das Nervensystem in Diagnosen und Therapien zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit umzusetzen.

Ein weiteres Interessengebiet ist der Beitrag der Umwelt zu Hirnstörungen. Umweltstress im frühen Leben ist ein wichtiger Faktor, der spätere neurologische und psychiatrische Störungen verursacht. Studien zeigen, dass farbige Gemeinschaften einem höheren Risiko für diese Stressfaktoren ausgesetzt sind, die von umweltbedingten (z. B. Klima, Ernährung, Belastung durch Chemikalien, Umweltverschmutzung) bis hin zu sozialen (z. B. Familie, Bildung, Wohnen, Armut) reichen. Aus klinischer Sicht ist das Verständnis, wie Umweltfaktoren zu Hirnerkrankungen beitragen, für die Entwicklung wirksamer Therapien von entscheidender Bedeutung.

„Von der Erweiterung unseres Verständnisses der Entwicklung von Hirnerkrankungen bis hin zur Erforschung neuartiger Therapien für Hirnerkrankungen beschreiten die für den diesjährigen Preis ausgewählten Forscher wichtige Wege in der neurologischen Forschung zu neurologischen Erkrankungen“, sagte Ming Guo, MD, Ph.D., Vorsitzender des Preiskomitees, Laurie & Steven C. Gordon-Lehrstuhl für Neurowissenschaften und Professor für Neurologie und Pharmakologie an der UCLA David Geffen School of Medicine. „Sie untersuchen die Grundlagen verheerender und lebensverändernder Erkrankungen, darunter bösartige Hirntumore, Parkinson und Alzheimer, und entwickeln Ideen, die zu neuen Erkenntnissen über die Funktionsweise des Gehirns führen und in Zukunft möglicherweise Heilmittel für derzeit unheilbare neurologische Erkrankungen finden könnten.“

Die Auszeichnungen sind inspiriert von den Interessen von William L. McKnight, der 1953 die McKnight Foundation gründete und die Forschung zu Hirnerkrankungen unterstützen wollte. Seine Tochter Virginia McKnight Binger und der Vorstand der McKnight Foundation gründeten 1977 ihm zu Ehren das McKnight-Neurowissenschaftsprogramm.

Jedes Jahr werden mehrere Auszeichnungen vergeben. Die diesjährigen vier Auszeichnungen sind:

Da in diesem Jahr 134 Absichtserklärungen eingegangen sind, herrscht ein hoher Wettbewerb um die Auszeichnungen. Ein Ausschuss renommierter Wissenschaftler prüft die Briefe und fordert einige ausgewählte Forscher auf, vollständige Vorschläge einzureichen. Außer Dr. Guo gehören dem Ausschuss Susanne Ahmari, MD, Ph.D., University of Pittsburgh School of Medicine; Gloria Choi, Ph.D., Massachusetts Institute of Technology; André Fenton, Ph.D., New York University; Joseph G. Gleeson, MD, University of California San Diego; Tom Lloyd, MD, Ph.D., Baylor College of Medicine; und Michael Shadlen, MD, Ph.D., Columbia University an.

Die Bewerbungsfrist für Absichtserklärungen für die Auszeichnungen 2025 beginnt am 30. Juli 2024.

Über den McKnight-Stiftungsfonds für Neurowissenschaften

Der McKnight Endowment Fund for Neuroscience ist eine unabhängige Organisation, die ausschließlich von der McKnight Foundation in Minneapolis, Minnesota, finanziert wird und von einem Gremium prominenter Neurowissenschaftler aus dem ganzen Land geleitet wird. Die McKnight Foundation unterstützt die neurowissenschaftliche Forschung seit 1977. Die Stiftung gründete 1986 den Stiftungsfonds, um eine der Absichten des Gründers William L. McKnight (1887–1978), eines der ersten Führungskräfte der 3M Company, umzusetzen.

Zusätzlich zu den Neurobiology of Brain Disorders Awards vergibt der Stiftungsfonds auch jährliche Preisgelder im Rahmen der McKnight Scholar Awards und unterstützt damit Neurowissenschaftler in der frühen Phase ihrer Forschungskarriere.

Neurobiology of Brain Disorders Awards

Aparna Bhaduri, Ph.D., Assistenzprofessor für Biologische Chemie und Co-Forschungsleiter Kunal Patel, MD, Neurochirurgie, University of California – Los Angeles

Charakterisierung des Kontextes: Die Rolle der Mikroumgebung bei der Entstehung menschlicher Glioblastome:

Die Prognose für Menschen mit der Diagnose Glioblastom, einer Form von primärem Hirntumor, hat sich seit Jahrzehnten kaum verändert. Eine Herausforderung besteht darin, dass der Mechanismus, durch den sich Glioblastome entwickeln und ausbreiten, noch nicht gut verstanden ist. Mausmodelle können den Forschern nur begrenzte Informationen liefern, und Studien an aus dem Gehirn entfernten Tumoren zeigen nicht, wie diese gewachsen sind.

