Premi McKnight Scholar 2024

Il Consiglio di amministrazione del McKnight Endowment Fund for Neuroscience è lieto di annunciare di aver selezionato dieci neuroscienziati per ricevere il McKnight Scholar Award 2024.

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. Da quando il premio è stato introdotto nel 1977, questo prestigioso premio di inizio carriera ha finanziato 281 ricercatori innovativi e stimolato centinaia di scoperte rivoluzionarie.

"Il MEFN è lieto di annunciare i nuovi studiosi di quest'anno, che stanno affrontando questioni all'avanguardia nel campo delle neuroscienze, che vanno dalle impronte molecolari che l'invecchiamento lascia sul cervello, alle basi biologiche delle memorie intergenerazionali e ai principi che consentono reti per consentire la navigazione, la sopravvivenza, l’ibernazione e la socialità”, ha affermato Richard Mooney, PhD, presidente del comitato dei premi e George Barth Geller Professore di Neurobiologia presso la Duke University School of Medicine. "Il profondo impegno della Fondazione McKnight nella ricerca fondamentale sulle neuroscienze ha consentito al comitato di selezione di riconoscere un numero maggiore di ricercatori stellari all'inizio della carriera in una gamma di istituzioni più ampia che mai."

Ciascuno dei seguenti destinatari del McKnight Scholar Award riceverà $75.000 all'anno per tre anni. Sono:

C'erano 53 candidati ai McKnight Scholar Awards di quest'anno, che rappresentano la migliore giovane facoltà di neuroscienze del paese. I docenti possono beneficiare del premio durante i primi quattro anni in una posizione di facoltà a tempo pieno. Oltre a Mooney, il comitato di selezione degli Scholar Awards comprendeva Gordon Fishell, Ph.D., Università di Harvard; Mark Goldman, Ph.D., Università della California, Davis; Yishi Jin, Ph.D., Università della California a San Diego; Jennifer Raymond, Ph.D., Università di Stanford; Vanessa Ruta, Ph.D., Università Rockefeller; e Marlene Cohen, Ph.D., Università di Chicago.

Le candidature per i premi 2025 saranno accettate a partire dal 12 agosto 2024. Per ulteriori informazioni sui programmi di premi per le neuroscienze di McKnight, visitare il sito web del Fondo di dotazione.

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, ed è 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. Oltre agli Scholar Awards, il Fondo di dotazione concede sovvenzioni agli scienziati che lavorano per applicare le conoscenze ottenute attraverso la ricerca traslazionale e clinica ai disturbi del cervello umano attraverso i McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards.

Premi McKnight Scholar 2024

Annegret Falkner, Ph.D., Professore assistente, Princeton Neuroscience Institute, Princeton University, Princeton, NJ

Neuroendocrinologia computazionale: collegamento della trascrizione mediata dagli ormoni al comportamento complesso attraverso la dinamica neurale

Gli ormoni gonadici – estrogeni e testosterone sono tra i più conosciuti – sono importanti per i mammiferi in molti modi. Modulano gli stati interni, il comportamento e la fisiologia. Gli esseri umani possono modificare il proprio profilo ormonale per una serie di ragioni, dal trattamento delle malattie alla costruzione muscolare, dalle cure per l’affermazione del genere al controllo delle nascite. Ma mentre molto è stato studiato su come questi ormoni influenzano il corpo, meno ben compreso è il modo in cui modificano le dinamiche neurali.

Nella sua ricerca, la dottoressa Annegret Falkner e il suo laboratorio studieranno il modo in cui gli ormoni modificano le reti neurali e quindi influenzano il comportamento in periodi di tempo brevi e lunghi. Utilizzando un modello murino, il laboratorio del dottor Falkner esplorerà gli effetti degli ormoni su più livelli. Utilizzando nuovi metodi per la quantificazione comportamentale, osserverà e registrerà comportamenti di tutti i tipi negli animali che si comportano liberamente durante un cambiamento dello stato ormonale. Questo esame imparziale rivelerà i principi generalizzati su come gli ormoni controllano il comportamento. In una seconda serie di esperimenti, il team mapperà la dinamica neurale delle reti sensibili agli ormoni attraverso un cambiamento dello stato ormonale utilizzando l'imaging del calcio a livello cerebrale in un animale che interagisce liberamente socialmente, osservando come i cambiamenti nel modo in cui queste reti rispondono e comunicano predicono i cambiamenti in comportamento. Infine, il laboratorio del dottor Falkner utilizzerà l'imaging ottico degli ormoni sito-specifico per osservare dove e quando avviene la trascrizione mediata dai recettori degli estrogeni all'interno di questa rete: una finestra su come gli ormoni sono in grado di aggiornare la comunicazione di rete e che aiuterà i ricercatori a comprendere il modo in cui gli ormoni sono in grado di aggiornare la comunicazione di rete. modi profondi in cui gli ormoni influenzano il cervello e il comportamento.

