28 maggio 2020
Il Consiglio di amministrazione del McKnight Endowment Fund for Neuroscience è lieto di annunciare di aver selezionato sei neuroscienziati per ricevere il McKnight Scholar Award 2020.
I McKnight Scholar Awards vengono assegnati a giovani scienziati che sono nelle prime fasi della creazione di propri laboratori indipendenti e della propria carriera di ricerca e che hanno dimostrato un impegno nei confronti delle neuroscienze. "Gli studiosi di quest'anno esemplificano il potere delle moderne neuroscienze nel chiarire la biologia del cervello e della mente", afferma Kelsey C. Martin, MD, Ph.D, presidente del comitato dei premi e preside della David Geffen School of Medicine presso l'UCLA. Da quando il premio è stato introdotto nel 1977, questo prestigioso premio di inizio carriera ha finanziato più di 240 ricercatori innovativi e stimolato centinaia di scoperte rivoluzionarie.
“Sfruttando una serie di approcci metodologici in diversi organismi modello, gli studiosi McKnight del 2020 stanno facendo avanzare la neuroscienza delle interazioni intestino-cervello e del legame genitore-bambino, decifrando la logica computazionale della pianificazione motoria nel cervelletto e la logica di regolazione genetica dell’inibizione nel cervello. corteccia, identificando e caratterizzando nuovi canali del cloro nei neuroni e utilizzando approcci basati sulla struttura per sviluppare nuove terapie mirate a specifici recettori della serotonina”, afferma Martin. "A nome dell'intero comitato, vorrei ringraziare tutti i candidati ai McKnight Scholar Awards di quest'anno per la loro borsa di studio innovativa e i contributi alle neuroscienze."
Ciascuno dei seguenti sei destinatari del McKnight Scholar Award riceverà $75.000 all'anno per tre anni. Sono:
Steven Flavell, Ph.D.
Massachusetts Institute of Technology – Cambridge, MA
Chiarimento dei meccanismi fondamentali della segnalazione intestino-cervello in C. elegans
Studiare come i batteri intestinali influenzano l’attività e il comportamento cerebrale.
Nuo Li, Ph.D.
Baylor College of Medicine – Houston, Texas
Calcoli cerebellari durante la pianificazione motoria
Ricerca sul processo mediante il quale diverse parti del cervello, compreso il cervelletto, si coordinano per pianificare il movimento fisico.
Lauren O'Connell, Ph.D.
Università di Stanford – Stanford, CA
Basi neuronali degli engrammi genitoriali nel cervello infantile
Studiare cosa accade nel cervello dei cuccioli di animale durante il legame genitoriale e gli effetti che questo processo neuronale ha sul futuro processo decisionale e sul benessere in età adulta.
Zhaozhu Qiu, Ph.D.
Johns Hopkins University – Baltimora, MD
Scoperta dell'identità molecolare e della funzione di nuovi canali del cloruro nel sistema nervoso
Ricerca sui geni alla base di diversi canali del cloro e sul loro ruolo nella regolazione dell'eccitabilità neuronale e della plasticità sinaptica.
Maria Antonietta Tosches, Ph.D.
Columbia University – New York, New York
L'evoluzione dei moduli genici e dei motivi circuitali per l'inibizione corticale
Esplorare l'evoluzione dei circuiti neurali studiando antichi tipi di neuroni negli animali con cervelli semplici per dedurre i principi fondamentali dell'organizzazione e della funzione del cervello.
Daniel Wacker, Ph.D.
Icahn School of Medicine del Monte Sinai – New York, NY
Accelerazione della scoperta di farmaci per i disturbi cognitivi attraverso studi strutturali di un recettore della serotonina
Determinare la struttura di uno specifico recettore della serotonina legato alla cognizione e utilizzare tale struttura per identificare i composti che potrebbero legarsi al recettore in un modo specifico per far avanzare la scoperta di terapie farmacologiche.
