28 de mayo de 2020
La Junta de Directores de The McKnight Endowment Fund for Neuroscience se complace en anunciar que ha seleccionado a seis neurocientíficos para recibir el Premio McKnight Scholar 2020.
Los McKnight Scholar Awards se otorgan a jóvenes científicos que se encuentran en las primeras etapas de establecer sus propios laboratorios independientes y carreras de investigación y que han demostrado un compromiso con la neurociencia. "Los académicos de este año ejemplifican el poder de la neurociencia moderna para dilucidar la biología del cerebro y la mente", dice Kelsey C. Martin, MD, Ph.D, presidente del comité de premios y decano de la Facultad de Medicina David Geffen de la UCLA. Desde que se presentó el premio en 1977, este prestigioso premio de inicio de carrera ha financiado a más de 240 investigadores innovadores y ha estimulado cientos de descubrimientos innovadores.
“Aprovechando una variedad de enfoques metodológicos en diversos organismos modelo, los Académicos McKnight 2020 están avanzando en la neurociencia de las interacciones intestino-cerebro y la vinculación entre padres e hijos, descifrando la lógica computacional de la planificación motora en el cerebelo y la lógica reguladora del gen de inhibición en el corteza, identificando y caracterizando nuevos canales de cloruro en las neuronas, y utilizando enfoques basados en la estructura para desarrollar nuevas terapias que se dirijan a receptores de serotonina específicos ", dice Martin. "En nombre de todo el comité, me gustaría agradecer a todos los solicitantes de los Premios Académicos McKnight de este año por su beca innovadora y sus contribuciones a la neurociencia".
Cada uno de los siguientes seis ganadores del Premio McKnight Scholar recibirá $ 75,000 por año durante tres años. Son:
Steven Flavell, Ph.D.
Instituto de Tecnología de Massachusetts - Cambridge, MA
Elucidando los mecanismos fundamentales de la señalización del encéfalo-cerebro en C. elegans
Estudiar cómo las bacterias intestinales influyen en la actividad y el comportamiento del cerebro.
Nuo Li, Ph.D.
Baylor College of Medicine - Houston, TX
Cálculos cerebelosos durante la planificación motora
Investigar el proceso por el cual diferentes partes del cerebro, incluido el cerebelo, se coordinan para planificar el movimiento físico.
Lauren O'Connell, Ph.D.
Universidad de Stanford - Stanford, CA
Bases neuronales de engramas parentales en el cerebro infantil
Estudiar lo que sucede en los cerebros de los animales bebés durante el vínculo parental y los efectos que este proceso neuronal tiene en la toma de decisiones y el bienestar en la edad adulta.
Zhaozhu Qiu, Ph.D.
Universidad Johns Hopkins - Baltimore, MD
Descubriendo la identidad molecular y la función de los nuevos canales de cloruro en el sistema nervioso
Investigación sobre los genes que subyacen a diversos canales de cloruro y su papel en la regulación de la excitabilidad neuronal y la plasticidad sináptica.
Maria Antonietta Tosches, Ph.D.
Universidad de Columbia - Nueva York, NY
La evolución de módulos genéticos y motivos de circuitos para la inhibición cortical
Explorando la evolución de los circuitos neuronales mediante el estudio de los tipos de neuronas antiguas en animales con cerebros simples para inferir los principios fundamentales de la organización y función del cerebro.
Daniel Wacker, Ph.D.
Icahn School of Medicine en Mount Sinai - Nueva York, NY
Aceleración del descubrimiento de fármacos para los trastornos cognitivos a través de estudios estructurales de un receptor de serotonina
Determinar la estructura de un receptor de serotonina específico vinculado a la cognición y usar esa estructura para identificar compuestos que pueden unirse al receptor de una manera específica para avanzar en el descubrimiento de terapias farmacológicas.
Hubo 58 solicitantes para los McKnight Scholar Awards de este año, que representan a la mejor facultad de neurociencia joven del país. Los docentes solo son elegibles para el premio durante sus primeros cuatro años en un puesto de docentes a tiempo completo. Además de Martin, el comité de selección de los Scholar Awards incluyó a Dora Angelaki, Ph.D., Universidad de Nueva York; Gordon Fishell, Ph.D., Universidad de Harvard; Loren Frank, Ph.D., Universidad de California, San Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Universidad de California, Davis; Richard Mooney, Ph.D., Facultad de Medicina de la Universidad de Duke; Amita Sehgal, Ph.D., Facultad de Medicina de la Universidad de Pennsylvania; y Michael Shadlen, MD, Ph.D., Universidad de Columbia.