Andrea Gomez, Ph.D., Professore assistente, Neurobiologia, Università della California, Berkeley, CA

Le basi molecolari della plasticità indotta dagli psichedelici

Il cervello possiede la capacità di cambiare se stesso, una caratteristica descritta come “plasticità”. Il cervello umano, ad esempio, mostra plasticità in modi diversi in momenti diversi della loro vita; al contrario, alcuni disturbi neurologici sono legati all’incapacità di cambiare, limitando la capacità di muoversi, imparare, ricordare o riprendersi da un trauma. Il dottor Andrea Gomez mira a saperne di più sulla plasticità cerebrale utilizzando le sostanze psichedeliche come strumento, riaprendo le finestre di plasticità nel cervello adulto utilizzando la psilocibina psichedelica in un modello murino. Questo non solo potrebbe aiutarci a saperne di più su come funziona il cervello, ma potrebbe anche aiutare nello sviluppo di terapie di prossima generazione.

Le sostanze psichedeliche hanno effetti strutturali di lunga durata sui neuroni, come una maggiore crescita dei processi neuronali e la formazione di sinapsi. Una singola dose può avere effetti che durano mesi. Nella sua ricerca, la dottoressa Gomez e il suo team utilizzeranno le sostanze psichedeliche per identificare classi di RNA che promuovono la plasticità neurale nella corteccia prefrontale, una regione del cervello coinvolta nella percezione e nella cognizione sociale. Il laboratorio di Gomez valuterà come le sostanze psichedeliche cambiano il modo in cui l'RNA viene unito, stabilirà il collegamento tra i cambiamenti dell'RNA indotti dalla psilocibina e la plasticità nei topi misurati dall'attività sinaptica e osserverà l'effetto della plasticità indotta dalle sostanze psichedeliche sull'interazione sociale. Il dottor Gomez spera che questa ricerca possa fornire informazioni biologiche sulla plasticità della percezione e aprire nuove strade di indagine su come questi potenti composti possano aiutare le persone.

Sinisa Hrvatin, Ph.D., Professore assistente di biologia, Whitehead Institute for Biomedical Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Anatomia molecolare dei circuiti di ibernazione

La maggior parte delle persone comprende il concetto di ibernazione, ma relativamente pochi pensano a quanto sia straordinario. I mammiferi che si sono evoluti specificatamente per mantenere una temperatura corporea costante “spengono” bruscamente quella funzione, cambiano il loro metabolismo e cambiano il loro comportamento per mesi alla volta. Mentre i fatti dell’ibernazione sono ben compresi, non è ben compreso il modo in cui gli animali avviano e mantengono quello stato, così come non è ben compreso come sia nata questa capacità. Si è evoluto simultaneamente in più animali distinti affrontati in ambienti difficili? Oppure il circuito dell'ibernazione è ampiamente conservato nei mammiferi, ma attivato solo in alcuni?

La Dott.ssa Sinisa Hrvatin propone di approfondire le popolazioni e i circuiti neuronali coinvolti nell'ibernazione. Il lavoro precedente del suo laboratorio è stato in grado di identificare i neuroni che regolano il torpore (uno stato superficiale che condivide punti in comune con l'ibernazione) nei topi di laboratorio. Utilizzando un modello meno comune, il criceto siriano, il dottor Hrvatin acquisirà nuove conoscenze sui circuiti neurali dell'ibernazione. I criceti siriani possono essere indotti all'ibernazione ambientale, il che li rende ideali per un esperimento di laboratorio, ma non sono disponibili linee transgeniche (come nei topi), il che lo ha portato ad applicare nuovi strumenti virali basati sul rilevamento dell'RNA per colpire popolazioni cellulari specifiche correlate a ibernazione. Documenterà i neuroni attivi durante l'ibernazione per identificare i circuiti rilevanti ed esaminare se circuiti simili sono conservati in altri modelli ibernati e non ibernati.