C'erano 58 candidati ai McKnight Scholar Awards di quest'anno, che rappresentano la migliore giovane facoltà di neuroscienze del paese. I docenti possono beneficiare del premio solo durante i primi quattro anni in una posizione di facoltà a tempo pieno. Oltre a Martin, il comitato di selezione degli Scholar Awards comprendeva Dora Angelaki, Ph.D., New York University; Gordon Fishell, Ph.D., Università di Harvard; Loren Frank, Ph.D., Università della California, San Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Università della California, Davis; Richard Mooney, Ph.D., Scuola di Medicina della Duke University; Amita Sehgal, Ph.D., Facoltà di medicina dell'Università della Pennsylvania; e Michael Shadlen, MD, Ph.D., Columbia University.
Le domande per i premi del prossimo anno saranno disponibili ad agosto e dovranno essere presentate il 4 gennaio 2021. Per ulteriori informazioni sui programmi di premi per le neuroscienze di McKnight, visitare il sito web del Fondo di dotazione all'indirizzo https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
Informazioni sul fondo di dotazione McKnight per le neuroscienze
Il McKnight Endowment Fund for Neuroscience è un'organizzazione indipendente finanziata esclusivamente dalla McKnight Foundation di Minneapolis, Minnesota, e guidata da un consiglio di eminenti neuroscienziati provenienti da tutto il paese. La Fondazione McKnight sostiene la ricerca sulle neuroscienze dal 1977. La Fondazione ha istituito il Fondo di dotazione nel 1986 per realizzare una delle intenzioni del fondatore William L. McKnight (1887-1979). Uno dei primi leader della società 3M, aveva un interesse personale per la memoria e le malattie del cervello e voleva che parte della sua eredità fosse utilizzata per aiutare a trovare cure. Il Fondo di dotazione assegna tre tipi di premi ogni anno. Oltre ai McKnight Scholar Awards, ci sono i McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, che forniscono fondi iniziali per sviluppare invenzioni tecniche per migliorare la ricerca sul cervello; e i McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards, per gli scienziati che lavorano per applicare le conoscenze ottenute attraverso la ricerca traslazionale e clinica ai disturbi del cervello umano.
Premi McKnight Scholar 2020
Steven Flavell, Ph.D. Professore assistente, Picower Institute for Learning and Memory, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA
Chiarimento dei meccanismi fondamentali della segnalazione intestino-cervello in C. elegans
Negli ultimi anni, c’è stato un crescente interesse per il microbioma intestinale – il mix di batteri che vivono nel tratto digestivo – e il suo impatto sulla salute generale. Il dottor Flavell condurrà una serie di esperimenti per rispondere a domande fondamentali su come interagiscono l'intestino e il cervello, su come la presenza di alcuni batteri attiva i neuroni e su come questo influenza il comportamento di un animale. Questa ricerca potrebbe aprire nuove linee di indagine sul microbioma umano e su come esso influenza la salute e le malattie umane, compresi i disturbi neurologici e psichiatrici.
Si sa poco su come l’intestino e il cervello interagiscono meccanicamente: quali neuroni vengono attivati dalla presenza di batteri? Cosa stanno rilevando? Quali segnali inviano e dove? E come fa il cervello a elaborare questi segnali e a trasformarli in comportamenti? La ricerca del dottor Flavell si baserà sulle scoperte fatte dal suo laboratorio studiando il C. elegans verme, il cui sistema nervoso semplice e ben definito può generare comportamenti relativamente complessi che possono essere facilmente studiati in laboratorio.
