Le conseil d'administration du Fonds de dotation McKnight pour les neurosciences a le plaisir d'annoncer que six neuroscientifiques ont été sélectionnés pour recevoir le prix McKnight Scholar 2019.
Les prix McKnight Scholar sont accordés aux jeunes scientifiques qui commencent à peine à mettre en place leurs propres laboratoires et carrières de recherche indépendants et qui ont démontré leur engagement en matière de neuroscience. «Les recherches des lauréats du prix McKnight Scholar de cette année illustrent les avancées spectaculaires réalisées à la pointe des neurosciences», a déclaré Kelsey C. Martin, MD, Ph.D., président du comité des prix et doyen de la David Geffen School of Medicine. à UCLA. Depuis son lancement en 1977, ce prix prestigieux en début de carrière a permis de financer plus de 235 chercheurs innovants et de susciter des centaines de découvertes décisives.
«Les chercheurs de cette année abordent la biologie du cerveau à plusieurs niveaux d'analyse dans divers organismes modèles», a déclaré Martin. «En résolvant la structure moléculaire des protéines, en élucidant la biologie cellulaire des cellules cérébrales et en disséquant les circuits neuronaux sous-tendant des comportements complexes, leurs découvertes promettent de fournir des informations non seulement sur le fonctionnement normal du cerveau, mais également sur les causes et les thérapies potentielles des troubles cérébraux. . Au nom du comité au complet, je voudrais remercier tous les candidats au prix McKnight Scholar de cette année pour leur bourse exceptionnelle et leur dévouement envers les neurosciences. »
Chacun des six récipiendaires du prix McKnight Scholar recevra 75 000 $ par an pendant trois ans. Elles sont:
| Jayeeta Basu, Ph.D. École de médecine de l'Université de New York New York, NY |
Modulation sensorielle corticale de l'activité de l'hippocampe et représentation spatiale - Enquêter sur la manière dont différentes entrées de différentes régions du cerveau liées à l'espace et aux sens fonctionnent ensemble pour former des souvenirs d'expériences. |
| Juan Du, Ph.D. Institut de recherche Van Andel, Grand Rapids, MI |
Mécanisme de régulation des récepteurs thermosensibles dans le système nerveux - Recherche du fonctionnement des différents récepteurs sensibles à la température dans les neurones et de leur influence sur les réactions au chaud et au froid externes et à la température interne du corps. |
| Mark Harnett, Ph.D. Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA |
Compartimentation Dendritique Perturbante Pour Évaluer Les Calculs Corticaux À Un Neurone - Étudier comment les dendrites, les structures d’entrée des neurones ressemblant à des antennes, contribuent au calcul dans les réseaux de neurones. |
| Weizhe Hong, Ph.D., Université de Californie - Los Angeles Los Angeles, CA |
Mécanismes de circuit neuronal du comportement maternel - Recherche sur le rôle des circuits cérébraux dans le contrôle des comportements sociaux, en particulier des fonctions sexuellement dimorphes de ces circuits cérébraux et de leurs modifications dépendantes de l'expérience. |
| Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D. Université de Géorgie Athens, GA |
Régénération du système nerveux central chez les planariens - Une étude de la régénération du système nerveux central chez une espèce remarquable de ver plat qui peut repousser parfaitement tout son système nerveux après presque toute blessure. |
| Shigeki Watanabe, Ph.D. Université Johns Hopkins Baltimore, MD |
Informations mécanistes sur le remodelage de la membrane au niveau des synapses - Étudier la façon dont les neurones remodèlent leurs membranes en quelques millisecondes pour une transmission synaptique, essentielle à la rapidité avec laquelle le système nerveux fonctionne. |
Cette année, le prix McKnight Scholar Awards a été présenté à 54 candidats, qui représentent les meilleurs jeunes professeurs de neurosciences du pays. Les jeunes professeurs ne sont éligibles pour le prix que pendant leurs quatre premières années dans un poste de professeur à temps plein. Outre Martin, le comité de sélection des Scholar Awards comprenait Dora Angelaki, Ph.D., Université de New York; Gordon Fishell, Ph.D., Université de Harvard; Loren Frank, Ph.D., Université de Californie à San Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Université de Californie à Davis; Richard Mooney, Ph.D., École de médecine de l'Université Duke; Amita Sehgal, Ph.D., École de médecine de l'Université de Pennsylvanie; et Michael Shadlen, MD, Ph.D., Université Columbia.