Xin Jin, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze, The Scripps Research Institution, La Jolla, CA

Neurogenomica in vivo su larga scala

Quando studiano la funzione genetica nei neuroni, i ricercatori spesso devono scegliere tra scala e risoluzione. Uno schermo dell’intero genoma può mostrare quali geni sono presenti in aggregato, oppure il sequenziamento trascrittomico può consentire ai ricercatori di studiare alcune funzioni genetiche specifiche in cellule specifiche. Ma per il dottor Xin Jin, il potere del genoma si realizza pienamente quando gli strumenti consentono ai ricercatori di studiare un gran numero di geni nel cervello e vedere dove sono presenti e dove si intersecano in specifiche regioni del cervello.

Il laboratorio del dottor Jin ha sviluppato nuovi metodi massicciamente paralleli in vivo approcci di sequenziamento per ampliare l’indagine su un gran numero di varianti genetiche e mappare la loro presenza in cervelli interi e intatti. La capacità di profilare oltre 30.000 cellule contemporaneamente consente al team di studiare centinaia di geni in centinaia di tipi di cellule e di ottenere una lettura nel giro di due giorni anziché settimane. Condurranno indagini sull'intero organo, dimostrando la capacità non solo di identificare quali cellule includono varianti specifiche, ma anche di identificare il loro contesto all'interno del cervello: dove si trovano e come sono collegate. Applicheranno questo approccio anche per studiare i geni del rischio di malattie e vedere come sono distribuiti nel cervello, il che dovrebbe fornire informazioni su come si verifica la patologia. Sebbene lo studio si concentri sul cervello, l’approccio dovrebbe essere applicabile allo studio di altre condizioni legate a un gran numero di geni di rischio.

Ann Kennedy, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze, Northwestern University, Chicago, IL

Dinamiche della popolazione neurale che mediano l'equilibrio delle esigenze di sopravvivenza concorrenti

Per sopravvivere, gli animali hanno sviluppato un’ampia gamma di comportamenti innati come l’alimentazione, l’accoppiamento, l’aggressività e le risposte alla paura, ciascuno costituito da un insieme di altri comportamenti specifici. Negli ultimi anni, i ricercatori sono stati in grado di registrare l’attività neurale nei modelli murini mentre erano impegnati in questo tipo di comportamenti. Ma nel mondo reale, gli animali spesso devono valutare e decidere tra molteplici linee d’azione urgenti. Se un animale è ferito e affamato, quale risposta prevale? E come fa il cervello a prendere una decisione?

La dottoressa Ann Kennedy è impegnata nello sviluppo di modelli computazionali teorici che aiuteranno a migliorare la nostra comprensione di come vengono prese decisioni importanti come queste. Osservando l'attività neurale nell'ipotalamo dei topi impegnati in comportamenti di tipo aggressivo, la Dott.ssa Kennedy e il suo team svilupperanno modelli di reti neurali che catturano la scalabilità e la persistenza di

stati motivazionali aggressivi, fornendo allo stesso tempo un meccanismo per il bilanciamento tra più stati motivazionali concorrenti nel comportamento dell'animale. Il team utilizzerà i propri modelli per chiedersi come il cervello implementa tale compromesso, ad esempio modificando la percezione sensoriale o sopprimendo l'output motorio. Da questo lavoro, il laboratorio del dottor Kennedy migliorerà la nostra comprensione del modo in cui funziona il nostro cervello e di come la struttura incorporata nel cervello aiuta gli animali a sopravvivere in ambienti complessi.

Sung Soo Kim, Ph.D., Professore assistente di Biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo, Università della California-Santa Barbara, Santa Barbara, CA

Rappresentazione neurale del mondo durante la navigazione

Chiunque abbia mai dovuto navigare in una stanza conosciuta ma buia capisce quanto sia prezioso che il nostro cervello possa navigare nell’ambiente circostante utilizzando una varietà di informazioni, dentro e fuori, inclusi colori, forme e senso di movimento. Lavorando con un modello di mosca della frutta e un nuovo e innovativo apparato sperimentale, il dottor Sung Soo Kim e il suo team indagheranno cosa succede nel cervello quando un animale naviga: quali input vengono raccolti, come vengono elaborati e come ciò si traduce al movimento.

