Prêmio Acadêmico McKnight de 2024

O Conselho de Administração do McKnight Endowment Fund for Neuroscience tem o prazer de anunciar que selecionou dez neurocientistas para receber o Prêmio McKnight Scholar 2024.

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. Desde que o prémio foi introduzido em 1977, este prestigiado prémio para início de carreira financiou 281 investigadores inovadores e estimulou centenas de descobertas inovadoras.

“O MEFN tem o prazer de anunciar os novos acadêmicos deste ano, que estão abordando questões de ponta em neurociência, que vão desde as impressões digitais moleculares que o envelhecimento deixa no cérebro, até a base biológica das memórias intergeracionais e os princípios que permitem a evolução neuronal em todo o cérebro. redes para permitir navegação, sobrevivência, hibernação e sociabilidade”, disse Richard Mooney, PhD, presidente do comitê de premiação e professor de neurobiologia George Barth Geller na Faculdade de Medicina da Universidade Duke. “O profundo compromisso da Fundação McKnight com a pesquisa fundamental em neurociência permitiu que o comitê de seleção reconhecesse um número maior de investigadores em início de carreira em uma gama mais ampla de instituições do que nunca.”

Cada um dos seguintes ganhadores do McKnight Scholar Award receberá $75.000 por ano durante três anos. Eles são:

Houve 53 candidatos para o McKnight Scholar Awards deste ano, representando os melhores jovens professores de neurociências do país. O corpo docente é elegível para o prêmio durante os primeiros quatro anos em um cargo de docente em tempo integral. Além de Mooney, o comitê de seleção do Scholar Awards incluiu Gordon Fishell, Ph.D., Universidade de Harvard; Mark Goldman, Ph.D., Universidade da Califórnia, Davis; Yishi Jin, Ph.D., Universidade da Califórnia em San Diego; Jennifer Raymond, Ph.D., Universidade de Stanford; Vanessa Ruta, Ph.D., Universidade Rockefeller; e Marlene Cohen, Ph.D., Universidade de Chicago.

As inscrições para os prêmios de 2025 serão aceitas a partir de 12 de agosto de 2024. Para obter mais informações sobre os programas de prêmios de neurociências da McKnight, visite site do Fundo de Doação.

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 é 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. Além dos Scholar Awards, o Endowment Fund concede doações a cientistas que trabalham para aplicar o conhecimento obtido por meio de pesquisas translacionais e clínicas em distúrbios cerebrais humanos por meio do McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards.

Prêmio Acadêmico McKnight de 2024

Annegret Falkner, Ph.D.., Professor Assistente, Instituto de Neurociências de Princeton, Universidade de Princeton, Princeton, NJ

Neuroendocrinologia Computacional: Vinculando a Transcrição Mediada por Hormônios ao Comportamento Complexo por meio da Dinâmica Neural

Os hormônios gonadais – estrogênio e testosterona estão entre os mais conhecidos – são importantes para os mamíferos de várias maneiras. Eles modulam estados internos, comportamento e fisiologia. Os humanos podem ajustar seu perfil hormonal por vários motivos, desde o tratamento de doenças até a construção muscular, passando por cuidados de afirmação de gênero e controle de natalidade. Mas embora muito tenha sido estudado sobre como esses hormônios afetam o corpo, menos compreendido é como eles alteram a dinâmica neural.

Em sua pesquisa, a Dra. Annegret Falkner e seu laboratório investigarão como os hormônios alteram as redes neurais e, assim, afetam o comportamento em períodos de tempo curtos e longos. Usando um modelo de rato, o laboratório do Dr. Falkner explorará os efeitos dos hormônios em vários níveis. Usando novos métodos de quantificação comportamental, ela observará e registrará comportamentos de todos os tipos em animais que se comportam livremente durante uma mudança de estado hormonal. Esta análise imparcial revelará princípios generalizados de como os hormônios controlam o comportamento. Numa segunda série de experiências, a equipa irá mapear a dinâmica neural de redes sensíveis a hormonas através de uma mudança no estado hormonal, usando imagens de cálcio em todo o cérebro num animal que interage livremente socialmente, vendo como as mudanças na forma como estas redes respondem e comunicam predizem mudanças em comportamento. Finalmente, o laboratório do Dr. Falkner usará imagens hormonais ópticas específicas do local para observar onde e quando a transcrição mediada por receptor de estrogênio ocorre dentro desta rede – uma janela sobre como os hormônios são capazes de atualizar a comunicação da rede, e que ajudará os pesquisadores a entender o maneiras profundas pelas quais os hormônios afetam o cérebro e o comportamento.

