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2020 McKnight Scholar Awards

28. Mai 2020

Der Verwaltungsrat des McKnight Endowment Fund for Neuroscience freut sich bekannt zu geben, dass er sechs Neurowissenschaftler ausgewählt hat, um den McKnight Scholar Award 2020 zu erhalten.

Die McKnight Scholar Awards werden an junge Wissenschaftler vergeben, die sich in einem frühen Stadium des Aufbaus eigener unabhängiger Labors und Forschungskarrieren befinden und sich für die Neurowissenschaften engagieren. "Die diesjährigen Wissenschaftler veranschaulichen die Kraft der modernen Neurowissenschaften, die Biologie von Gehirn und Geist aufzuklären", sagt Dr. Kelsey C. Martin, Vorsitzender des Preiskomitees und Dekan der David Geffen School of Medicine an der UCLA. Seit der Einführung des Preises im Jahr 1977 hat dieser prestigeträchtige Preis für die frühe Karriere mehr als 240 innovative Forscher finanziert und Hunderte bahnbrechender Entdeckungen ausgelöst.

„Mithilfe einer Reihe methodischer Ansätze in verschiedenen Modellorganismen treiben die McKnight-Wissenschaftler 2020 die Neurowissenschaften der Darm-Gehirn-Interaktionen und der Eltern-Kind-Bindung voran und entschlüsseln die Berechnungslogik der motorischen Planung im Kleinhirn und die genregulatorische Logik der Hemmung im Kleinhirn Kortex, Identifizierung und Charakterisierung neuartiger Chloridkanäle in Neuronen und Verwendung strukturbasierter Ansätze zur Entwicklung neuer Therapeutika, die auf bestimmte Serotoninrezeptoren abzielen “, sagt Martin. "Im Namen des gesamten Komitees möchte ich allen Bewerbern für die diesjährigen McKnight Scholar Awards für ihr innovatives Stipendium und ihre Beiträge zur Neurowissenschaft danken."

Jeder der folgenden sechs McKnight Scholar Award-Empfänger erhält drei Jahre lang 75.000 USD pro Jahr. Sie sind:

Steven Flavell, Ph.D.
Massachusetts Institute of Technology - Cambridge, MA
Aufklärung grundlegender Mechanismen der Darm-Hirn-Signalübertragung bei C. elegans
Untersuchung, wie Darmbakterien die Gehirnaktivität und das Verhalten beeinflussen.

Nuo Li, Ph.D.
Baylor College of Medicine - Houston, TX
Kleinhirnberechnungen während der Motorplanung
Untersuchung des Prozesses, durch den verschiedene Teile des Gehirns, einschließlich des Kleinhirns, koordiniert werden, um die körperliche Bewegung zu planen.

Lauren O'Connell, Ph.D.
Stanford University - Stanford, CA.
Neuronale Basis elterlicher Engramme im kindlichen Gehirn
Untersuchung, was im Gehirn von Säuglingstieren während der elterlichen Bindung passiert und welche Auswirkungen dieser neuronale Prozess auf zukünftige Entscheidungen und das Wohlbefinden im Erwachsenenalter hat.

Zhaozhu Qiu, Ph.D.
Johns Hopkins Universität - Baltimore, MD
Entdeckung der molekularen Identität und Funktion neuartiger Chloridkanäle im Nervensystem
Erforschung der Gene, die verschiedenen Chloridkanälen zugrunde liegen, und ihrer Rolle bei der Regulierung der neuronalen Erregbarkeit und der synaptischen Plastizität.

Maria Antonietta Tosches, Ph.D.
Columbia Universität - New York, NY
Die Evolution von Genmodulen und Schaltungsmotiven für die kortikale Hemmung
Erforschung der Evolution neuronaler Schaltkreise durch Untersuchung alter Neuronentypen bei Tieren mit einfachem Gehirn, um auf grundlegende Prinzipien der Organisation und Funktion des Gehirns zu schließen.