Il dottor Kim lavora con il moscerino della frutta perché l'intero insieme di neuroni che calcola il senso dell'orientamento può essere osservato e perturbato. La sua ricerca indagherà come molteplici input sensoriali vengono trasformati in un senso di direzione e come i contesti comportamentali (dagli stati interni come l'eccitazione al movimento della mosca) influenzano l'elaborazione della direzione. Una chiave di questa ricerca è una nuova arena di realtà virtuale che il team del dottor Kim sta costruendo: la mosca è su un supporto girevole, il che significa che può ruotare a piacimento; le pareti sono schermi ad alta risoluzione che forniscono spunti visivi; piccoli tubi per il flusso d'aria simulano il movimento e il vento; e un microscopio molto grande posto sopra la testa significa che l'intero cervello della mosca può essere ripreso anche mentre gira. Attivando e silenziando alcune popolazioni neuronali, il dottor Kim sarà in grado di condurre una ricerca che esamina il ruolo combinato di percezione, cognizione e controllo motorio, tre sottocampi delle neuroscienze sistemiche raramente collegati in un unico programma di ricerca.

Bianca Jones Marlin, Ph.D., Professore assistente di Psicologia e Neuroscienze, Columbia University e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, New York, NY

Meccanismi molecolari della memoria intergenerazionale

Il ricordo di un’esperienza stressante può essere ereditato dalla generazione successiva? Ricerche recenti sembrano suggerire che sia possibile, e la dottoressa Bianca Jones Marlin e il suo team sono pronti a indagare su come questo processo possa funzionare a livello molecolare: come le esperienze che inducono paura o stress in un modello murino possono causare cambiamenti agli stessi neuroni. presenti nel suo cervello, e come tali cambiamenti possano essere ereditati geneticamente dai figli dell'animale che ha sperimentato lo stress, anche se il bambino non ha mai avuto la stessa esperienza.

La ricerca del Dr. Marlin si basa sulla scoperta che i cambiamenti nell'ambiente portano alla plasticità dipendente dall'esperienza nel cervello. Usando il condizionamento alla paura olfattivo – un odore abbinato a un lieve shock al piede – il team ha scoperto che i topi producono più neuroni olfattivi che sono in sintonia con l’odore utilizzato. (Poiché i neuroni olfattivi maturi esprimono solo 1 su 1.000 possibili recettori olfattivi, e i ricercatori possono identificare quanti neuroni hanno recettori per l'odore scelto.) Quel rapporto più elevato persiste ed è codificato nello sperma e trasmesso alla generazione successiva (ma non le generazioni successive.) Per capire come funziona, il laboratorio del dottor Marlin ricercherà se le stesse molecole dell'odore o semplicemente l'attivazione dei recettori correlati innescano il processo; come il segnale arriva dalle cellule mature alle cellule staminali immature che diventeranno neuroni olfattivi; e quale ruolo hanno le vescicole extracellulari nel trasferimento di informazioni. Imparare a conoscere i cervelli esposti al cambiamento traumatico e il modo in cui ciò influisce sulle generazioni future non solo può aiutare i ricercatori, ma si spera anche aumentare la consapevolezza degli effetti profondi e duraturi del trauma sui mammiferi, compresi gli esseri umani.

Nancy Padilla-Coreano, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Neuroscienze, College of Medicine dell'Università della Florida, Gainesville, FL

Meccanismi neurali di spostamento tra competizione sociale e cooperazione

Gli animali sociali hanno interazioni molto complesse, spesso passano dalla cooperazione alla competizione in un arco di tempo molto breve. In che modo il cervello aiuta l'animale a superare queste situazioni e cosa succede a livello neurologico per consentire questo passaggio da uno stato all'altro? La dottoressa Nancy Padilla-Coreano mira a comprendere le reti neurali coinvolte utilizzando test comportamentali, elettrofisiologia multi-sito e analisi di apprendimento automatico per identificare le dinamiche dei circuiti neurali dietro la competenza sociale nei modelli murini. I risultati possono aiutare i ricercatori a comprendere meglio ciò che è alla base della competenza sociale, che è ostacolata in una serie di disturbi neuropsichiatrici.

Il team della Dott.ssa Padilla-Coreano sta facendo uso di tecnologie innovative, come l'assistenza dell'intelligenza artificiale nell'identificazione e monitoraggio del comportamento degli animali, e metodologie di ricerca per identificare i circuiti attivi durante la cooperazione e la competizione. Ipotizzando che si tratti di circuiti sovrapposti, il team manipolerà ciascun circuito negli stessi animali e osserverà come cambia il comportamento quando vengono introdotti in determinate situazioni. Un secondo obiettivo sarà quello di indagare cosa c'è a monte di tali circuiti; e un terzo studierà il ruolo della dopamina nel processo. Nel loro insieme, la ricerca aiuterà a rivelare come il cervello aiuta gli animali sociali a ottimizzare e cambiare, adattando il comportamento sociale in base al contesto.