Dr. Bhaduris Labor untersucht, wie sich das Gehirn entwickelt und wie bestimmte Zelltypen bei Hirnkrebs reaktiviert werden. Dabei werden Entwicklungsstadien des Gehirns nachgeahmt, die jedoch vom Tumor übernommen werden. In Zusammenarbeit mit Dr. Patel, einem Neurochirurgen, der auf Glioblastomoperationen spezialisiert ist, wird Bhaduris Labor neuartige Ansätze verwenden, um Systeme mit Organoiden aus Stammzelllinien zu entwickeln, die die Umgebung des menschlichen Gehirns genau nachahmen. Anschließend werden Tumorproben, die Patel von chirurgischen Patienten sammelt, implantiert, gezüchtet und untersucht. Patel hat Methoden entwickelt, um die Tumore zu visualisieren, die es ihm ermöglichen, einige der peripheren Zellen zu entfernen, die mit der umgebenden Gehirnsubstanz interagieren, was für die Forschung von besonderem Interesse ist.

Bhaduris Team wird die Verwandtschaftsverhältnisse der Glioblastomzelltypen untersuchen – wie sie sich während des Tumorwachstums verändern und welche Rolle die verschiedenen Zellen im Kern, in der Peripherie oder in irgendeinem anderen Teil des Tumors spielen – und auch untersuchen, wie Tumorzellen mit umgebenden normalen Zellen interagieren. Das Verständnis dieses Zusammenhangs zwischen Entwicklung und Glioblastom und der Interaktion des Tumors mit seiner Umgebung könnte Wege aufzeigen, ihn zu unterbrechen.

Aryn Gittis, Ph.D., Professor, Abteilung für Biowissenschaften, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA

Untersuchung von Schaltkreisen und Mechanismen, die eine dauerhafte Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit bei Mäusen mit Dopaminmangel unterstützen

Das Hauptaugenmerk von Dr. Gittis' Labor liegt auf dem Verständnis, wie neuronale Schaltkreise die Bewegung beim Menschen steuern und wie man diese Schaltkreise nach Verletzungen oder Schäden wieder trainieren kann. Ihre neue Forschung erforscht Möglichkeiten, die Plastizität des Gehirns zu nutzen, um die Auswirkungen des Dopaminmangels – ein Hauptmerkmal der Parkinson-Krankheit – zu mildern und die Bewegungsfunktion mithilfe elektrischer Impulse über längere Zeiträume zu verbessern.

Die tiefe Hirnstimulation, bei der ins Gehirn implantierte Drähte eine konstante, unspezifische elektrische Ladung abgeben, ist seit einiger Zeit zugelassen und wird zur Linderung der Symptome der Parkinson-Krankheit eingesetzt. Allerdings werden dabei nur die Symptome behandelt, die sofort wieder auftreten, wenn die Ladung abgeschaltet wird. Gittis‘ Labor möchte herausfinden, welche Nervenbahnen genau für die Erholung der Bewegungsabläufe erforderlich sind, wie elektrische Impulse „abgestimmt“ werden können, um nur diese Subpopulationen zu beeinflussen, und wie diese Subpopulationen dazu angeregt werden können, sich im Wesentlichen selbst zu reparieren, wodurch eine länger anhaltende Linderung der Symptome erreicht wird, auch ohne anhaltende Stimulation.

Vorarbeiten sind vielversprechend: Anhand eines Mausmodells mit Dopaminmangel haben Gittis und ihr Team bestimmte Neuronensubpopulationen im Hirnstamm identifiziert, die für die Linderung der Symptome erforderlich sind. Spannenderweise verändert sich die Aktivität der Zellen bei Stimulation mit einem Impuls sorgfältig abgestimmter Elektrizität (anstelle eines konstanten Stromflusses) so, dass sie stundenlang ohne weitere Stimulation eine verbesserte Beweglichkeit aufweisen. Ihre Forschung zielt darauf ab, herauszufinden, ob diese Aktivitätsänderungen dauerhafter gemacht werden können, um die Heilung und Neuverdrahtung neuronaler Schaltkreise einzuleiten.