Les candidatures pour les récompenses de l'année prochaine seront disponibles en septembre et doivent être envoyées début janvier 2020. Pour plus d'informations sur les programmes de récompenses en neurosciences de McKnight, veuillez visiter le site Web du Fonds de dotation à l'adresse https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
À propos du Fonds de dotation McKnight pour les neurosciences
Le fonds de dotation McKnight pour les neurosciences est un organisme indépendant financé exclusivement par la fondation McKnight de Minneapolis, dans le Minnesota, et dirigé par un conseil composé d’éminents neuroscientifiques du pays. La Fondation McKnight soutient la recherche en neurosciences depuis 1977. La Fondation a créé le Fonds de dotation en 1986 afin de concrétiser l’une des intentions du fondateur William L. McKnight (1887-1979). L'un des premiers dirigeants de la société 3M, il avait un intérêt personnel pour la mémoire et les maladies du cerveau et souhaitait qu'une partie de son héritage soit utilisée pour aider à trouver des remèdes. Le fonds de dotation attribue trois types de récompenses chaque année. En plus des prix McKnight Scholar, il s'agit des prix McKnight des innovations technologiques en neurosciences, qui fournissent un capital de départ pour développer des inventions techniques destinées à améliorer la recherche sur le cerveau; et les prix McKnight pour la mémoire et les troubles cognitifs, destinés aux scientifiques qui travaillent à appliquer les connaissances acquises grâce à la recherche fondamentale aux troubles du cerveau humain qui affectent la mémoire ou la cognition.
Bourses McKnight 2019
Jayeeta Basu, Ph.D., Professeur adjoint, Institut des neurosciences,
École de médecine de l'Université de New York, New York, NY
Modulation Sensorielle Corticale De L'activité Hippocampique Et La Représentation Spatiale
Le cerveau peut stocker beaucoup d'informations dans une mémoire, y compris l'endroit où cela s'est passé et dans quel contexte sensoriel tel que des images, des sons, des odeurs, des récompenses ou des punitions. La recherche de M. Basu est basée sur la manière dont ces différentes informations sont liées pour former des mémoires épisodiques et sur la manière dont ces mémoires peuvent être rappelées instantanément à partir de signaux futurs. En particulier, la Dre Basu et son équipe étudieront la relation entre le cortex entorhinal et l’hippocampe pour former des souvenirs de lieux.
Deux parties du cortex entorhinal fournissent des entrées différentes. Le cortex entorhinal médian (MEC) partage des informations spatiales telles que la direction, la distance et l'orientation, tandis que le cortex entorhinal latéral (LEC) fournit des informations contextuelles provenant des sens, notamment l'odorat, le son, la nouveauté et les objets. Les entrées des deux sont acheminées vers l'hippocampe et aident à former des mémoires cruciales de lieux stockés dans des groupes spécifiques de «cellules de localisation» dans le cerveau, telles que les endroits où trouver de la nourriture ou les zones à éviter en raison de la présence de prédateurs. Il est essentiel que ces souvenirs de lieu et la carte cognitive de l’espace soient stables face aux changements environnementaux tels que la météo ou l’heure, tout en restant souples, du fait que la nourriture ou les prédateurs peuvent se déplacer. On sait très peu quelles informations sont suffisantes et nécessaires pour créer, conserver et modifier ces mémoires, en particulier en quoi elles sont façonnées par les informations sensorielles de la CEL en association avec les informations spatiales de la MEC.