Las solicitudes para los premios del próximo año estarán disponibles en agosto y deben presentarse el 4 de enero de 2021. Para obtener más información sobre los programas de premios de neurociencia de McKnight, visite el sitio web del Fondo de Dotación en https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
Acerca de The McKnight Endowment Fund for Neuroscience
El McKnight Endowment Fund for Neuroscience es una organización independiente financiada únicamente por la Fundación McKnight de Minneapolis, Minnesota, y dirigida por una junta de destacados neurocientíficos de todo el país. La Fundación McKnight ha apoyado la investigación en neurociencia desde 1977. La Fundación estableció el Fondo de Dotación en 1986 para llevar a cabo una de las intenciones del fundador William L. McKnight (1887-1979). Uno de los primeros líderes de la Compañía 3M, tenía un interés personal en la memoria y las enfermedades cerebrales y quería que parte de su legado se usara para ayudar a encontrar curas. The Endowment Fund hace tres tipos de premios cada año. Además de los McKnight Scholar Awards, son los McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, que proporcionan capital inicial para desarrollar inventos técnicos para mejorar la investigación del cerebro; y los Premios McKnight de Neurobiología de los Trastornos Cerebrales, para los científicos que trabajan para aplicar el conocimiento logrado a través de la investigación traslacional y clínica a los trastornos cerebrales humanos.
Premios McKnight Scholar 2020
Steven Flavell, Ph.D. Profesor Asistente, The Picower Institute for Learning and Memory, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA
Elucidando los mecanismos fundamentales de la señalización del encéfalo-cerebro en C. elegans
En los últimos años, ha aumentado el interés en el microbioma del intestino, la mezcla de bacterias que viven en el tracto digestivo, y su impacto en la salud general. El Dr. Flavell realizará una serie de experimentos para responder preguntas fundamentales sobre cómo interactúan el intestino y el cerebro, cómo la presencia de ciertas bacterias activa las neuronas y cómo esto influye en el comportamiento de un animal. Esta investigación podría abrir nuevas líneas de investigación sobre el microbioma humano y cómo influye en la salud y las enfermedades humanas, incluidos los trastornos neurológicos y psiquiátricos.
Poco se entiende sobre cómo el intestino y el cerebro interactúan mecánicamente: ¿qué neuronas se activan por la presencia de bacterias? ¿Qué están detectando? ¿Qué señales envían y dónde? ¿Y cómo procesa el cerebro estas señales y las convierte en comportamiento? La investigación del Dr. Flavell se basará en los descubrimientos que su laboratorio ha realizado al estudiar el C. elegans gusano, cuyo sistema nervioso simple y bien definido puede generar comportamientos relativamente complejos que se estudian fácilmente en el laboratorio.
El Dr. Flavell y su equipo han identificado un tipo específico de neurona entérica (neuronas que recubren el intestino) que solo está activa mientras C. elegans alimentarse de bacterias. Sus experimentos identificarán las señales bacterianas que activan las neuronas, examinarán el papel de otras neuronas en la señalización del cerebro intestinal y examinarán cómo la retroalimentación del cerebro influye en la detección de bacterias intestinales. Por ejemplo, las neuronas entéricas de C. elegans señal al cerebro cuando detectan bacterias, para que el gusano pueda reducir la velocidad y forrajear. Los experimentos identificarán los matices de este proceso, como la forma en que la señalización y el comportamiento cambian cuando el gusano está lleno o encuentra diferentes tipos de bacterias, y qué sucede cuando se interrumpe la actividad de las neuronas entéricas. Comprender estos procesos centrales puede ayudar a futuras investigaciones a descubrir cómo las bacterias intestinales en los humanos están vinculadas a estados conductuales y neurológicos complejos.
Nuo Li, Ph.D., Profesor Asistente de Neurociencia, Baylor College of Medicine, Houston, TX
Cálculos cerebelosos durante la planificación motora
El tiempo lo es todo cuando se trata de mover los músculos de manera planificada. La investigación del Dr. Li utiliza un modelo de ratón para explorar con mayor detalle que los estudios anteriores lo que hace el cerebro durante el tiempo entre el plan y el movimiento. La vista antigua y simplificada del cerebro solía imaginar la corteza frontal, donde tiene lugar el razonamiento, como el centro de control, y el cerebelo, una parte antigua del cerebro, como una herramienta para enviar señales a los músculos. Esa visión se ha vuelto más matizada, con investigadores postulando que múltiples partes del cerebro están involucradas en el pensamiento y la planificación.
El laboratorio del Dr. Li ha revelado que la corteza motora lateral anterior (ALM, una parte específica de la corteza frontal del ratón) y el cerebelo están bloqueados en un bucle mientras el ratón está planeando una acción. Aún se desconoce exactamente qué información se transmite de un lado a otro, pero es distinta de la señal que realmente impulsa los músculos. Si la conexión se interrumpe incluso durante un instante durante la planificación, el movimiento se realizará incorrectamente. Por otro lado, el cerebro también puede usar ese tiempo para convertir la retroalimentación en una mejor planificación para un movimiento posterior, la forma en que un jugador de baloncesto se ajusta después de observar una falta.
