28 de maio de 2020
O Conselho de Administração do McKnight Endowment Fund for Neuroscience tem o prazer de anunciar que selecionou seis neurocientistas para receber o Prêmio McKnight Scholar 2020.
Os McKnight Scholar Awards são concedidos a jovens cientistas que estão nos estágios iniciais de estabelecimento de seus próprios laboratórios independentes e carreiras de pesquisa e que demonstraram comprometimento com a neurociência. “Os acadêmicos deste ano exemplificam o poder da neurociência moderna para elucidar a biologia do cérebro e da mente”, diz Kelsey C. Martin, MD, Ph.D, presidente do comitê de premiação e reitor da Escola de Medicina David Geffen da UCLA. Desde que o prémio foi introduzido em 1977, este prestigiado prémio para início de carreira financiou mais de 240 investigadores inovadores e estimulou centenas de descobertas revolucionárias.
“Aproveitando uma série de abordagens metodológicas em diversos organismos modelo, os bolsistas McKnight de 2020 estão avançando na neurociência das interações intestino-cérebro e da ligação entre pais e bebês, decifrando a lógica computacional do planejamento motor no cerebelo e a lógica reguladora genética da inibição no córtex, identificando e caracterizando novos canais de cloreto em neurônios e usando abordagens baseadas em estrutura para desenvolver novas terapêuticas que tenham como alvo receptores de serotonina específicos”, diz Martin. “Em nome de todo o comitê, gostaria de agradecer a todos os candidatos ao McKnight Scholar Awards deste ano por seus estudos inovadores e contribuições para a neurociência.”
Cada um dos seis ganhadores do McKnight Scholar Award receberá $75.000 por ano durante três anos. Eles são:
Steven Flavell, Ph.D.
Instituto de Tecnologia de Massachusetts – Cambridge, MA
Elucidando mecanismos fundamentais de sinalização intestinal-cérebro em C. elegans
Estudar como as bactérias intestinais influenciam a atividade e o comportamento cerebral.
Nuo Li, Ph.D.
Baylor College of Medicine – Houston, Texas
Computações cerebelares durante o planejamento motor
Pesquisar o processo pelo qual diferentes partes do cérebro, incluindo o cerebelo, se coordenam para planejar o movimento físico.
Lauren O'Connell, Ph.D.
Universidade de Stanford – Stanford, CA
Base Neuronal dos Engramas Parentais no Cérebro Infantil
Estudar o que acontece nos cérebros de animais bebês durante o vínculo parental e os efeitos que esse processo neuronal tem na tomada de decisões futuras e no bem-estar na idade adulta.
Zhaozhu Qiu, Ph.D.
Universidade Johns Hopkins – Baltimore, MD
Descobrindo a identidade molecular e a função de novos canais de cloreto no sistema nervoso
Pesquisa sobre os genes subjacentes a diversos canais de cloreto e seu papel na regulação da excitabilidade neuronal e da plasticidade sináptica.
Maria Antonietta Tosches, Ph.D.
Universidade de Columbia – Nova York, NY
A evolução dos módulos genéticos e motivos de circuito para inibição cortical
Explorar a evolução dos circuitos neurais estudando tipos de neurônios antigos em animais com cérebros simples para inferir princípios fundamentais de organização e função cerebral.
Daniel Wacker, Ph.D.
Escola de Medicina Icahn no Mount Sinai – Nova York, NY
Acelerando a descoberta de medicamentos para distúrbios cognitivos por meio de estudos estruturais de um receptor de serotonina
Determinar a estrutura de um receptor específico de serotonina ligado à cognição e usar essa estrutura para identificar compostos que podem se ligar ao receptor de uma maneira específica para avançar na descoberta de terapias medicamentosas.
Houve 58 candidatos para o McKnight Scholar Awards deste ano, representando os melhores jovens professores de neurociências do país. O corpo docente só é elegível para o prêmio durante os primeiros quatro anos em um cargo de docente em tempo integral. Além de Martin, o comitê de seleção do Scholar Awards incluiu Dora Angelaki, Ph.D., Universidade de Nova York; Gordon Fishell, Ph.D., Universidade de Harvard; Loren Frank, Ph.D., Universidade da Califórnia, São Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Universidade da Califórnia, Davis; Richard Mooney, Ph.D., Faculdade de Medicina da Universidade Duke; Amita Sehgal, Ph.D., Faculdade de Medicina da Universidade da Pensilvânia; e Michael Shadlen, MD, Ph.D., Universidade de Columbia.