Le Dr. Basu a pour objectif de cartographier les circuits impliqués entre le LEC et des neurones spécifiques de l'hippocampe. Son laboratoire enregistrera directement les signaux reçus par les dendrites minces des neurones lorsque les signaux LEC sont envoyés avec ou sans signaux MEC et à différentes puissances de signaux. Une deuxième série d’expériences sur des souris vérifiera l’hypothèse voulant que ces entrées LEC permettent de créer des souvenirs de lieu tout en apprenant - les signaux odorants inciteront les comportements à rechercher des récompenses à des endroits distincts. Les chercheurs verront comment l'activation ou la désactivation des signaux du CEL pendant l'apprentissage ou le rappel affecte l'activation des cellules du cerveau et le comportement d'apprentissage lui-même. Cette recherche pourrait être pertinente dans de futures études sur la maladie d'Alzheimer, le SSPT et d'autres affections dans lesquelles des «déclencheurs» contextuels et de la mémoire sont activés.
Juan Du, Ph.D., Professeur adjoint, programme de biologie structurale, Centre de cancérologie et de biologie cellulaire, Institut de recherche Van Andel, Grand Rapids, MI
- https://dulab.vai.org/
Mécanisme de régulation des récepteurs thermosensibles dans le système nerveux
Pour ce qui est de détecter et de réagir aux changements de température, à la fois externes et internes, on en sait peu sur le mécanisme exact et le processus. Les récepteurs des canaux ioniques sur les neurones s'ouvrent ou se ferment pour permettre aux signaux de passer, et ces canaux peuvent être activés par des produits chimiques, des processus mécaniques ou la température, mais il est difficile de déterminer la température qui active les canaux activés par la température.
Le Dr Du mènera un projet en trois parties visant à dévoiler les secrets de la manière dont les informations sur la température sont reçues et traitées par le système neuronal. Elle examine trois récepteurs particuliers: un qui détecte les températures froides et froides à l’extérieur, un qui détecte la chaleur externe extrême et un qui détecte les températures élevées dans le cerveau (pour réguler la température corporelle). Elle identifiera d’abord les conditions de purification de ces récepteurs. ils peuvent être extraits et utilisés dans des expériences de laboratoire et fonctionnent toujours comme des récepteurs dans le corps.
Un deuxième objectif est de voir quelles structures sur les récepteurs sont activées par la température et de comprendre leur fonctionnement. Cela inclura également le développement de nouvelles thérapies pouvant se lier à ces structures et les réguler. Troisièmement, lorsque les structures seront comprises, des expériences de validation dans lesquelles les récepteurs seront mutés pour modifier ou supprimer la sensibilité à la température seront conduites, d'abord sur des cellules, puis sur des souris, pour voir comment les modifications des récepteurs sensibles à la température ont un impact sur le comportement. Une fois que la fonction et la régulation de ces récepteurs sont comprises, cela peut ouvrir la voie à des traitements de certaines maladies neurodégénératives, de conditions liées à la température et même de la gestion de la douleur, certains capteurs sensibles à la température étant liés à la transmission de la douleur.
Mark Harnett, Ph.D., Professeur adjoint, Sciences du cerveau et cognitives, Institut de technologie du Massachusetts, Cambridge, MA
Compartimentation Dendritique Perturbante Pour Évaluer Les Calculs Corticaux À Un Neurone
Le cerveau peut traiter et traiter une quantité incroyable d'informations en raison de la manière dont les neurones sont mis en réseau. Cependant, il reste encore beaucoup à apprendre sur le fonctionnement des neurones eux-mêmes. Le Dr Harnett étudie le rôle des dendrites - des structures arborescentes qui s'étendent des neurones recevant les signaux d'autres neurones - afin de déterminer si ces sous-structures donnent aux neurones le pouvoir d'effectuer des calculs plus complexes qu'on ne le pense généralement.