Daniel Wacker, Ph.D.
Icahn School of Medicine am Berg Sinai - New York, NY
Beschleunigung der Wirkstoffentdeckung bei kognitiven Störungen durch Strukturuntersuchungen eines Serotoninrezeptors
Bestimmen der Struktur eines spezifischen Serotoninrezeptors, der mit der Kognition verbunden ist, und Verwenden dieser Struktur, um Verbindungen zu identifizieren, die auf spezifische Weise an den Rezeptor binden können, um die Entdeckung von Arzneimitteltherapien voranzutreiben.

Es gab 58 Bewerber für die diesjährigen McKnight Scholar Awards, die die beste junge neurowissenschaftliche Fakultät des Landes repräsentierten. Die Fakultät ist nur während ihrer ersten vier Jahre in einer Vollzeit-Fakultätsposition für die Auszeichnung berechtigt. Neben Martin gehörten zum Auswahlkomitee der Scholar Awards Dora Angelaki, Ph.D., New York University; Gordon Fishell, Ph.D., Harvard University; Loren Frank, Ph.D., Universität von Kalifornien, San Francisco; Mark Goldman, Ph.D., Universität von Kalifornien, Davis; Richard Mooney, Ph.D., Medizinische Fakultät der Duke University; Amita Sehgal, Ph.D., Medizinische Fakultät der Universität von Pennsylvania; und Michael Shadlen, MD, Ph.D., Columbia University.

Bewerbungen für die Preise des nächsten Jahres sind im August erhältlich und müssen am 4. Januar 2021 eingereicht werden. Weitere Informationen zu den Neurowissenschaftlichen Preisprogrammen von McKnight finden Sie auf der Website des Endowment Fund unter https://www.mcknight.org/programs/the-mcknight-endowment-fund-for-neuroscience

Über den McKnight-Stiftungsfonds für Neurowissenschaften

Der McKnight Endowment Fund for Neuroscience ist eine unabhängige Organisation, die ausschließlich von der McKnight Foundation in Minneapolis, Minnesota, finanziert wird und von einem Gremium prominenter Neurowissenschaftler aus dem ganzen Land geleitet wird. Die McKnight Foundation unterstützt seit 1977 die neurowissenschaftliche Forschung. Die Stiftung gründete 1986 den Stiftungsfonds, um eine der Absichten des Gründers William L. McKnight (1887-1979) zu verwirklichen. Als einer der ersten Führer der 3M Company hatte er ein persönliches Interesse an Gedächtnis- und Gehirnkrankheiten und wollte, dass ein Teil seines Erbes dazu verwendet wird, Heilmittel zu finden. Der Stiftungsfonds vergibt jedes Jahr drei Arten von Auszeichnungen. Zusätzlich zu den McKnight Scholar Awards sind sie die McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, die Startkapital für die Entwicklung technischer Erfindungen zur Verbesserung der Gehirnforschung bereitstellen. und die McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards für Wissenschaftler, die daran arbeiten, das durch translationale und klinische Forschung gewonnene Wissen auf Erkrankungen des menschlichen Gehirns anzuwenden.

2020 McKnight Scholar Awards

Steven Flavell, Ph.D. Assistenzprofessor am Picower-Institut für Lernen und Gedächtnis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Aufklärung grundlegender Mechanismen der Darm-Hirn-Signalübertragung bei C. elegans

In den letzten Jahren hat das Interesse am Mikrobiom des Darms - der Mischung der im Verdauungstrakt lebenden Bakterien - und seinen Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheit zugenommen. Dr. Flavell wird eine Reihe von Experimenten durchführen, um grundlegende Fragen zu beantworten, wie Darm und Gehirn interagieren, wie das Vorhandensein bestimmter Bakterien Neuronen aktiviert und wie dies das Verhalten eines Tieres beeinflusst. Diese Forschung könnte neue Forschungslinien zum menschlichen Mikrobiom und seinen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Krankheit, einschließlich neurologischer und psychiatrischer Störungen, eröffnen.