As inscrições para os prêmios do próximo ano estarão disponíveis em agosto e vencem em 4 de janeiro de 2021. Para obter mais informações sobre os programas de prêmios de neurociências de McKnight, visite o site do Endowment Fund em https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience
Sobre o McKnight Endowment Fund for Neuroscience
O McKnight Endowment Fund for Neuroscience é uma organização independente financiada exclusivamente pela Fundação McKnight de Minneapolis, Minnesota, e liderada por um conselho de neurocientistas proeminentes de todo o país. A Fundação McKnight apoia pesquisas em neurociências desde 1977. A Fundação criou o Endowment Fund em 1986 para levar a cabo uma das intenções do fundador William L. McKnight (1887-1979). Um dos primeiros líderes da 3M Company, ele tinha um interesse pessoal em memória e doenças cerebrais e queria que parte de seu legado fosse usado para ajudar a encontrar curas. O Fundo de Doação concede três tipos de prêmios a cada ano. Além dos McKnight Scholar Awards, eles são os McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, que fornecem capital inicial para desenvolver invenções técnicas para aprimorar a pesquisa do cérebro; e o Prêmio McKnight de Neurobiologia de Distúrbios Cerebrais, para cientistas que trabalham para aplicar o conhecimento obtido por meio de pesquisas translacionais e clínicas a distúrbios cerebrais humanos.
Prêmio Acadêmico McKnight 2020
Steven Flavell, Ph.D. Professor assistente, Instituto Picower de Aprendizagem e Memória, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Cambridge, MA
Elucidando mecanismos fundamentais de sinalização intestinal-cérebro em C. elegans
Nos últimos anos, tem havido um interesse crescente no microbioma do intestino – a mistura de bactérias que vivem no trato digestivo – e no seu impacto na saúde geral. Dr. Flavell conduzirá uma série de experimentos para responder questões fundamentais sobre como o intestino e o cérebro interagem, como a presença de certas bactérias ativa os neurônios e como isso influencia o comportamento de um animal. Esta investigação poderá abrir novas linhas de investigação sobre o microbioma humano e como este influencia a saúde e as doenças humanas, incluindo distúrbios neurológicos e psiquiátricos.
Pouco se sabe sobre como o intestino e o cérebro interagem mecanicamente – quais neurônios são ativados pela presença de bactérias? O que eles estão detectando? Que sinais eles enviam e para onde? E como o cérebro processa esses sinais e os transforma em comportamento? A pesquisa do Dr. Flavell se baseará nas descobertas que seu laboratório fez ao estudar o C. elegans verme, cujo sistema nervoso simples e bem definido pode gerar comportamentos relativamente complexos que são facilmente estudados em laboratório.
Flavell e sua equipe identificaram um tipo específico de neurônio entérico (neurônios que revestem o intestino) que só está ativo enquanto C. elegans alimentar-se de bactérias. Seus experimentos identificarão os sinais bacterianos que ativam os neurônios, examinarão os papéis de outros neurônios na sinalização intestino-cérebro e examinarão como o feedback do cérebro influencia a detecção de bactérias intestinais. Por exemplo, os neurônios entéricos de C. elegans sinalizam para o cérebro quando detectam bactérias, para que o verme possa desacelerar e se alimentar. Os experimentos identificarão as nuances desse processo, como a forma como a sinalização e o comportamento mudam quando o verme está cheio ou encontra diferentes tipos de bactérias, e o que acontece quando a atividade dos neurônios entéricos é interrompida. A compreensão desses processos centrais pode ajudar pesquisas futuras a descobrir como as bactérias intestinais em humanos estão ligadas a estados comportamentais e neurológicos complexos.
Nuo Li, Ph.D., Professor Assistente de Neurociências, Baylor College of Medicine, Houston, TX
Computações cerebelares durante o planejamento motor
O tempo é tudo quando se trata de mover os músculos de forma planejada. A pesquisa do Dr. Li usa um modelo de rato para explorar com mais detalhes do que estudos anteriores o que o cérebro está fazendo durante o tempo entre o plano e o movimento. A visão antiga e simplificada do cérebro costumava imaginar o córtex frontal, onde ocorre o raciocínio, como centro de controle, e o cerebelo, uma parte antiga do cérebro, como uma ferramenta para enviar sinais aos músculos. Essa visão tornou-se mais matizada, com os investigadores postulando que múltiplas partes do cérebro estão envolvidas no pensamento e no planeamento.
O laboratório do Dr. Li revelou que o córtex motor lateral anterior (ALM, uma parte específica do córtex frontal do camundongo) e o cerebelo estão presos em um laço enquanto o camundongo planeja uma ação. Ainda não se sabe exatamente quais informações estão sendo transmitidas de um lado para outro, mas são distintas do sinal que realmente impulsiona os músculos. Se a conexão for interrompida mesmo que por um instante durante o planejamento, o movimento será feito incorretamente. Por outro lado, o cérebro também pode usar esse tempo para converter o feedback em um melhor planejamento para um movimento subsequente, da mesma forma que um jogador de basquete se ajusta após observar uma falha.