Il dottor Flavell e il suo team hanno identificato un tipo specifico di neurone enterico (neuroni che rivestono l'intestino) che è attivo solo mentre C. elegans si nutrono di batteri. I suoi esperimenti identificheranno i segnali batterici che attivano i neuroni, esamineranno i ruoli di altri neuroni nella segnalazione intestino-cervello ed esamineranno come il feedback del cervello influenza il rilevamento dei batteri intestinali. Ad esempio, i neuroni enterici di C. elegans segnalano al cervello quando rilevano i batteri, in modo che il verme possa rallentare e foraggiare. Gli esperimenti identificheranno le sfumature di questo processo, ad esempio il modo in cui la segnalazione e il comportamento cambiano quando il verme è pieno o incontra diversi tipi di batteri, e cosa succede quando l'attività dei neuroni enterici viene interrotta. Comprendere questi processi fondamentali potrebbe aiutare la ricerca futura a svelare il modo in cui i batteri intestinali negli esseri umani sono collegati a stati comportamentali e neurologici complessi.
Nuo Li, Ph.D., Professore assistente di Neuroscienze, Baylor College of Medicine, Houston, TX
Calcoli cerebellari durante la pianificazione motoria
Il tempismo è tutto quando si tratta di muovere i muscoli in modo pianificato. La ricerca del Dr. Li utilizza un modello murino per esplorare in maggiore dettaglio rispetto agli studi precedenti ciò che il cervello sta facendo durante il tempo che intercorre tra il piano e il movimento. La vecchia visione semplificata del cervello immaginava la corteccia frontale, dove avviene il ragionamento, come centro di controllo, e il cervelletto, una parte antica del cervello, come uno strumento per inviare segnali ai muscoli. Questa visione è diventata più sfumata, con i ricercatori che postulano che più parti del cervello sono coinvolte nel pensiero e nella pianificazione.
Il laboratorio del dottor Li ha rivelato che la corteccia motoria laterale anteriore (ALM, una parte specifica della corteccia frontale del topo) e il cervelletto sono bloccati in un circuito mentre il topo pianifica un'azione. Non si sa ancora esattamente quali informazioni vengano trasmesse avanti e indietro, ma sono distinte dal segnale che effettivamente guida i muscoli. Se la connessione viene interrotta anche solo per un istante durante la pianificazione, lo spostamento verrà effettuato in modo errato. D’altra parte, il cervello può anche utilizzare quel tempo per convertire il feedback in una migliore pianificazione per un movimento successivo, nel modo in cui un giocatore di basket si adatta dopo aver osservato un errore.
Gli esperimenti del dottor Li scopriranno il ruolo del cervelletto nella pianificazione motoria e definiranno le strutture anatomiche che lo collegano all'ALM. Egli mapperà la corteccia cerebellare e scoprirà quali popolazioni di un tipo speciale di cellule utilizzate nel calcolo cerebellare, chiamate cellule di Purkinje, vengono attivate dall'ALM nella pianificazione motoria e quali segnali inviano avanti e indietro durante la pianificazione. Un secondo obiettivo esplorerà il tipo di calcolo in cui è impegnato il cervelletto. L'esperimento utilizza topi addestrati a compiere un'azione specifica qualche tempo dopo aver osservato un segnale. Osservando quali parti del cervello si attivano durante quel momento anticipatorio in cui l'animale non si muove ma si prepara a muoversi, e poi perturbando quel processo, Li imparerà di più su questi processi cerebrali sofisticati e fondamentali.
Lauren O'Connell, Ph.D., Professore assistente di Biologia, Università di Stanford, Stanford, California
Basi neuronali degli engrammi genitoriali nel cervello infantile
Il legame genitore/bambino è fondamentale per il benessere di intere comunità, sia negli esseri umani che negli animali. Non solo favorisce la salute fisica, ma influisce anche sui comportamenti e sulle scelte degli individui quando raggiungono l’età adulta. Il lavoro del dottor O'Connell aiuterà a identificare come si formano i ricordi nell'infanzia come parte del processo di legame, traccerà quelle impronte di memoria per identificare come influenzano il futuro processo decisionale ed esplorerà l'impatto neurologico del legame interrotto.
