Prix des boursiers McKnight 2024

Le conseil d'administration du McKnight Endowment Fund for Neuroscience est heureux d'annoncer qu'il a sélectionné dix neuroscientifiques pour recevoir le McKnight Scholar Award 2024.

Les McKnight Scholar Awards sont décernés à de jeunes scientifiques qui en sont aux premiers stades de la création de leurs propres laboratoires indépendants et de leur carrière de recherche et qui ont démontré leur engagement envers les neurosciences. Depuis que le prix a été créé en 1977, ce prestigieux prix de début de carrière a financé 281 chercheurs innovants et stimulé des centaines de découvertes révolutionnaires.

« Le MEFN est ravi d'annoncer les nouveaux chercheurs de cette année, qui s'attaquent à des questions de pointe en neurosciences, allant des empreintes moléculaires que le vieillissement laisse sur le cerveau, aux bases biologiques des mémoires intergénérationnelles et aux principes qui permettent l'activité neuronale à l'échelle du cerveau. réseaux pour permettre la navigation, la survie, l'hibernation et la socialité », a déclaré Richard Mooney, PhD, président du comité des prix et professeur George Barth Geller de neurobiologie à la Duke University School of Medicine. "L'engagement profond de la Fondation McKnight dans la recherche fondamentale en neurosciences a permis au comité de sélection de reconnaître un plus grand nombre que jamais auparavant de chercheurs stellaires en début de carrière dans un plus large éventail d'institutions."

Chacun des récipiendaires suivants du McKnight Scholar Award recevra $75,000 par an pendant trois ans. Ils sont:

Il y avait 53 candidats pour les McKnight Scholar Awards de cette année, représentant la meilleure jeune faculté de neurosciences du pays. Les professeurs sont éligibles au prix au cours de leurs quatre premières années dans un poste de professeur à temps plein. Outre Mooney, le comité de sélection des Scholar Awards comprenait Gordon Fishell, Ph.D., Université Harvard ; Mark Goldman, Ph.D., Université de Californie, Davis ; Yishi Jin, Ph.D., Université de Californie à San Diego ; Jennifer Raymond, Ph.D., Université de Stanford ; Vanessa Ruta, Ph.D., Université Rockefeller ; et Marlene Cohen, Ph.D., Université de Chicago.

Les candidatures pour les prix 2025 seront acceptées à partir du 12 août 2024. Pour plus d'informations sur les programmes de prix McKnight en neurosciences, veuillez visiter le site Internet du Fonds de dotation.

À propos du Fonds de dotation McKnight pour les neurosciences

Le McKnight Endowment Fund for Neuroscience est une organisation indépendante financée uniquement par la Fondation McKnight de Minneapolis, Minnesota, et dirigée par un conseil d'administration d'éminents neuroscientifiques de tout le pays. La Fondation McKnight soutient la recherche en neurosciences depuis 1977. La Fondation a créé le Fonds de dotation en 1986 pour réaliser l'une des intentions de son fondateur William L. McKnight (1887-1979). L'un des premiers dirigeants de la société 3M, il s'intéressait personnellement aux maladies de la mémoire et du cerveau et souhaitait qu'une partie de son héritage soit utilisée pour aider à trouver des remèdes. En plus des Scholar Awards, le Fonds de dotation accorde des subventions aux scientifiques travaillant à appliquer les connaissances acquises grâce à la recherche translationnelle et clinique aux troubles du cerveau humain par le biais des McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards.

Prix des boursiers McKnight 2024

Annegret Falkner, Ph.D.., Professeur adjoint, Princeton Neuroscience Institute, Princeton University, Princeton, NJ

Neuroendocrinologie computationnelle : relier la transcription médiée par les hormones à un comportement complexe grâce à la dynamique neuronale

Les hormones gonadiques – les œstrogènes et la testostérone sont parmi les plus connues – sont importantes pour les mammifères à bien des égards. Ils modulent les états internes, le comportement et la physiologie. Les humains peuvent ajuster leur profil hormonal pour diverses raisons, du traitement d'une maladie à la construction musculaire en passant par les soins d'affirmation de genre et le contrôle des naissances. Mais si de nombreuses études ont été menées sur la manière dont ces hormones affectent le corps, la manière dont elles modifient la dynamique neuronale est moins bien comprise.