La sagesse conventionnelle veut que les neurones récupèrent des données d'autres neurones et que si les données atteignent un certain seuil, le neurone se déclenche et transmet l'information. Le Dr Harnett étudie comment les dendrites eux-mêmes pourraient également filtrer ou amplifier les signaux. Certaines branches étant plus proches du soma (la partie sortie du neurone) que d’autres, la branche qui reçoit un signal peut avoir un impact sur l’effet du signal. En outre, certaines branches de dendrites semblent être conçues pour rechercher et amplifier des types particuliers de signaux - par exemple, une branche peut se spécialiser dans la transmission de signaux pour des stimuli visuels à contraste élevé se déplaçant rapidement, mais pas pour d’autres stimuli.
Le Dr Harnett examine les dendrites dans le système visuel avec des outils électriques et optiques précis, afin de mesurer la façon dont les signaux voyagent dans les branches des dendrites et de déterminer comment la modification des dendrites modifie le fonctionnement du neurone. Ces perturbations permettront au Dr Harnett de vérifier si l'inhibition des signaux sur une branche spécifique d'une dendrite modifie la façon dont le réseau neuronal répond à certains stimuli visuels. Apprendre qu'un seul neurone est essentiellement constitué de son propre réseau de processeurs de signaux plus petits changerait notre compréhension de la façon dont le cerveau calcule. Cela pourrait notamment affecter la manière dont l'intelligence artificielle, qui est modelée sur les réseaux de neurones, évoluera au cours des prochaines années.
Weizhe Hong, Ph.D., Professeur adjoint, départements de chimie biologique et de neurobiologie, Université de Californie à Los Angeles, Californie
Mécanismes De Circuit Neuronal Du Comportement Maternel
De nombreux comportements sociaux présentent des différences de sexe marquées dans leurs niveaux et leurs formes et subissent des changements dépendants de l'expérience tout au long de la vie des animaux. Un exemple frappant est le comportement parental, qui est un comportement social répandu dans le règne animal, des invertébrés aux humains, et qui est essentiel à la survie de la progéniture. Le comportement parental diffère souvent considérablement entre les hommes et les femmes et peut subir des changements radicaux à mesure que les animaux grandissent et donnent naissance. Cependant, les circuits cérébraux sous-jacents au comportement parental et ses différences entre les sexes et les états physiologiques ne sont pas bien définis.
Les travaux du Dr Hong porteront en particulier sur le rôle d'une amygdale, région du cerveau conservée de manière évolutive, dans le contrôle du comportement parental. Alors que les souris femelles adoptent généralement un comportement de nidification très développé, les souris mâles ne montrent généralement pas de comportement parental tant que leurs propres enfants ne sont pas nés. Les différences entre les sexes et les changements physiologiques dans le comportement parental de la souris offrent une excellente occasion de comprendre les mécanismes neuronaux sous-jacents à l'affichage sexuellement dimorphique du comportement parental et de ses transitions dépendantes de l'état physiologique.
La recherche identifiera des populations neuronales spécifiques, définies au niveau moléculaire, qui assurent la médiation du comportement parental. La recherche comparera également les circuits neuronaux chez les hommes et les femmes pour comprendre comment l'activité neuronale de ces neurones régule le comportement parental. Cette recherche fournira des informations clés sur la base neurale d'un comportement social essentiel et sur les principes de base régissant les comportements dimorphes sexuels. De telles connaissances pourraient également améliorer notre compréhension de la réglementation des comportements parentaux et sociaux chez l'homme, tant en santé qu'en maladie.
Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D., Professeur adjoint, Département de biologie cellulaire, Université de Géorgie, Athènes, Géorgie
Régénération du système nerveux central chez les planariens
Développer un système nerveux central chez un animal est un processus remarquablement complexe. La régénération d'un système neuronal endommagé est encore plus compliquée, car elle nécessite d'activer tous les mêmes processus de développement dans un domaine mais pas dans un autre, et de recâbler les neurones pour qu'ils fonctionnent comme avant. Les humains ont une très faible capacité de régénération du système nerveux central, de sorte que les dommages au cerveau ou à la moelle épinière sont souvent irréversibles. Le Dr Roberts-Galbraith espère mieux comprendre comment la réparation neurale pouvez travaillez en recherchant la régénération chez les planariens, un type remarquable de ver plat qui peut repousser tout son système nerveux central (et le reste de son corps) même après des blessures dramatiques.