Questo progetto utilizza un modello di rana velenosa, scelto per il suo comportamento di legame genitore/bambino osservato nella fornitura di cibo da parte dei genitori. Un ulteriore vantaggio del modello della rana velenosa è la fisiologia della rana, che consente una chiara osservazione del comportamento neurale. Il comportamento di legame è antico e appare in regioni del cervello che sono state relativamente conservate dagli anfibi ai mammiferi. Sebbene siano state condotte ricerche che hanno esaminato l’impatto del legame dal punto di vista dei genitori, si sa poco su come si verifica nei neonati o sul suo impatto neurologico.
Nelle rane studiate da O'Connell, il comportamento di legame include l'esibizione da parte dei girini di elemosina, che porta il genitore a fornire uova non fecondate come cibo. Ricevere quel cibo e quelle cure porta il girino a imprimersi nel genitore, il che a sua volta influenza la futura scelta del compagno del girino: preferirà compagni che assomigliano al caregiver. O'Connell ha identificato marcatori neuronali che sono arricchiti nei girini che chiedono cibo e ha scoperto che questi neuroni sono analoghi a quelli implicati in una serie di problemi neurologici legati all'apprendimento e al comportamento sociale negli esseri umani. La sua ricerca esplorerà l'architettura neuronale coinvolta nel riconoscimento infantile e nel legame con gli operatori sanitari, nonché l'attività cerebrale quando si prendono decisioni sul compagno più avanti nella vita, per vedere come l'attività neuronale in ciascun processo è correlata in condizioni normali e quando il legame viene interrotto.
Zhaozhu Qiu, Ph.D., Professore assistente di Fisiologia e Neuroscienze, Johns Hopkins University, Baltimora, MD
Scoperta dell'identità molecolare e della funzione di nuovi canali del cloruro nel sistema nervoso
I canali ionici sono i capisaldi del cervello per mantenere la sua normale funzione. Controllano il potenziale e l'eccitabilità della membrana neuronale, nonché la trasmissione e la plasticità sinaptica. Sono coinvolti in molti disturbi neurologici e psichiatrici e sono quindi i principali bersagli farmacologici. Gran parte della ricerca si è concentrata sui canali ionici che conducono ioni carichi positivamente, come sodio, potassio e calcio. Tuttavia, la funzione dei canali ionici che consentono il passaggio del cloruro, lo ione carico negativamente più abbondante, rimane poco conosciuta.
Una delle maggiori sfide è l’identità sconosciuta dei geni che codificano alcuni dei diversi canali del cloro. Eseguendo screening genomici ad alto rendimento, il dottor Qiu e il suo gruppo di ricerca hanno identificato due nuove famiglie di canali del cloro, attivati rispettivamente dall'aumento del volume cellulare e dal pH acido. Utilizzando una combinazione di tecniche elettrofisiologiche, biochimiche, di imaging e comportamentali, la ricerca del dottor Qiu mira a studiare la funzione neurologica di questi nuovi canali ionici con particolare attenzione alle interazioni neurone-glia, alla plasticità sinaptica, all'apprendimento e alla memoria.
Il dottor Qiu estenderà questo approccio ad altri misteriosi canali del cloruro nel cervello. Ha inoltre in programma di sviluppare nuovi metodi e strumenti per misurare e manipolare la concentrazione di cloruro a livello cellulare e subcellulare nelle cellule vive e negli animali, che attualmente rappresenta un importante ostacolo tecnico in questo campo. La sua ricerca fornirà informazioni chiave su come il cloruro viene regolato nel sistema nervoso. Potrebbe portare a nuove terapie per le malattie neurologiche associate alla disregolazione del cloruro.
Maria Antonietta Tosches, Ph.D., Professore assistente, Columbia University, New York, NY
L'evoluzione dei moduli genici e dei motivi circuitali per l'inibizione corticale
Si può essere tentati di vedere il cervello come un’impresa ingegneristica, progettata in modo ottimale per eseguire le sue complesse funzioni. In realtà, i cervelli moderni sono stati plasmati da una lunga storia evolutiva, dove in qualsiasi momento di una sfida evolutiva, i componenti esistenti venivano riproposti, moltiplicati e diversificati. Il dottor Tosches sta conducendo ricerche per comprendere questi processi e capire quali sistemi neurali fondamentali sono stati conservati negli animali vertebrati separati da centinaia di milioni di anni di evoluzione.