Dans le cadre de ses recherches, la Dre Annegret Falkner et son laboratoire étudieront comment les hormones modifient les réseaux neuronaux et affectent ainsi le comportement à court et à long terme. À l'aide d'un modèle murin, le laboratoire du Dr Falkner explorera les effets des hormones à plusieurs niveaux. À l’aide de nouvelles méthodes de quantification comportementale, elle observera et enregistrera des comportements de toutes sortes chez des animaux au comportement libre lors d’un changement d’état hormonal. Cet examen impartial révélera les principes généralisés sur la façon dont les hormones contrôlent le comportement. Dans une deuxième série d'expériences, l'équipe cartographiera la dynamique neuronale des réseaux sensibles aux hormones lors d'un changement d'état hormonal en utilisant l'imagerie calcique à l'échelle du cerveau chez un animal en interaction sociale libre, en observant comment les changements dans la façon dont ces réseaux réagissent et communiquent prédisent les changements dans comportement. Enfin, le laboratoire du Dr Falkner utilisera l'imagerie optique des hormones spécifique à un site pour observer où et quand la transcription médiée par les récepteurs d'œstrogènes se produit au sein de ce réseau – une fenêtre sur la façon dont les hormones sont capables de mettre à jour la communication sur le réseau et qui aidera les chercheurs à comprendre le les façons profondes dont les hormones affectent le cerveau et le comportement.

Andrea Gomez, Ph.D., Professeur adjoint, neurobiologie, Université de Californie, Berkeley, Californie

La base moléculaire de la plasticité induite par les psychédéliques

Le cerveau possède la capacité de se modifier lui-même, une caractéristique décrite sous le nom de « plasticité ». Le cerveau humain, par exemple, fait preuve de plasticité de différentes manières à différents moments de sa vie ; à l’inverse, certains troubles neurologiques sont liés à l’incapacité de changer, limitant la capacité de bouger, d’apprendre, de se souvenir ou de se remettre d’un traumatisme. Le Dr Andrea Gomez vise à en apprendre davantage sur la plasticité cérébrale en utilisant les psychédéliques comme outil, en rouvrant les fenêtres de plasticité dans le cerveau adulte en utilisant la psilocybine psychédélique dans un modèle murin. Non seulement cela pourrait nous aider à en apprendre davantage sur le fonctionnement du cerveau, mais cela pourrait également contribuer au développement de thérapies de nouvelle génération.

Les psychédéliques ont des effets structurels durables sur les neurones, tels qu’une croissance accrue des processus neuronaux et la formation de synapses. Une seule dose peut avoir des effets pendant des mois. Dans ses recherches, la Dre Gomez et son équipe utiliseront des psychédéliques pour identifier des classes d’ARN qui favorisent la plasticité neuronale dans le cortex préfrontal – une région du cerveau impliquée dans la perception et la cognition sociale. Le laboratoire de Gomez évaluera comment les psychédéliques modifient la façon dont l'ARN est épissé, établira le lien entre les modifications de l'ARN induites par la psilocybine et la plasticité chez la souris, mesurée par l'activité synaptique, et observera l'effet de la plasticité induite par les psychédéliques sur l'interaction sociale. Le Dr Gomez espère que cette recherche pourra fournir un aperçu biologique de la plasticité de la perception et ouvrir de nouvelles voies de recherche sur la façon dont ces composés puissants peuvent aider les gens.

Sinisa Hrvatin, Ph.D.., Professeur adjoint de biologie, Whitehead Institute for Biomedical Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Anatomie moléculaire des circuits d'hibernation

La plupart des gens comprennent le concept d’hibernation, mais relativement peu pensent à quel point c’est remarquable. Les mammifères qui ont spécifiquement évolué pour maintenir une température corporelle constante « éteignent » brusquement cette fonctionnalité, modifient leur métabolisme et changent leur comportement pendant des mois à la fois. Bien que les faits relatifs à l’hibernation soient bien compris, la manière dont les animaux initient et maintiennent cet état n’est pas bien comprise, ni comment cette capacité est née. A-t-il évolué simultanément chez plusieurs animaux distincts confrontés à des environnements difficiles ? Ou bien les circuits d’hibernation sont-ils largement conservés chez les mammifères, mais activés seulement chez certains ?

Le Dr Sinisa Hrvatin propose de se pencher sur les populations neuronales et les circuits impliqués dans l'hibernation. Les travaux antérieurs de son laboratoire ont permis d'identifier les neurones qui régulent la torpeur (un état superficiel qui partage des points communs avec l'hibernation) chez des souris de laboratoire. En utilisant un modèle moins courant, le hamster syrien, le Dr Hrvatin obtiendra de nouvelles connaissances sur les circuits neuronaux d'hibernation. Les hamsters syriens peuvent être amenés à hiberner dans l'environnement, ce qui les rend idéaux pour une expérience en laboratoire, mais il n'existe aucune lignée transgénique disponible (comme chez la souris), ce qui l'a amené à appliquer de nouveaux outils viraux basés sur la détection de l'ARN pour cibler des populations cellulaires spécifiques liées à hibernation. Il documentera les neurones actifs pendant l'hibernation pour identifier les circuits pertinents et examinera si des circuits similaires sont conservés dans d'autres modèles en hibernation et hors hibernation.