Thanh Hoang, Ph.D., Assistenzprofessor, Abteilung für Augenheilkunde, Abteilung für Zell- und Entwicklungsbiologie, Michigan Neuroscience Institute, University of Michigan, Ann Arbor, MI

In-vivo-Umprogrammierung von Astrozyten in Neuronen zur Behandlung der Parkinson-Krankheit

Neuronen des zentralen Nervensystems (ZNS) sind für die Koordination der Körperfunktionen von entscheidender Bedeutung, sie sind jedoch sehr anfällig für Verletzungen. Bei einer Schädigung können die Auswirkungen irreversibel sein, da sich Neuronen nicht auf natürliche Weise selbst reparieren oder ersetzen. Bei der Parkinson-Krankheit haben dopaminerge Neuronen ihre Funktion verloren, wodurch der Dopaminspiegel im Gehirn sinkt. Aktuelle Behandlungen konzentrieren sich auf die Linderung der Symptome, beispielsweise die Verbesserung der motorischen Kontrolle. Dr. Hoang verfolgt in seiner Forschung einen anderen Ansatz: Er sucht nach Möglichkeiten, endogene Gliazellen im Gehirn in neue Neuronen umzuprogrammieren und so die Funktion des Gehirns wiederherzustellen.

Hoangs Labor hat das Konzept anhand von Netzhautneuronen bewiesen. Anhand eines Mausmodells identifizierte Hoang Gene in Gliazellen der Netzhaut, die als Suppressoren wirken und verhindern, dass sich die Zellen in Neuronen verwandeln. Der gleichzeitige Funktionsverlust dieser vier Gene führte zu einer fast vollständigen Umwandlung dieser Gliazellen in Netzhautneuronen. Seine Forschung zielt darauf ab, festzustellen, ob das gleiche Prinzip auf Astrozyten angewendet werden kann, den am häufigsten vorkommenden Gliazellentyp im ZNS, der den Netzhautgliazellen aus der früheren Forschung seines Labors stark ähnelt.

In seiner neuen Forschung strebt Hoang eine therapeutische Anwendung an. Er arbeitet an der Perfektionierung eines In-vivo-Prozesses zur Hemmung der Suppressoren in den Astrozyten über einen Adeno-assoziierten Virusvektor (AAV). Seine Forschung wird zunächst die Neuronentypen identifizieren, die aus dem Prozess resultieren – es scheinen viele Typen zu entstehen – und dann versuchen zu bestimmen, welche Faktoren erforderlich sind, um speziell die Entwicklung und Reifung dopaminerger Neuronen zu fördern. Diese Arbeit verspricht, die Wissenschaft der Zellneuprogrammierung voranzubringen, mit Auswirkungen auf viele neurologische Erkrankungen zusätzlich zur Parkinson-Krankheit.

Jason Shepherd, Ph.D., Professor, Spencer Fox Eccles School of Medicine, Universität von Utah, Salt Lake City, Utah

Virusähnliche interzelluläre Übertragung von Tau bei der Alzheimer-Krankheit

Jahrelange Forschung hat unser Verständnis der Alzheimer-Krankheit, die durch kognitiven Abbau gekennzeichnet ist, erheblich erweitert, aber über ihre Ursachen und die Ausbreitung der Krankheit im Gehirn ist noch viel zu lernen. Dr. Shepherd und sein Labor konzentrieren sich auf die Rolle von Tau, einem Protein in Gehirnzellen, das mit zunehmendem Alter fehlgefaltet und verknotet werden kann. Es besteht eine starke Korrelation zwischen der Menge an fehlgefaltetem Tau und dem kognitiven Abbau bei der Alzheimer-Krankheit. Um die Zellen zu schützen, muss fehlgefaltetes Tau ausgeschieden werden, bevor es sich bis zu toxischen Mengen ansammelt und zum Zelltod führt. Von Zellen freigesetztes fehlgefaltetes Tau kann jedoch die Tau-Pathologie auf andere Zellen und im gesamten Gehirn ausbreiten.

Wie genau Tau aus Zellen freigesetzt wird, ist unklar, aber dies könnte als „nacktes“ Protein oder verpackt in membranumhüllten extrazellulären Vesikeln (EVs) geschehen. Shepherds Team untersucht diese zweite Möglichkeit nach einer neuen Entdeckung des Labors: Arc, ein neuronales Gen, das für die synaptische Plastizität und Gedächtniskonsolidierung entscheidend ist, könnte sich aus einem alten retrovirusähnlichen Element entwickelt haben und die Fähigkeit behalten haben, EVs zu bilden, indem es virusähnliche Kapside bildet, die Material verpacken und an nahe gelegene Zellen senden. Arc bindet Tau, sodass Arc-EVs auch das fehlgefaltete Tau verbreiten und so zum Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit beitragen könnten.

In seiner neuen Forschung wollen Shepherd und sein Team die molekularen Mechanismen der Tau-Freisetzung in EVs, die Rolle von Arc in der Tau-Pathologie und die Art und Weise verstehen, wie Arc-abhängige Mechanismen zur Tau-Ausbreitung beitragen. Das Verständnis dieser Mechanismen könnte letztendlich zu Therapien führen, die die Ausbreitung von fehlgefaltetem Tau verringern und so den Verlauf der Alzheimer-Krankheitspathologie verändern.