Es ist wenig darüber bekannt, wie Darm und Gehirn mechanistisch interagieren - welche Neuronen werden durch die Anwesenheit von Bakterien aktiviert? Was erkennen sie? Welche Signale senden sie und wohin? Und wie verarbeitet das Gehirn diese Signale und wandelt sie in Verhalten um? Dr. Flavells Forschung wird auf Entdeckungen aufbauen, die sein Labor gemacht hat C. elegans Wurm, dessen einfaches und genau definiertes Nervensystem relativ komplexe Verhaltensweisen erzeugen kann, die im Labor leicht untersucht werden können.

Dr. Flavell und sein Team haben einen bestimmten Typ von enterischem Neuron (Neuronen, die den Darm auskleiden) identifiziert, der nur während dieser Zeit aktiv ist C. elegans ernähren sich von Bakterien. Seine Experimente werden die bakteriellen Signale identifizieren, die die Neuronen aktivieren, die Rolle anderer Neuronen bei der Signalübertragung zwischen Darm und Gehirn untersuchen und untersuchen, wie das Feedback des Gehirns den Nachweis von Darmbakterien beeinflusst. Zum Beispiel die enterischen Neuronen von C. elegans Signal an das Gehirn, wenn sie Bakterien erkennen, so dass der Wurm langsamer werden und Futter aufnehmen kann. Die Experimente werden die Nuancen dieses Prozesses identifizieren, z. B. wie sich Signalübertragung und Verhalten ändern, wenn der Wurm voll ist oder auf verschiedene Arten von Bakterien trifft, und was passiert, wenn die Aktivität der enterischen Neuronen gestört wird. Das Verständnis dieser Kernprozesse kann künftigen Forschungen helfen, herauszufinden, wie Darmbakterien beim Menschen mit komplexen Verhaltens- und neurologischen Zuständen verbunden sind.

Nuo Li, Ph.D., Assistenzprofessor für Neurowissenschaften, Baylor College of Medicine, Houston, TX

Kleinhirnberechnungen während der Motorplanung

Timing ist alles, wenn es darum geht, Muskeln auf geplante Weise zu bewegen. Dr. Lis Forschung verwendet ein Mausmodell, um detaillierter als in früheren Studien zu untersuchen, was das Gehirn in der Zeit zwischen dem Plan und der Bewegung tut. Die alte, vereinfachte Ansicht des Gehirns diente dazu, sich die frontale Kortikalis vorzustellen, in der das Denken als Kontrollzentrum stattfindet, und das Kleinhirn, einen alten Teil des Gehirns, als Werkzeug, um Signale an die Muskeln zu senden. Diese Sichtweise ist nuancierter geworden, und Forscher postulieren, dass mehrere Teile des Gehirns am Denken und Planen beteiligt sind.

Dr. Lis Labor hat gezeigt, dass der vordere laterale motorische Kortex (ALM, ein bestimmter Teil des frontalen Kortex der Maus) und das Kleinhirn in einer Schleife eingeschlossen sind, während die Maus eine Aktion plant. Noch unbekannt ist genau, welche Informationen hin und her weitergegeben werden, aber sie unterscheiden sich von dem Signal, das die Muskeln tatsächlich antreibt. Wenn die Verbindung während der Planung auch nur für einen Moment unterbrochen wird, wird die Bewegung falsch ausgeführt. Andererseits kann das Gehirn diese Zeit auch nutzen, um Feedback in eine verbesserte Planung für eine nachfolgende Bewegung umzuwandeln, wie sich ein Basketballspieler nach dem Beobachten eines Fehlschlags anpasst.