En étudiant le succès de la régénération neuronale dans le monde naturel, le Dr Roberts-Galbraith espère en apprendre plus sur le mécanisme de la régénération neurale et le rôle des différentes cellules. L’un des objectifs est d’étudier si les neurones peuvent détecter des lésions et se réparer eux-mêmes en envoyant des signaux qui déclenchent et dirigent la repousse. Le Dr Roberts-Galbraith émet l'hypothèse que les neurones ont une influence sur les cellules souches planariennes, qui sont recrutées pour régénérer des parties du système nerveux central (et d'autres parties du corps). Un contrôle précis des cellules souches est essentiel à la régénération, car les planariens remplacent fidèlement les tissus manquants et ne développent jamais de tumeurs.
Un autre objectif est d'examiner le rôle des cellules gliales, traditionnellement considérées comme le liant du système nerveux, mais qui possèdent clairement des rôles plus importants que ceux précédemment reconnus. Les cellules gliales constituent une grande partie du système nerveux des animaux et doivent être régénérées en même temps que les neurones. ils sont également susceptibles de moduler la régénération neuronale. L'espoir est que cette recherche permettra de mieux comprendre comment la régénération peut se produire dans les cas les plus réussis, et peut-être d'informer de nouvelles façons de penser à la régénération neurale chez l'homme.
Shigeki Watanabe, Ph.D., Professeur adjoint de biologie cellulaire et neurosciences, Université Johns Hopkins, Baltimore, MD
Perspectives Mécanistiques Sur Le Remodelage De La Membrane Au Synapses
La vitesse extrêmement rapide des réseaux de neurones nous permet de détecter, d’évaluer et de réagir au monde qui nous entoure. Il a également demandé aux neurones de développer des propriétés remarquables. Dans ses travaux de recherche, le Dr Watanabe étudiera l’un des problèmes les plus remarquables: la capacité des neurones à remodeler leurs membranes à l’échelle de la milliseconde pour permettre la communication neuronale à l’aide de processus mal compris.
La membrane entourant un neurone doit s'adapter pour permettre au neurone de croître, de migrer et, surtout, de permettre aux autres membranes de fusionner et de se séparer lors de la communication neuronale. Dans le processus à l'étude, une «bulle» de membrane appelée vésicule synaptique se confond avec la membrane neuronale, après quoi un nouveau morceau de membrane se gonfle essentiellement vers l'intérieur et se bloque. Le mécanisme censé être utilisé, l'endocytose médiée par la clathrine, n'est tout simplement pas assez rapide pour permettre à ces vésicules d'être créées et recyclées à l'échelle de temps dans laquelle se produit la transmission synaptique. Le Dr Watanabe a découvert un nouveau mécanisme, l'endocytose ultrarapide, qui gère le processus, mais la compréhension de son fonctionnement a été entravée par la petite taille des synapses et la rapidité de ce processus.
Le Dr Watanabe utilisera une technique appelée microscopie électronique par gel et gel pour étudier ce processus. Les neurones seront stimulés par la lumière - le flash -, puis le processus sera stoppé avec une congélation haute pression à des intervalles de temps précis, en microsecondes après la stimulation. Les synapses congelées peuvent ensuite être visualisées au microscope électronique. En prenant une série d’images figées à différents intervalles de temps après la stimulation, le Dr Watanabe créera une visualisation étape par étape du processus et identifiera les protéines en cause et leur fonction. Cela permettra non seulement de mieux comprendre le fonctionnement des neurones, mais aura également des conséquences pour les maladies liées à une transmission neuronale défectueuse, telle que la maladie d'Alzheimer.