Xin Jin, Ph.D.., Professeur adjoint, Département de neurosciences, The Scripps Research Institution, La Jolla, Californie

Neurogénomique in vivo à grande échelle

Lorsqu’ils étudient la fonction des gènes dans les neurones, les chercheurs doivent souvent choisir entre l’échelle et la résolution. Un écran à l’échelle du génome peut montrer quels gènes sont présents globalement, ou le séquençage transcriptomique peut permettre aux chercheurs d’étudier quelques fonctions spécifiques de gènes dans des cellules spécifiques. Mais pour le Dr Xin Jin, la puissance du génome est pleinement exploitée lorsque les outils permettent aux chercheurs d’étudier un grand nombre de gènes dans le cerveau et de voir où ils sont présents et où ils se croisent dans des régions spécifiques du cerveau.

Le laboratoire du Dr Jin a développé de nouveaux in vivo des approches de séquençage pour intensifier l’étude d’un grand nombre de variantes génétiques et cartographier leur présence dans des cerveaux entiers et intacts. La capacité de profiler plus de 30 000 cellules à la fois permet à l’équipe d’étudier des centaines de gènes dans des centaines de types de cellules et d’obtenir une lecture en deux jours plutôt qu’en quelques semaines. Ils mèneront des enquêtes sur des organes entiers, démontrant leur capacité non seulement à identifier les cellules qui incluent des variantes spécifiques, mais aussi à identifier leur contexte dans le cerveau : où elles se trouvent et comment elles sont connectées. Ils appliqueront également cette approche pour étudier les gènes de risque de maladie et voir comment ils sont distribués dans le cerveau, ce qui devrait fournir des informations sur la manière dont la pathologie se produit. Bien que l’étude se concentre sur le cerveau, l’approche devrait être applicable à l’étude d’autres pathologies liées à un grand nombre de gènes à risque.

Ann Kennedy, Ph.D., Professeur adjoint, Département de neurosciences, Northwestern University, Chicago, IL

Dynamique des populations neuronales médiant l’équilibre des besoins de survie concurrents

Pour survivre, les animaux ont développé un large éventail de comportements innés, tels que l’alimentation, l’accouplement, l’agressivité et la peur, chacun étant constitué d’un ensemble d’autres comportements spécifiques. Au cours des dernières années, les chercheurs ont pu enregistrer l’activité neuronale de modèles de souris alors qu’elles adoptaient ce type de comportement. Mais dans le monde réel, les animaux doivent souvent peser et choisir entre plusieurs plans d’action urgents. Si un animal est à la fois blessé et affamé, quelle réponse l’emportera ? Et comment le cerveau prend-il sa décision ?

La Dre Ann Kennedy travaille à l’élaboration de modèles informatiques théoriques qui contribueront à faire progresser notre compréhension de la manière dont des décisions importantes comme celles-ci sont prises. En examinant l'activité neuronale de l'hypothalamus de souris engagées dans un comportement de type agressif, la Dre Kennedy et son équipe développeront des modèles de réseaux neuronaux qui capturent l'évolutivité et la persistance de

états de motivation agressifs, tout en fournissant également un mécanisme d'échange entre plusieurs états de motivation concurrents dans le comportement de l'animal. L’équipe utilisera ses modèles pour déterminer comment le cerveau met en œuvre ce compromis, par exemple en modifiant la perception sensorielle ou en supprimant la puissance motrice. Grâce à ces travaux, le laboratoire du Dr Kennedy fera progresser notre compréhension du fonctionnement de notre cerveau et de la façon dont la structure intégrée au cerveau aide les animaux à survivre dans des environnements complexes.

Sung Soo Kim, Ph.D.., Professeur adjoint de biologie moléculaire, cellulaire et du développement, Université de Californie-Santa Barbara, Santa Barbara, Californie

Représentation neuronale du monde pendant la navigation

Quiconque a déjà dû naviguer dans une pièce connue mais sombre comprend à quel point il est précieux que notre cerveau puisse naviguer dans notre environnement en utilisant diverses informations, intérieures et extérieures, notamment les couleurs, les formes et la sensation de mouvement. En travaillant avec un modèle de mouche des fruits et un nouvel appareil expérimental innovant, le Dr Sung Soo Kim et son équipe étudieront ce qui se passe dans le cerveau lorsqu'un animal navigue : quelles informations sont collectées, comment elles sont traitées et comment cela se traduit. au mouvement.