Andrea Gomez, Ph.D., Professor Assistente, Neurobiologia, Universidade da Califórnia, Berkeley, CA

A base molecular da plasticidade induzida por psicodélicos

O cérebro possui a capacidade de mudar a si mesmo, uma característica descrita como “plasticidade”. Os cérebros humanos, por exemplo, apresentam plasticidade de diferentes maneiras em diferentes momentos das suas vidas; por outro lado, alguns distúrbios neurológicos estão ligados à incapacidade de mudar, limitando a capacidade de se mover, aprender, lembrar ou recuperar-se de um trauma. Andrea Gomez pretende aprender mais sobre a plasticidade cerebral usando psicodélicos como ferramenta, reabrindo janelas de plasticidade no cérebro adulto usando a psilocibina psicodélica em um modelo de camundongo. Isto não só pode ajudar-nos a aprender mais sobre como o cérebro funciona, mas também pode ajudar no desenvolvimento de terapêuticas de próxima geração.

Os psicodélicos têm efeitos estruturais duradouros nos neurônios, como aumento do crescimento do processo neuronal e formação de sinapses. Uma dose única pode ter efeitos que duram meses. Em sua pesquisa, a Dra. Gomez e sua equipe usarão psicodélicos para identificar classes de RNA que promovem a plasticidade neural no córtex pré-frontal – uma região do cérebro envolvida na percepção e na cognição social. O laboratório de Gomez avaliará como os psicodélicos mudam a forma como o RNA é processado, estabelecerá a ligação entre as alterações do RNA induzidas pela psilocibina e a plasticidade em camundongos, medida pela atividade sináptica, e observará o efeito da plasticidade induzida pelos psicodélicos na interação social. Dr. Gomez espera que esta pesquisa possa fornecer informações biológicas sobre a plasticidade da percepção e abrir novos caminhos de investigação sobre como esses compostos poderosos podem ajudar as pessoas.

Sinisa Hrvatin, Ph.D.., Professor Assistente de Biologia, Instituto Whitehead de Pesquisa Biomédica, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Cambridge, MA

Anatomia Molecular dos Circuitos de Hibernação

A maioria das pessoas entende o conceito de hibernação, mas relativamente poucas pensam em como isso é notável. Os mamíferos que evoluíram especificamente para manter uma temperatura corporal constante “desligam” abruptamente essa característica, alteram o seu metabolismo e alteram o seu comportamento durante meses seguidos. Embora os factos da hibernação sejam bem compreendidos, a forma como os animais iniciam e mantêm esse estado não é bem compreendida, nem como esta capacidade surgiu. Será que evoluiu simultaneamente em múltiplos animais distintos confrontados com ambientes adversos? Ou o circuito para hibernar é amplamente conservado em mamíferos, mas apenas ativado em alguns?

Dr. Sinisa Hrvatin propõe aprofundar as populações neuronais e circuitos envolvidos na hibernação. O trabalho anterior de seu laboratório foi capaz de identificar neurônios que regulam o torpor (um estado superficial que tem pontos em comum com a hibernação) em ratos de laboratório. Usando um modelo menos comum, o hamster sírio, o Dr. Hrvatin obterá novos insights sobre os circuitos neurais de hibernação. Os hamsters sírios podem ser induzidos a hibernar ambientalmente, tornando-os ideais para um experimento de laboratório, mas não há linhas transgênicas disponíveis (como em camundongos), o que o levou a aplicar novas ferramentas virais baseadas em detecção de RNA para atingir populações de células específicas relacionadas a hibernação. Ele documentará neurônios ativos durante a hibernação para identificar circuitos relevantes e examinar se circuitos semelhantes são conservados em outros modelos de hibernação e não hibernação.