Los experimentos del Dr. Li descubrirán el papel del cerebelo en la planificación motora y definirán las estructuras anatómicas que lo vinculan con el ALM. Mapeará la corteza cerebelosa y descubrirá qué poblaciones de un tipo especial de célula utilizada en la computación cerebelosa, llamadas células de Purkinje, son activadas por el ALM en la planificación motora, y qué señales envían de un lado a otro durante la planificación. Un segundo objetivo explorará qué tipo de cálculo realiza el cerebelo. El experimento utiliza ratones entrenados para realizar una acción específica algún tiempo después de observar una señal. Al observar qué partes del cerebro se activan durante ese tiempo de anticipación cuando el animal no se mueve pero se está preparando para moverse, y luego al perturbar ese proceso, Li aprenderá más sobre estos procesos cerebrales fundamentales y sofisticados.
Lauren O'Connell, Ph.D., Profesor Asistente de Biología, Universidad de Stanford, Stanford, CA
Bases neuronales de engramas parentales en el cerebro infantil
El vínculo entre padres e hijos es fundamental para el bienestar de comunidades enteras, tanto en humanos como en animales. No solo es compatible con la salud física, sino que también afecta los comportamientos y las elecciones de las personas a medida que alcanzan la edad adulta. El trabajo del Dr. O'Connell ayudará a identificar cómo se forman los recuerdos en la infancia como parte del proceso de vinculación, rastreará esas impresiones de la memoria para identificar cómo afectan la toma de decisiones futuras y explorará el impacto neurológico de la vinculación interrumpida.
Este proyecto utiliza un modelo de rana venenosa, elegido debido a su comportamiento de unión entre padres e hijos visto en el suministro de alimentos por parte de los padres. Un beneficio adicional para el modelo de rana venenosa es la fisiología de la rana, que permite una observación clara del comportamiento neuronal. El comportamiento de vinculación es antiguo y aparece en regiones del cerebro que se han conservado relativamente desde anfibios hasta mamíferos. Si bien se han realizado investigaciones que examinan el impacto de la vinculación desde la perspectiva de los padres, se entiende poco acerca de cómo ocurre en los bebés o su impacto neurológico.
En las ranas que O'Connell está estudiando, el comportamiento de vinculación incluye una exhibición de mendicidad por parte de los renacuajos, lo que lleva a los padres a proporcionar huevos no fertilizados para la comida. Recibir esa comida y cuidado hace que el renacuajo se imprima en el padre, lo que a su vez afecta la futura elección del compañero de renacuajo: preferirá compañeros que se parecen al cuidador. O'Connell ha identificado marcadores neuronales que están enriquecidos en renacuajos que piden comida, y descubrió que estas neuronas son análogas a las implicadas en una variedad de problemas neurológicos relacionados con el aprendizaje y el comportamiento social en humanos. Su investigación explorará la arquitectura neuronal involucrada en el reconocimiento infantil y la vinculación con los cuidadores, así como la actividad cerebral al hacer elecciones de pareja más adelante en la vida, para ver cómo la actividad neuronal en cada proceso se relaciona en condiciones normales y cuando se rompe la vinculación.
Zhaozhu Qiu, Ph.D., Profesor Asistente de Fisiología y Neurociencia, Universidad Johns Hopkins, Baltimore, MD
Descubriendo la identidad molecular y la función de los nuevos canales de cloruro en el sistema nervioso
Los canales iónicos son las piedras angulares para que el cerebro mantenga su función normal. Controlan el potencial y la excitabilidad de la membrana neuronal, así como la transmisión sináptica y la plasticidad. Están involucrados en muchos trastornos neurológicos y psiquiátricos y, por lo tanto, son los principales objetivos farmacológicos. Gran parte de la investigación se ha centrado en canales iónicos que conducen iones cargados positivamente, como sodio, potasio y calcio. Sin embargo, la función de los canales iónicos que permiten el paso del cloruro, el ión con carga negativa más abundante, sigue siendo poco conocida.
Uno de los principales desafíos es la identidad desconocida de los genes que codifican algunos de los diversos canales de cloruro. Al realizar pantallas genómicas de alto rendimiento, el Dr. Qiu y su equipo de investigación han identificado dos nuevas familias de canales de cloruro, activados por el aumento del volumen celular y el pH ácido, respectivamente. Utilizando una combinación de técnicas electrofisiológicas, bioquímicas, de imagen y de comportamiento, la investigación del Dr. Qiu tiene como objetivo investigar la función neurológica de estos nuevos canales iónicos con un enfoque en las interacciones neurona-glia, plasticidad sináptica y aprendizaje y memoria.