Le Dr Kim travaille avec la mouche des fruits parce que l'ensemble des neurones qui calculent le sens de l'orientation peuvent être observés et perturbés. Ses recherches examineront comment de multiples entrées sensorielles sont transformées en un sentiment d'orientation et comment les contextes comportementaux (des états internes tels que l'éveil au mouvement de la mouche) affectent le traitement de la direction. L'une des clés de cette recherche est une nouvelle arène de réalité virtuelle que l'équipe du Dr Kim est en train de construire : la mouche est montée sur un support pivotant, ce qui signifie qu'elle peut tourner à volonté ; les murs sont des écrans haute résolution donnant des repères visuels ; de petits tubes de circulation d'air simulent le mouvement et le vent ; et un très grand microscope au-dessus de la tête permet d'observer l'intégralité du cerveau de la mouche, même lorsqu'elle tourne. En activant et en réduisant au silence certaines populations neuronales, le Dr Kim pourra mener des recherches sur le rôle combiné de la perception, de la cognition et du contrôle moteur, trois sous-domaines de la neuroscience systémique qui sont rarement reliés dans un seul programme de recherche.

Bianca Jones Marlin, Ph.D.., Professeur adjoint de psychologie et de neurosciences, Columbia University et Zuckerman Mind Brain Behaviour Institute, New York, NY

Mécanismes moléculaires de la mémoire intergénérationnelle

Le souvenir d’une expérience stressante peut-il être hérité par la prochaine génération ? Des recherches récentes semblent suggérer que c'est possible, et le Dr Bianca Jones Marlin et son équipe sont prêts à étudier comment ce processus peut fonctionner au niveau moléculaire – comment les expériences qui induisent la peur ou le stress chez un modèle murin peuvent provoquer des changements dans les neurones mêmes. présent dans son cerveau, et comment ces changements peuvent être génétiquement hérités par les enfants de l'animal qui a subi le stress, même si l'enfant n'a jamais vécu la même expérience.

Les recherches du Dr Marlin s'appuient sur la découverte selon laquelle les changements dans l'environnement conduisent à une plasticité cérébrale dépendante de l'expérience. En utilisant le conditionnement de la peur olfactive – une odeur associée à un léger choc du pied – l’équipe a appris que les souris produiront davantage de neurones olfactifs adaptés à l’odeur utilisée. (Comme les neurones olfactifs matures n'expriment qu'un seul récepteur olfactif sur 1 000 possibles, les chercheurs peuvent identifier combien de neurones possèdent des récepteurs pour l'odeur choisie.) Ce rapport plus élevé persiste et est codé dans le sperme et transmis à la génération suivante (mais pas les générations suivantes.) Pour comprendre comment cela fonctionne, le laboratoire du Dr Marlin recherchera si les molécules odorantes elles-mêmes ou simplement l'activation de récepteurs associés déclenchent le processus ; comment le signal passe des cellules matures aux cellules souches immatures qui deviendront des neurones olfactifs ; et quel rôle jouent les vésicules extracellulaires dans ce transfert d’informations. Apprendre les cerveaux exposés aux changements traumatiques et leurs impacts sur les générations futures peut non seulement aider les chercheurs, mais aussi, espérons-le, sensibiliser aux effets profonds et durables des traumatismes sur les mammifères, y compris les humains.

Nancy Padilla-Coreano, Ph.D.., Professeur adjoint, Département de neurosciences, Collège de médecine de l'Université de Floride, Gainesville, FL

Mécanismes neuronaux des changements entre compétition sociale et coopération

Les animaux sociaux ont des interactions très complexes, passant souvent de la coopération à la compétition dans un laps de temps très court. Comment le cerveau aide-t-il l’animal à naviguer dans ces situations, et que se passe-t-il au niveau neurologique pour permettre ce changement d’état ? La Dre Nancy Padilla-Coreano vise à comprendre les réseaux neuronaux impliqués à l’aide d’analyses comportementales, d’électrophysiologie multisite et d’analyses d’apprentissage automatique pour identifier la dynamique des circuits neuronaux derrière la compétence sociale dans les modèles murins. Les résultats peuvent aider les chercheurs à mieux comprendre ce qui sous-tend la compétence sociale, qui est entravée dans un certain nombre de troubles neuropsychiatriques.