Xin Jin, Ph.D.., Professor Assistente, Departamento de Neurociências, The Scripps Research Institution, La Jolla, CA

Neurogenômica in vivo em escala

Ao estudar a função genética nos neurônios, os pesquisadores muitas vezes precisam escolher entre escala e resolução. Uma triagem genômica ampla pode mostrar quais genes estão presentes de forma agregada, ou o sequenciamento transcriptômico pode permitir que os pesquisadores estudem algumas funções genéticas específicas em células específicas. Mas para o Dr. Xin Jin, o poder do genoma é mais plenamente compreendido quando as ferramentas permitem aos investigadores estudar um grande número de genes no cérebro e ver onde estão presentes e onde se cruzam em regiões específicas do cérebro.

O laboratório do Dr. Jin desenvolveu novas tecnologias massivamente paralelas na Vivo abordagens de sequenciamento para ampliar a investigação de um grande número de variantes genéticas e mapear sua presença em cérebros inteiros e intactos. A capacidade de traçar o perfil de mais de 30.000 células de uma só vez permite à equipe estudar centenas de genes em centenas de tipos de células e obter uma leitura em questão de dois dias, em vez de semanas. Eles realizarão pesquisas em órgãos inteiros, demonstrando a capacidade não apenas de identificar quais células incluem variantes específicas, mas também de identificar seu contexto dentro do cérebro: onde estão localizadas e como estão conectadas. Eles também aplicarão essa abordagem para estudar genes de risco de doenças e ver como eles são distribuídos pelo cérebro, o que deverá fornecer informações sobre como a patologia ocorre. Embora o estudo se concentre no cérebro, a abordagem deve ser aplicável ao estudo de outras condições ligadas a um grande número de genes de risco.

Ann Kennedy, Ph.D., Professor Assistente, Departamento de Neurociências, Northwestern University, Chicago, IL

Dinâmica da População Neural Mediando o Equilíbrio das Necessidades de Sobrevivência Concorrentes

Para sobreviver, os animais desenvolveram uma ampla gama de comportamentos inatos, como alimentação, acasalamento, agressão e respostas ao medo, cada um composto por uma coleção de outros comportamentos específicos. Nos últimos anos, os pesquisadores conseguiram registrar a atividade neural em modelos de camundongos enquanto eles estavam envolvidos nesse tipo de comportamento. Mas no mundo real, os animais muitas vezes têm de pesar e decidir entre vários cursos de ação urgentes. Se um animal está ferido e com fome, qual resposta vence? E como é que o cérebro toma a sua decisão?

Dra. Ann Kennedy está empenhada no desenvolvimento de modelos computacionais teóricos que ajudarão a avançar nossa compreensão de como decisões importantes como essas são tomadas. Observando a atividade neural no hipotálamo de camundongos envolvidos em comportamentos agressivos, a Dra. Kennedy e sua equipe desenvolverão modelos de redes neurais que capturam a escalabilidade e a persistência de

estados motivacionais agressivos, ao mesmo tempo que fornece um mecanismo de negociação entre vários estados motivacionais concorrentes no comportamento do animal. A equipe usará seus modelos para perguntar como o cérebro implementa essa compensação, por exemplo, alterando a percepção sensorial ou suprimindo a produção motora. A partir deste trabalho, o laboratório do Dr. Kennedy irá avançar na nossa compreensão da forma como o nosso cérebro funciona e como a estrutura construída no cérebro ajuda os animais a sobreviver em ambientes complexos.

Sung Soo Kim, Ph.D.., Professor Assistente de Biologia Molecular, Celular e do Desenvolvimento, Universidade da Califórnia-Santa Bárbara, Santa Bárbara, CA

Representação Neural do Mundo Durante a Navegação

Qualquer pessoa que já teve que navegar por uma sala conhecida, mas escura, entende o quão valioso é que nossos cérebros possam navegar pelo ambiente circundante usando uma variedade de informações, por dentro e por fora, incluindo cores, formas e uma sensação de movimento próprio. Trabalhando com um modelo de mosca da fruta e um aparato experimental novo e inovador, o Dr. Sung Soo Kim e sua equipe investigarão o que está acontecendo no cérebro quando um animal está navegando – quais informações são coletadas, como são processadas e como isso se traduz ao movimento.