Dr. Lis Experimente werden die Rolle des Kleinhirns bei der motorischen Planung aufdecken und die anatomischen Strukturen definieren, die es und das ALM verbinden. Er wird die Kleinhirnrinde kartieren und herausfinden, welche Populationen eines speziellen Zelltyps, der bei der Kleinhirnberechnung verwendet wird, Purkinje-Zellen genannt, vom ALM in der Motorplanung aktiviert werden und welche Signale sie während der Planung hin und her senden. Ein zweites Ziel wird untersuchen, an welcher Art von Berechnung das Kleinhirn beteiligt ist. Das Experiment verwendet Mäuse, die darauf trainiert sind, einige Zeit nach Beobachtung eines Signals eine bestimmte Aktion auszuführen. Indem Li beobachtet, welche Teile des Gehirns während dieser vorausschauenden Zeit aktiviert werden, in der sich das Tier nicht bewegt, sondern sich auf die Bewegung vorbereitet, und dann diesen Prozess stört, lernt Li mehr über diese hoch entwickelten, grundlegenden Gehirnprozesse.

Lauren O'Connell, Ph.D., Assistenzprofessor für Biologie, Stanford University, Stanford, CA.

Neuronale Basis elterlicher Engramme im kindlichen Gehirn

Die Bindung zwischen Eltern und Kind ist entscheidend für das Wohlergehen ganzer Gemeinschaften, sowohl bei Menschen als auch bei Tieren. Es unterstützt nicht nur die körperliche Gesundheit, sondern wirkt sich auch auf das Verhalten und die Entscheidungen von Personen im Erwachsenenalter aus. Dr. O'Connells Arbeit wird dazu beitragen, herauszufinden, wie Erinnerungen im Säuglingsalter als Teil des Bindungsprozesses gebildet werden, diese Gedächtnisabdrücke verfolgen, um festzustellen, wie sie sich auf zukünftige Entscheidungen auswirken, und die neurologischen Auswirkungen einer gestörten Bindung untersuchen.

Dieses Projekt verwendet ein Giftfroschmodell, das aufgrund seines Eltern-Kind-Bindungsverhaltens ausgewählt wurde, das bei der Versorgung der Eltern mit Nahrungsmitteln beobachtet wurde. Ein zusätzlicher Vorteil des Giftfroschmodells ist die Physiologie des Frosches, die eine klare Beobachtung des neuronalen Verhaltens ermöglicht. Das Bindungsverhalten ist uralt und tritt in Gehirnregionen auf, die von Amphibien bis zu Säugetieren relativ konserviert wurden. Während die Auswirkungen der Bindung aus elterlicher Sicht untersucht wurden, ist wenig darüber bekannt, wie sie bei Säuglingen auftritt oder welche neurologischen Auswirkungen sie haben.

In den Fröschen, die O'Connell untersucht, umfasst das Bindungsverhalten eine Bettelei der Kaulquappen, die die Eltern dazu veranlasst, unbefruchtete Eier für Lebensmittel bereitzustellen. Wenn die Kaulquappe diese Nahrung und Pflege erhält, prägt sie die Eltern ein, was sich wiederum auf die zukünftige Partnerwahl der Kaulquappe auswirkt: Sie bevorzugt Partner, die wie die Pflegekraft aussehen. O'Connell hat neuronale Marker identifiziert, die mit Kaulquappen angereichert sind, die um Nahrung betteln, und festgestellt, dass diese Neuronen analog zu denen sind, die an einer Reihe von neurologischen Problemen im Zusammenhang mit Lernen und sozialem Verhalten beim Menschen beteiligt sind. Ihre Forschung wird die neuronale Architektur untersuchen, die an der Erkennung und Bindung von Säuglingen mit Betreuern beteiligt ist, sowie die Gehirnaktivität, wenn später im Leben Partnerentscheidungen getroffen werden, um herauszufinden, wie die neuronale Aktivität in jedem Prozess unter normalen Bedingungen zusammenhängt und wenn die Bindung unterbrochen wird.