L'équipe du Dr Padilla-Coreano utilise des technologies innovantes, telles que l'assistance de l'IA pour identifier et suivre le comportement des animaux, ainsi que des méthodologies de recherche pour identifier les circuits actifs lors de la coopération et de la compétition. En supposant qu'il s'agit de circuits qui se chevauchent, l'équipe manipulera chaque circuit chez les mêmes animaux et observera comment le comportement change lorsqu'il est introduit dans certaines situations. Un deuxième objectif consistera à étudier ce qui se trouve en amont de ces circuits ; et un troisième étudiera le rôle de la dopamine dans le processus. Ensemble, ces recherches aideront à révéler comment le cerveau aide les animaux sociaux à optimiser et à changer, en ajustant leur comportement social en fonction du contexte.

Moubarak Hussain Syed, Ph.D.., Professeur adjoint, Département de biologie, Université du Nouveau-Mexique, Albuquerque, Nouveau-Mexique

Mécanismes moléculaires régulant la diversité neuronale : des cellules souches aux circuits

Le Dr Mubarak Hussain Syed étudiera ce qui détermine la façon dont les neurones de différents types naissent des cellules souches neurales (NSC) et comment les facteurs de développement déterminent les comportements des adultes. En travaillant avec un modèle de mouche des fruits, le laboratoire du Dr Syed se concentrera sur la manière dont les NSC de type II produisent des types de neurones du complexe central. Des recherches antérieures ont montré que le moment de la naissance d'une cellule descendant d'un NSC de type II est en corrélation avec son type de cellule éventuel : certains descendants de la première génération deviennent des neurones de navigation olfactive, tandis que les générations ultérieures deviennent des cellules qui régulent le sommeil. On pense que des molécules spécifiques, notamment des protéines de liaison à l’ARN et des protéines induites par les hormones stéroïdes, exprimées temporellement à ces moments-là, régulent le devenir des types de neurones.

Grâce à des expériences de perte et de gain de fonction ciblant ces protéines et ces voies, l'équipe du Dr Syed découvrira le mécanisme par lequel elles modifient le destin des neurones et quel effet cela a sur les comportements. D’autres expériences examineront comment se forment les circuits des régions cérébrales d’ordre supérieur, en supposant que d’autres types de cellules du circuit proviennent de différents NSC à des moments similaires. De plus, en tant que défenseur de la promotion de l'éducation scientifique auprès des jeunes issus de groupes sous-représentés dans le domaine, le Dr Syed travaillera dans le cadre de son programme appelé Pueblo Brain Science pour former et encadrer la prochaine génération de neuroscientifiques divers pendant qu'il mènera ses recherches.

Longzhi Tan, Ph.D.., Professeur adjoint de neurobiologie, Université de Stanford, Stanford, Californie

Comment l’architecture du génome 3D façonne-t-elle le développement et le vieillissement du cerveau ?

Intégrer les 6 milliards de paires de bases d'ADN dans un minuscule noyau cellulaire est plus qu'un travail de conditionnement impressionnant : c'est la clé du fonctionnement de l'ADN. Le Dr Longzhi Tan et son équipe utilisent un « microscope biochimique » révolutionnaire capable de montrer la forme 3D des molécules d'ADN dans une cellule avec une résolution inégalée par les télescopes optiques, et découvrent ainsi que le pliage unique peut révéler aux chercheurs une grande traiter d'une cellule. En fait, indépendamment de toute autre chose, le Dr Tan peut déterminer de quel type de cellule provient un morceau d'ADN et l'âge relatif de l'animal d'où provient la cellule, simplement en regardant la forme de l'ADN.

Le microscope biochimique au cœur de la recherche utilise la ligature de proximité au lieu de l'optique. Il détermine quelles paires de bases sont les plus proches les unes après les autres et peut construire rapidement et à moindre coût une image de la structure 3D de l’ADN en utilisant uniquement ces informations. Une partie du projet consistera à construire la prochaine génération de cet outil afin que l'équipe du Dr Tan puisse localiser en 3D chaque molécule d'ARN dans une cellule cérébrale et où elle se trouve par rapport à l'ADN replié pour mieux comprendre comment elles interagissent. Cela contribuera à un livre de règles sur le repliement de l’ADN qui pourra aider les chercheurs à trouver des moyens de manipuler l’ADN et à comprendre comment un ADN mal replié affecte le développement. Étant donné que le pliage se dégrade également avec l’âge, comprendre comment cela influence le vieillissement pourrait donner un aperçu des moyens d’inverser ou de ralentir certains impacts du vieillissement. Un dernier objectif consistera à examiner comment les mutations et les différences de repliement influencent les différences entre les individus.