Dr. Kim trabalha com a mosca da fruta porque todo o conjunto de neurônios que computa um senso de direção pode ser observado e perturbado. Sua pesquisa investigará como múltiplas entradas sensoriais são transformadas em um senso de direção e como os contextos comportamentais (desde estados internos como a excitação até o próprio movimento da mosca) afetam o processamento de direção. A chave para esta pesquisa é uma nova arena de realidade virtual que a equipe do Dr. Kim está construindo: a mosca está em uma montagem giratória, o que significa que pode girar à vontade; as paredes são telas de alta resolução que fornecem dicas visuais; pequenos tubos de fluxo de ar simulam movimento e vento; e um microscópio muito grande acima da cabeça significa que todo o cérebro da mosca pode ser visualizado mesmo enquanto ela gira. Ao ativar e silenciar certas populações neuronais, o Dr. Kim será capaz de conduzir pesquisas que analisam o papel combinado da percepção, cognição e controle motor, três subcampos da neurociência de sistemas que raramente estão conectados em um único programa de pesquisa.

Bianca Jones Marlin, Ph.D.., Professor assistente de psicologia e neurociência, Columbia University e Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Nova York, NY

Mecanismos moleculares de memória intergeracional

A memória de uma experiência estressante pode ser herdada pela próxima geração? Pesquisas recentes parecem sugerir que sim, e a Dra. Bianca Jones Marlin e sua equipe estão preparadas para investigar como esse processo pode funcionar em nível molecular – como experiências que induzem medo ou estresse em um modelo de camundongo podem causar mudanças nos próprios neurônios. presente em seu cérebro e como essas alterações podem ser herdadas geneticamente pelos filhos do animal que sofreu o estresse, mesmo que a criança nunca tenha passado pela mesma experiência.

A pesquisa do Dr. Marlin baseia-se na descoberta de que mudanças no ambiente levam à plasticidade cerebral dependente da experiência. Usando o condicionamento do medo olfativo – um cheiro combinado com um leve choque nas patas – a equipe descobriu que os ratos produzirão mais neurônios olfativos que estão sintonizados com o odor utilizado. (Como os neurônios olfativos maduros expressam apenas 1 de 1.000 receptores olfativos possíveis, e os pesquisadores podem identificar quantos neurônios têm receptores para o odor escolhido.) Essa proporção mais alta persiste e é codificada no esperma e transmitida para a próxima geração (mas não as gerações subsequentes.) Para entender como isso funciona, o laboratório do Dr. Marlin irá pesquisar se as próprias moléculas de odor ou simplesmente a ativação de receptores relacionados desencadeiam o processo; como o sinal passa das células maduras para as células-tronco imaturas que se tornarão neurônios olfativos; e qual o papel das vesículas extracelulares nessa transferência de informação. Aprender os cérebros expostos às mudanças traumáticas e como isso impacta as gerações futuras pode não só ajudar os investigadores, mas também, esperançosamente, aumentar a consciência sobre os efeitos profundos e duradouros do trauma nos mamíferos – incluindo os humanos.

Nancy Padilla-Coreano, Ph.D.., Professor Assistente, Departamento de Neurociências, Faculdade de Medicina da Universidade da Flórida, Gainesville, FL

Mecanismos Neurais de Mudanças entre Competição Social e Cooperação

Os animais sociais têm interações muito complexas, muitas vezes mudando da cooperação para a competição num espaço de tempo muito curto. Como é que o cérebro ajuda o animal a navegar nessas situações e o que acontece a nível neurológico para permitir essa mudança entre estados? Nancy Padilla-Coreano pretende compreender as redes neurais envolvidas usando ensaios comportamentais, eletrofisiologia multi-site e análises de aprendizado de máquina para identificar a dinâmica do circuito neural por trás da competência social em modelos de camundongos. As descobertas podem ajudar os pesquisadores a compreender melhor o que está por trás da competência social, que é prejudicada em uma série de distúrbios neuropsiquiátricos.