Zhaozhu Qiu, Ph.D., Assistenzprofessor für Physiologie und Neurowissenschaften, Johns Hopkins University, Baltimore, MD

Entdeckung der molekularen Identität und Funktion neuartiger Chloridkanäle im Nervensystem

Ionenkanäle sind die Eckpfeiler für das Gehirn, um seine normale Funktion aufrechtzuerhalten. Sie steuern das Potential und die Erregbarkeit der neuronalen Membran sowie die synaptische Übertragung und Plastizität. Sie sind an vielen neurologischen und psychiatrischen Störungen beteiligt und daher wichtige Arzneimittelziele. Ein Großteil der Forschung konzentrierte sich auf Ionenkanäle, die positiv geladene Ionen wie Natrium, Kalium und Calcium leiten. Die Funktion von Ionenkanälen, die den Durchgang von Chlorid, dem am häufigsten vorkommenden negativ geladenen Ion, ermöglichen, ist jedoch nach wie vor wenig bekannt.

Eine der größten Herausforderungen ist die unbekannte Identität der Gene, die für einige der verschiedenen Chloridkanäle kodieren. Durch die Durchführung von Genomics-Screenings mit hohem Durchsatz haben Dr. Qiu und sein Forschungsteam zwei neue Familien von Chloridkanälen identifiziert, die durch Erhöhung des Zellvolumens bzw. durch sauren pH-Wert aktiviert werden. Mit einer Kombination aus elektrophysiologischen, biochemischen, bildgebenden und Verhaltenstechniken soll Dr. Qius Forschung die neurologische Funktion dieser neuen Ionenkanäle untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Neuron-Glia-Wechselwirkungen, synaptischer Plastizität sowie Lernen und Gedächtnis liegt.

Dr. Qiu wird diesen Ansatz auf andere mysteriöse Chloridkanäle im Gehirn ausweiten. Er plant auch die Entwicklung neuer Methoden und Werkzeuge zur Messung und Manipulation der Chloridkonzentration auf zellulärer und subzellulärer Ebene in lebenden Zellen und Tieren, was derzeit eine große technische Hürde auf diesem Gebiet darstellt. Seine Forschung wird wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie Chlorid im Nervensystem reguliert wird. Es kann zu neuartigen Therapeutika für neurologische Erkrankungen führen, die mit einer Chloriddysregulation verbunden sind.

Maria Antonietta Tosches, Ph.D., Assistenzprofessor an der Columbia University, New York, NY

Die Evolution von Genmodulen und Schaltungsmotiven für die kortikale Hemmung

Es kann verlockend sein, das Gehirn als eine technische Leistung zu betrachten, die optimal darauf ausgelegt ist, seine komplexen Funktionen auszuführen. In Wirklichkeit war das moderne Gehirn von einer langen Evolutionsgeschichte geprägt, in der zu jedem Zeitpunkt einer evolutionären Herausforderung vorhandene Komponenten neu verwendet, multipliziert und diversifiziert wurden. Dr. Tosches forscht, um diese Prozesse zu verstehen und herauszufinden, welche grundlegenden neuronalen Systeme bei Wirbeltieren erhalten geblieben sind, die durch Hunderte von Millionen Jahren Evolution voneinander getrennt sind.

Zu diesem Zweck untersucht Dr. Tosches die Evolutionsgeschichte von GABAergen Neuronen, die eine wichtige hemmende Rolle im Zentralnervensystem von Säugetieren spielen. Ihre früheren Experimente haben gezeigt, dass die GABAergen Neuronen von Reptilien und Säugetieren genetisch ähnlich sind, was darauf hinweist, dass diese Neuronentypen bereits bei Vorfahren von Wirbeltieren existierten; Sie teilen auch Genmodule, die mit spezifischen neuronalen Funktionen in beiden Gehirntypen assoziiert sind. In Tosches 'neuer Forschung wird sie feststellen, ob dieselben Neuronentypen im einfachen Gehirn von Salamandern gefunden werden.