Os experimentos do Dr. Li irão descobrir o papel do cerebelo no planejamento motor e definir as estruturas anatômicas que o ligam ao ALM. Ele mapeará o córtex cerebelar e descobrirá quais populações de um tipo especial de células usadas na computação cerebelar, chamadas células de Purkinje, são ativadas pelo ALM no planejamento motor e quais sinais elas enviam para frente e para trás durante o planejamento. Um segundo objetivo explorará em que tipo de computação o cerebelo está envolvido. O experimento usa ratos treinados para realizar uma ação específica algum tempo depois de observarem um sinal. Ao observar quais partes do cérebro são ativadas durante aquele período antecipatório em que o animal não está se movendo, mas se preparando para se mover, e depois perturbando esse processo, Li aprenderá mais sobre esses processos cerebrais sofisticados e fundamentais.
Lauren O'Connell, Ph.D., Professor Assistente de Biologia, Universidade de Stanford, Stanford, CA
Base Neuronal dos Engramas Parentais no Cérebro Infantil
O vínculo entre pais e filhos é fundamental para o bem-estar de comunidades inteiras, tanto em humanos como em animais. Não só apoia a saúde física, como também tem impacto nos comportamentos e escolhas dos indivíduos à medida que atingem a idade adulta. O trabalho do Dr. O'Connell ajudará a identificar como as memórias são formadas na infância como parte do processo de vínculo, rastreará essas impressões de memória para identificar como elas afetam a tomada de decisões futuras e explorará o impacto neurológico da ruptura do vínculo.
Este projeto utiliza um modelo de sapo venenoso, escolhido devido ao seu comportamento de vínculo pai/bebê observado no fornecimento de alimentos pelos pais. Um benefício adicional ao modelo do sapo venenoso é a fisiologia do sapo, que permite uma observação clara do comportamento neural. O comportamento de ligação é antigo e aparece em regiões cerebrais que foram relativamente conservadas desde anfíbios até mamíferos. Embora existam pesquisas que examinam o impacto do vínculo na perspectiva dos pais, pouco se sabe sobre como ele ocorre nos bebês ou sobre seu impacto neurológico.
Nas rãs que O'Connell está estudando, o comportamento de vínculo inclui uma exibição de mendicância por parte dos girinos, o que leva os pais a fornecerem ovos não fertilizados como alimento. Receber essa comida e cuidados leva o girino a ter uma impressão nos pais, o que por sua vez afeta a escolha futura do parceiro do girino: ele preferirá parceiros que se pareçam com o cuidador. O'Connell identificou marcadores neuronais que são enriquecidos em girinos que imploram por comida e descobriu que esses neurônios são análogos aos implicados em uma série de problemas neurológicos relacionados à aprendizagem e ao comportamento social em humanos. A sua investigação irá explorar a arquitetura neuronal envolvida no reconhecimento infantil e na ligação com os cuidadores, bem como a atividade cerebral ao fazer escolhas de parceiros mais tarde na vida, para ver como a atividade neuronal em cada processo está relacionada em condições normais e quando a ligação é interrompida.
Zhaozhu Qiu, Ph.D., Professor Assistente de Fisiologia e Neurociências, Universidade Johns Hopkins, Baltimore, MD
Descobrindo a identidade molecular e a função de novos canais de cloreto no sistema nervoso
Os canais iônicos são os pilares para o cérebro manter sua função normal. Eles controlam o potencial e a excitabilidade da membrana neuronal, bem como a transmissão sináptica e a plasticidade. Eles estão envolvidos em muitos distúrbios neurológicos e psiquiátricos e, portanto, são os principais alvos de drogas. Grande parte da pesquisa tem se concentrado em canais iônicos que conduzem íons carregados positivamente, como sódio, potássio e cálcio. No entanto, a função dos canais iônicos que permitem a passagem do cloreto, o íon com carga negativa mais abundante, permanece pouco compreendida.
Um dos principais desafios é a identidade desconhecida dos genes que codificam alguns dos diversos canais de cloreto. Ao realizar telas genômicas de alto rendimento, o Dr. Qiu e sua equipe de pesquisa identificaram duas novas famílias de canais de cloreto, ativados pelo aumento do volume celular e pelo pH ácido, respectivamente. Usando uma combinação de técnicas eletrofisiológicas, bioquímicas, de imagem e comportamentais, a pesquisa do Dr. Qiu visa investigar a função neurológica desses novos canais iônicos com foco nas interações neurônio-glia, plasticidade sináptica e aprendizado e memória.