A equipe do Dr. Padilla-Coreano está utilizando tecnologias inovadoras, como assistência de IA na identificação e rastreamento do comportamento dos animais, e metodologias de pesquisa para identificar os circuitos ativos durante a cooperação e competição. Supondo que sejam circuitos sobrepostos, a equipe irá manipular cada circuito nos mesmos animais e observar como o comportamento muda quando apresentado a determinadas situações. Um segundo objectivo investigará o que está a montante desses circuitos; e um terceiro investigará o papel da dopamina no processo. Em conjunto, a investigação ajudará a revelar como o cérebro ajuda os animais sociais a optimizar e a mudar, ajustando o comportamento social com base no contexto.

Mubarak Hussain Syed, Ph.D.., Professor Assistente, Departamento de Biologia, Universidade do Novo México, Albuquerque, NM

Mecanismos moleculares que regulam a diversidade neural: das células-tronco aos circuitos

Dr. Mubarak Hussain Syed investigará o que determina como neurônios de diferentes tipos surgem de células-tronco neurais (NSCs) e como fatores de desenvolvimento especificam comportamentos adultos. Trabalhando com um modelo de mosca da fruta, o laboratório do Dr. Syed se concentrará em como as NSCs Tipo II produzem tipos de neurônios do complexo central. Pesquisas anteriores mostraram que o momento do nascimento de uma célula descendente de um NSC Tipo II se correlaciona com seu eventual tipo de célula: alguns descendentes da primeira geração tornam-se neurônios de navegação olfativa, enquanto as gerações posteriores tornam-se células que regulam o sono. Acredita-se que moléculas específicas, incluindo proteínas de ligação ao RNA e proteínas induzidas por hormônios esteróides, expressas temporalmente nesses momentos, regulam o destino dos tipos de neurônios.

Através de experimentos de perda e ganho de função direcionados a essas proteínas e vias, a equipe do Dr. Syed aprenderá o mecanismo pelo qual eles mudam o destino dos neurônios e que efeito isso tem sobre os comportamentos. Outras experiências analisarão como os circuitos das regiões cerebrais de ordem superior são formados, levantando a hipótese de que outros tipos de células no circuito surgem de diferentes NSCs em momentos semelhantes. Além disso, como defensor da promoção da educação científica para jovens de grupos sub-representados na área, o Dr. Syed trabalhará através do seu programa chamado Pueblo Brain Science para treinar e orientar a próxima geração de diversos neurocientistas enquanto conduz a sua investigação.

Longzhi Tan, Ph.D.., Professor Assistente de Neurobiologia, Universidade de Stanford, Stanford, CA

Como a arquitetura do genoma 3D molda o desenvolvimento e o envelhecimento do cérebro?

Colocar os 6 mil milhões de pares de bases de ADN num pequeno núcleo celular é mais do que um impressionante trabalho de empacotamento – é uma chave para o funcionamento do ADN. Longzhi Tan e sua equipe estão usando um revolucionário “microscópio bioquímico” que pode mostrar a forma 3D das moléculas de DNA dentro de uma célula com uma resolução incomparável aos telescópios ópticos e, no processo, estão descobrindo que o dobramento único pode dizer aos pesquisadores uma grande lidar com uma célula. Na verdade, independentemente de qualquer outra coisa, o Dr. Tan pode dizer de que tipo de célula veio um pedaço de DNA e a idade relativa do animal de onde veio a célula, simplesmente observando a forma do DNA.

O microscópio bioquímico no centro da pesquisa usa ligadura de proximidade em vez de óptica. Ele determina quais pares de bases estão mais próximos um do outro, um após o outro, e pode construir de forma rápida e econômica uma imagem da estrutura 3D do DNA usando apenas essa informação. Parte do projeto envolverá a construção da próxima geração desta ferramenta para que a equipe do Dr. Tan possa localizar em 3D cada molécula de RNA em uma célula cerebral e onde ela está em relação ao DNA dobrado para entender mais sobre como elas interagem. Isto contribuirá para um livro de regras sobre o dobramento do DNA que pode ajudar os pesquisadores a encontrar maneiras de manipular o DNA e compreender como o DNA mal dobrado afeta o desenvolvimento. Uma vez que a dobragem também se degrada com a idade, compreender como isto influencia o envelhecimento pode fornecer informações sobre formas de reverter ou retardar alguns impactos do envelhecimento. Um objetivo final examinará como as mutações e as diferenças de dobramento influenciam as diferenças entre os indivíduos.