A tal fine, il dottor Tosches sta esplorando la storia evolutiva dei neuroni GABAergici, che svolgono un importante ruolo inibitorio nel sistema nervoso centrale dei mammiferi. I suoi precedenti esperimenti hanno scoperto che i neuroni GABAergici dei rettili e dei mammiferi sono geneticamente simili, indicando che questi tipi di neuroni esistevano già negli antenati dei vertebrati; condividono anche moduli genetici associati a specifiche funzioni neuronali in entrambi i tipi di cervello. Nella nuova ricerca di Tosches, determinerà se questi stessi tipi di neuroni si trovano nel cervello semplice delle salamandre.
La ricerca prevede il sequenziamento di decine di migliaia di singole cellule di queste salamandre e il confronto dei tipi di cellule GABAergiche trovate con quelle dei topi e delle tartarughe, per costruire una tassonomia unificata di questi neuroni nei tetrapodi. Il prossimo passo sarà confrontare i loro moduli genetici per comprendere i meccanismi genetici che hanno dato origine ai sottotipi di neuroni GABAergici. In un secondo obiettivo, Tosches e il suo team registreranno l'attività dei neuroni GABAergici della salamandra con imaging in vivo durante esperimenti comportamentali, monitorando l'attività di questi neuroni quando presentati con stimoli. Questo lavoro introdurrà un modello animale completamente nuovo nelle neuroscienze dei circuiti, contribuendo alla nostra comprensione di come funziona il cervello a un livello fondamentale.
Daniel Wacker, Ph.D., Professore assistente, Icahn School of Medicine al Mount Sinai, New York, NY
Accelerazione della scoperta di farmaci per i disturbi cognitivi attraverso studi strutturali di un recettore della serotonina
La scoperta di farmaci per affrontare i disturbi neurologici e cognitivi è un processo complesso e dispendioso in termini di tempo. Molti farmaci prendono di mira i recettori della dopamina collegati alla dipendenza, mentre alcuni farmaci sono imprecisi e creano effetti collaterali potenzialmente pericolosi. Inoltre, alcuni disturbi (l'Alzheimer è un esempio lampante) non hanno alcun trattamento farmacologico. Il Dr. Wacker propone un nuovo approccio alla scoperta di farmaci che si concentra su uno specifico recettore della serotonina (che non comporta gli stessi rischi dell'attivazione del sistema della dopamina), mappando attentamente la struttura di quel recettore su scala molecolare e cercando composti che lo faranno legarsi a quel recettore in un modo specifico.
Il recettore, noto come 5-HT7R, è stato scoperto a metà degli anni '90 ed è uno dei 12 recettori della serotonina conosciuti. È stato identificato come un bersaglio promettente per le terapie dei disturbi cognitivi, ma si sa poco al riguardo. Il Dr. Wacker propone di condurre uno studio strutturale del recettore utilizzando la cristallografia a raggi X su campioni purificati del recettore. Esaminerà il modo in cui i farmaci si legano al recettore e introdurranno mutazioni nella struttura per vedere come ciò influisce sul legame e sull'interazione. L'obiettivo è trovare composti che attivino proprio questo recettore in un modo specifico.
Per trovare questi possibili farmaci, il team di Wacker condurrà quindi una ricerca computerizzata su centinaia di milioni di composti, confrontando la loro struttura 3D con il modello 3D del recettore per quelli che hanno maggiori probabilità di “adattarsi”. Le migliori prospettive verranno esaminate più da vicino e alcuni candidati particolarmente promettenti verranno testati in laboratorio. Rispetto a un processo tradizionale di sperimentazione farmacologica, che può richiedere anni, persino decenni, questo processo computerizzato offre l’opportunità di effettuare un pre-screening dei farmaci in base alla loro struttura e di accelerarne lo sviluppo.