Dr. Qiu estenderá esta abordagem a outros misteriosos canais de cloreto no cérebro. Ele também planeja desenvolver novos métodos e ferramentas para medir e manipular a concentração de cloreto em níveis celulares e subcelulares em células vivas e animais, o que atualmente representa um grande obstáculo técnico neste campo. Sua pesquisa fornecerá informações importantes sobre como o cloreto é regulado no sistema nervoso. Pode levar a novas terapêuticas para doenças neurológicas associadas à desregulação do cloreto.
Maria Antonieta Tosches, Ph.D., Professor Assistente, Columbia University, Nova York, NY
A evolução dos módulos genéticos e motivos de circuito para inibição cortical
Pode ser tentador ver o cérebro como um feito de engenharia, idealmente concebido para executar as suas funções complexas. Na realidade, os cérebros modernos foram moldados por uma longa história evolutiva, onde em qualquer ponto de um desafio evolutivo, os componentes existentes foram reaproveitados, multiplicados e diversificados. Tosches está conduzindo pesquisas para compreender esses processos e descobrir quais sistemas neurais fundamentais foram conservados em animais vertebrados separados por centenas de milhões de anos de evolução.
Para esse fim, o Dr. Tosches está explorando a história evolutiva dos neurônios GABAérgicos, que desempenham um importante papel inibitório no sistema nervoso central dos mamíferos. Suas experiências anteriores descobriram que os neurônios GABAérgicos de répteis e mamíferos são geneticamente semelhantes, indicando que esses tipos de neurônios já existiam em ancestrais vertebrados; eles também compartilham módulos genéticos associados a funções neuronais específicas em ambos os tipos de cérebro. Na nova pesquisa de Tosches, ela determinará se esses mesmos tipos de neurônios são encontrados no cérebro simples das salamandras.
A pesquisa envolve o sequenciamento de dezenas de milhares de células individuais dessas salamandras e a comparação dos tipos de células GABAérgicas encontradas com as de ratos e tartarugas, para construir uma taxonomia unificada desses neurônios em tetrápodes. O próximo passo é comparar seus módulos genéticos para compreender os mecanismos genéticos que deram origem aos subtipos de neurônios GABAérgicos. Em um segundo objetivo, Tosches e sua equipe registrarão a atividade dos neurônios GABAérgicos da salamandra com imagens in vivo durante experimentos comportamentais, rastreando a atividade desses neurônios quando apresentados a estímulos. Este trabalho irá introduzir um modelo animal completamente novo para a neurociência de circuitos, aumentando a nossa compreensão de como o cérebro funciona a um nível fundamental.
Daniel Wacker, Ph.D., Professor assistente, Icahn School of Medicine no Mount Sinai, Nova York, NY
Acelerando a descoberta de medicamentos para distúrbios cognitivos por meio de estudos estruturais de um receptor de serotonina
Descobrir medicamentos para tratar distúrbios neurológicos e cognitivos é um processo complexo e demorado. Muitos medicamentos têm como alvo os receptores de dopamina que estão ligados ao vício, e alguns medicamentos são imprecisos e criam efeitos colaterais potencialmente perigosos. Além disso, alguns distúrbios (o Alzheimer é um exemplo proeminente) não têm nenhum tratamento medicamentoso. Wacker propõe uma nova abordagem para a descoberta de medicamentos que se concentra em um receptor específico de serotonina (que não apresenta os mesmos riscos que a ativação do sistema dopaminérgico), mapeando cuidadosamente a estrutura desse receptor em escala molecular e buscando compostos que irão ligam-se a esse receptor de uma maneira específica.
O receptor, conhecido como 5-HT7R, foi descoberto em meados da década de 1990 e é um dos 12 receptores de serotonina conhecidos. Foi identificado como um alvo promissor para terapias para distúrbios cognitivos, mas pouco se sabe sobre ele. Dr. Wacker propõe realizar um estudo estrutural do receptor usando cristalografia de raios X em amostras purificadas do receptor. Ele examinará como as drogas se ligam ao receptor e introduzem mutações na estrutura para ver como isso afeta a ligação e a interação. O objetivo é encontrar compostos que ativem apenas esse receptor de uma maneira específica.
Para encontrar esses possíveis medicamentos, a equipe de Wacker realizará então uma pesquisa computadorizada de centenas de milhões de compostos, comparando sua estrutura 3D com o modelo 3D do receptor para aqueles com maior probabilidade de “se encaixarem”. Os principais candidatos serão inspecionados mais de perto e alguns candidatos especialmente promissores serão testados em laboratório. Comparado com um processo tradicional de ensaios de medicamentos, que pode levar anos, até décadas, este processo informatizado oferece a oportunidade de pré-selecionar medicamentos essencialmente com base na sua estrutura e acelerar o seu desenvolvimento.