Mubarak Hussain Syed, Ph.D., Professore assistente, Dipartimento di Biologia, Università del New Mexico, Albuquerque, NM

Meccanismi molecolari che regolano la diversità neurale: dalle cellule staminali ai circuiti

Il dottor Mubarak Hussain Syed indagherà cosa determina il modo in cui i diversi tipi di neuroni nascono dalle cellule staminali neurali (NSC) e come i fattori dello sviluppo specificano i comportamenti degli adulti. Lavorando con un modello di moscerino della frutta, il laboratorio del dottor Syed si concentrerà su come le NSC di tipo II producono tipi di neuroni del complesso centrale. Precedenti ricerche hanno dimostrato che il momento della nascita di una cellula discendente da una NSC di tipo II è correlato al suo eventuale tipo di cellula: alcuni discendenti della prima generazione diventano neuroni di navigazione olfattiva, mentre le generazioni successive diventano cellule che regolano il sonno. Si ritiene che molecole specifiche, comprese le proteine leganti l'RNA e le proteine indotte dagli ormoni steroidei, espresse temporalmente in quei momenti, regolino il destino dei tipi di neuroni.

Attraverso esperimenti di perdita di funzione e guadagno di funzione mirati a tali proteine e percorsi, il team del dottor Syed apprenderà il meccanismo attraverso il quale cambiano il destino dei neuroni e quale effetto ha sui comportamenti. Ulteriori esperimenti esamineranno come si formano i circuiti delle regioni cerebrali di ordine superiore, ipotizzando che altri tipi di cellule nel circuito derivino da diverse NSC in tempi simili. Inoltre, in qualità di sostenitore della promozione dell'educazione scientifica tra i giovani provenienti da gruppi sottorappresentati nel settore, il dottor Syed lavorerà attraverso il suo programma chiamato Pueblo Brain Science per formare e guidare la prossima generazione di diversi neuroscienziati mentre conduce la sua ricerca.

Longzhi Tan, Ph.D., Professore assistente di Neurobiologia, Università di Stanford, Stanford, CA

In che modo l'architettura del genoma 3D modella lo sviluppo e l'invecchiamento del cervello?

Inserire i 6 miliardi di paia di basi del DNA in un minuscolo nucleo cellulare è più di un lavoro di imballaggio impressionante: è la chiave del funzionamento del DNA. Il dottor Longzhi Tan e il suo team stanno utilizzando un rivoluzionario “microscopio biochimico” in grado di mostrare la forma 3D delle molecole di DNA all’interno di una cellula con una risoluzione ineguagliata dai telescopi ottici, e nel processo stanno scoprendo che la piegatura unica può dire ai ricercatori un grande trattare di una cella. Infatti, indipendentemente da qualsiasi altra cosa, il dottor Tan può dire da quale tipo di cellula proviene un pezzo di DNA e l'età relativa dell'animale da cui proviene la cellula, semplicemente osservando la forma del DNA.

Il microscopio biochimico al centro della ricerca utilizza la legatura di prossimità invece dell’ottica. Determina quali coppie di basi sono più vicine l'una all'altra, una dopo l'altra, e può costruire in modo rapido ed economico un'immagine della struttura 3D del DNA utilizzando proprio queste informazioni. Parte del progetto riguarderà la costruzione della prossima generazione di questo strumento in modo che il team del dottor Tan possa localizzare in 3D ogni molecola di RNA in una cellula cerebrale e dove si trova in relazione al DNA ripiegato per capire meglio come interagiscono. Ciò contribuirà alla creazione di un regolamento sul ripiegamento del DNA che potrà aiutare i ricercatori a trovare modi per manipolare il DNA e comprendere in che modo il DNA ripiegato in modo errato influisce sullo sviluppo. Poiché anche il ripiegamento si degrada con l’età, comprendere come ciò influenzi l’invecchiamento potrebbe fornire spunti su come invertire o rallentare alcuni impatti dell’invecchiamento. Un obiettivo finale esaminerà il modo in cui le mutazioni e le differenze di ripiegamento influenzano le differenze tra gli individui.