El Dr. Qiu extenderá este enfoque a otros misteriosos canales de cloruro en el cerebro. También planea desarrollar nuevos métodos y herramientas para medir y manipular la concentración de cloruro a nivel celular y subcelular en las células vivas y los animales, lo que actualmente representa un obstáculo técnico importante en este campo. Su investigación proporcionará información clave sobre cómo se regula el cloruro en el sistema nervioso. Puede conducir a nuevas terapias para enfermedades neurológicas asociadas con la desregulación de cloruro.
Maria Antonietta Tosches, Ph.D., Profesor Asistente, Universidad de Columbia, Nueva York, NY
La evolución de módulos genéticos y motivos de circuitos para la inhibición cortical
Puede ser tentador ver el cerebro como una hazaña de ingeniería, diseñada de manera óptima para ejecutar sus funciones complejas. En realidad, los cerebros modernos fueron moldeados por una larga historia evolutiva, donde en cualquier punto de un desafío evolutivo, los componentes existentes fueron reutilizados, multiplicados y diversificados. El Dr. Tosches está realizando una investigación para comprender estos procesos y descubrir qué sistemas neuronales fundamentales se han conservado en animales vertebrados separados por cientos de millones de años de evolución.
Con ese fin, el Dr. Tosches está explorando la historia evolutiva de las neuronas GABAérgicas, que juegan un papel inhibidor importante en el sistema nervioso central de los mamíferos. Sus experimentos anteriores han encontrado que las neuronas GABAérgicas de reptiles y mamíferos son genéticamente similares, lo que indica que estos tipos de neuronas ya existían en ancestros vertebrados; También comparten módulos genéticos asociados con funciones neuronales específicas en ambos tipos de cerebros. En la nueva investigación de Tosches, ella determinará si estos mismos tipos de neuronas se encuentran en el cerebro simple de las salamandras.
La investigación implica secuenciar decenas de miles de células individuales de estas salamandras y comparar los tipos de células GABAérgicas encontradas con las de ratones y tortugas, para construir una taxonomía unificada de estas neuronas en los tetrápodos. El siguiente paso es comparar sus módulos de genes para comprender los mecanismos genéticos que han dado lugar a los subtipos de neuronas GABAérgicas. En un segundo objetivo, Tosches y su equipo registrarán la actividad de las neuronas salamandras GABAérgicas con imágenes in vivo durante los experimentos de comportamiento, rastreando la actividad de estas neuronas cuando se presentan estímulos. Este trabajo presentará un modelo animal completamente nuevo para el circuito de neurociencia, lo que aumentará nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro en un nivel fundamental.
Daniel Wacker, Ph.D. Profesor Asistente, Icahn School of Medicine en Mount Sinai, Nueva York, NY
Aceleración del descubrimiento de fármacos para los trastornos cognitivos a través de estudios estructurales de un receptor de serotonina
Descubrir drogas para tratar los trastornos neurológicos y cognitivos es un proceso complejo y lento. Muchas drogas se dirigen a los receptores de dopamina que están relacionados con la adicción, y algunas drogas son imprecisas y crean efectos secundarios potencialmente peligrosos. Además, algunos trastornos (el Alzheimer es un ejemplo destacado) no tienen ningún tratamiento farmacológico. El Dr. Wacker propone un enfoque novedoso para el descubrimiento de fármacos que se centra en un receptor de serotonina específico (que no conlleva los mismos riesgos que la activación del sistema de dopamina), mapeando cuidadosamente la estructura de ese receptor a escala molecular y buscando compuestos que se unen a ese receptor de una manera específica.
El receptor, conocido como 5-HT7R, fue descubierto a mediados de la década de 1990 y es uno de los 12 receptores de serotonina conocidos. Se ha identificado como un objetivo prometedor para las terapias para los trastornos cognitivos, pero se sabe poco al respecto. El Dr. Wacker propone realizar un estudio estructural del receptor utilizando cristalografía de rayos X en muestras purificadas del receptor. Examinará cómo las drogas se unen al receptor e introduce mutaciones en la estructura para ver cómo eso afecta la unión y la interacción. El objetivo es encontrar compuestos que activarán solo este receptor de una manera específica.
Para encontrar estas posibles drogas, el equipo de Wacker llevará a cabo una búsqueda computarizada de cientos de millones de compuestos, comparando su estructura 3D con el modelo 3D del receptor para los que tienen más probabilidades de "ajustarse". Las principales perspectivas serán inspeccionadas más de cerca, y algunos candidatos especialmente prometedores serán evaluados en el laboratorio. En comparación con un proceso tradicional de ensayos farmacológicos, que puede llevar años, incluso décadas, este proceso computarizado ofrece la oportunidad de preseleccionar fármacos en función de su estructura y acelerar su desarrollo.