Die Forschung umfasst die Sequenzierung von Zehntausenden einzelner Zellen aus diesen Salamandern und den Vergleich der GABAergen Zelltypen mit denen in Mäusen und Schildkröten, um eine einheitliche Taxonomie dieser Neuronen in Tetrapoden aufzubauen. Der nächste Schritt besteht darin, ihre Genmodule zu vergleichen, um die genetischen Mechanismen zu verstehen, die zu GABAergen Neuronensubtypen geführt haben. In einem zweiten Ziel werden Tosches und ihr Team die Aktivität von Salamander-GABAergen Neuronen mit In-vivo-Bildgebung während Verhaltensexperimenten aufzeichnen und die Aktivität dieser Neuronen verfolgen, wenn sie mit Stimuli präsentiert werden. Diese Arbeit wird ein völlig neues Tiermodell für die Schaltungsneurowissenschaften einführen und unser Verständnis der Funktionsweise des Gehirns auf einer fundamentalen Ebene erweitern.

Daniel Wacker, Ph.D., Assistenzprofessor an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai, New York, NY

Beschleunigung der Wirkstoffentdeckung bei kognitiven Störungen durch Strukturuntersuchungen eines Serotoninrezeptors

Die Entdeckung von Medikamenten zur Behandlung neurologischer und kognitiver Störungen ist ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess. Viele Medikamente zielen auf Dopaminrezeptoren ab, die mit Sucht verbunden sind, und einige Medikamente sind ungenau und verursachen potenziell gefährliche Nebenwirkungen. Darüber hinaus haben einige Erkrankungen (Alzheimer ist ein prominentes Beispiel) überhaupt keine medikamentösen Behandlungen. Dr. Wacker schlägt einen neuartigen Ansatz zur Wirkstoffentdeckung vor, der sich auf einen bestimmten Serotoninrezeptor konzentriert (der nicht die gleichen Risiken birgt wie die Aktivierung des Dopaminsystems), die Struktur dieses Rezeptors auf molekularer Ebene sorgfältig kartiert und nach Verbindungen sucht, die dies tun binden auf spezifische Weise an diesen Rezeptor.

Der Rezeptor, bekannt als 5-HT7R wurde Mitte der 90er Jahre entdeckt und ist einer von 12 bekannten Serotoninrezeptoren. Es wurde als vielversprechendes Ziel für Therapien für kognitive Störungen identifiziert, aber es ist wenig darüber bekannt. Dr. Wacker schlägt vor, eine Strukturuntersuchung des Rezeptors mittels Röntgenkristallographie an gereinigten Proben des Rezeptors durchzuführen. Er wird untersuchen, wie Medikamente an den Rezeptor binden und Mutationen in die Struktur einführen, um zu sehen, wie sich dies auf die Bindung und Interaktion auswirkt. Ziel ist es, Verbindungen zu finden, die nur diesen einen Rezeptor auf bestimmte Weise aktivieren.

Um diese möglichen Medikamente zu finden, wird das Team von Wacker eine computergestützte Suche von Hunderten Millionen Verbindungen durchführen und deren 3D-Struktur mit dem 3D-Modell des Rezeptors vergleichen, um diejenigen zu ermitteln, die am wahrscheinlichsten „passen“. Die besten Aussichten werden genauer untersucht, und einige besonders vielversprechende Kandidaten werden im Labor getestet. Verglichen mit einem traditionellen Prozess von Arzneimittelstudien, der Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern kann, bietet dieser computergestützte Prozess die Möglichkeit, Arzneimittel im Wesentlichen anhand ihrer Struktur vorab zu untersuchen und ihre Entwicklung zu beschleunigen.

Thema: Der McKnight-Stiftungsfonds für Neurowissenschaften, Stipendien

Mai 2020

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