13. Dezember 2021
Der McKnight Endowment Fund for Neuroscience hat vier Projekte ausgewählt, die die 2022 Neurobiology of Brain Disorders Awards erhalten. Die Auszeichnungen belaufen sich auf insgesamt $1,2 Millionen über einen Zeitraum von drei Jahren für die Forschung zur Biologie von Hirnerkrankungen, wobei jedes Projekt zwischen 2022 und 2025 $300.000 erhält.
Die NBD-Preise (Neurobiology of Brain Disorders) unterstützen innovative Forschungen von US-Wissenschaftlern, die sich mit neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen befassen. Die Auszeichnungen fördern die Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschung und klinischer Neurowissenschaft, um Laborentdeckungen über das Gehirn und das Nervensystem in Diagnosen und Therapien zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit umzusetzen.
„Es ist aufregend, die Gelegenheit zu haben, einige der führenden Neurowissenschaftler des Landes auszuwählen und ihre bahnbrechende Forschung zu unterstützen“, sagte Ming Guo, MD, Ph.D., Vorsitzender des Preiskomitees der Neurobiologie der Hirnerkrankungen, Professor für Neurologie & Pharmakologie an der UCLA David Geffen School of Medicine und Direktor des Alterungszentrums an der UCLA. „Die diesjährigen Preisträger forschen an Krankheiten und Zuständen, die Millionen von Patienten betreffen. Ihre Arbeit konzentriert sich auf Atmungsprobleme und Gehirnkreislauf, Drogenabhängigkeit, die Darm-Hirn-Interaktionen, die Anorexie zugrunde liegen, sowie hedonisches Essverhalten und Fettleibigkeit. Durch das Verständnis der Neurobiologie von Krankheiten öffnen wir die Tür zu neuen Wegen zur Vorbeugung und Behandlung dieser Hirnerkrankungen.“
Die Auszeichnungen sind von den Interessen von William L. McKnight inspiriert, der 1953 die McKnight Foundation gründete und die Erforschung von Hirnerkrankungen unterstützen wollte. Seine Tochter Virginia McKnight Binger und der Vorstand der McKnight Foundation richteten 1977 zu seinen Ehren das McKnight-Programm für Neurowissenschaften ein.
Jedes Jahr werden mehrere Preise vergeben. Die diesjährigen vier Preisträger sind:
- Lisa Beutler, MD, Ph.D., Assistant Professor of Medicine in Endocrinology, Feinberg School of Medicine, Northwestern University, Chicago, IL
Untersuchung der Darm-Hirn-Dynamik, die Anorexie zugrunde liegt: Dr. Beutler versucht, die bei entzündungsbedingter Anorexie betroffenen neuralen Schaltkreise des Darm-Gehirns zu dokumentieren, zu identifizieren, was die Unterbrechung dieser Schaltkreise verursacht, und neurale Substrate zu entdecken, die helfen können, die Erkrankung zu überwinden. - Jeremy Day, Ph.D., Associate Professor, Department of Neurobiology, Heersink School of Medicine, University of Alabama – Birmingham; und Ian Maze, Ph.D., Professor – Abteilungen für Neurowissenschaften und Pharmakologische Wissenschaften, Direktor – Center for Neural Epigenome Engineering, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York City
Nutzung der Einzelzell-Epigenomik zur gezielten Manipulation von wirkstoffaktivierten Ensembles: Dr. Day und Maze erforschen die epigenetischen Grundlagen der Sucht, identifizieren neuronale Ensembles, die durch Drogenexposition entführt wurden, und bereiten so Personen für einen Rückfall vor. - Stephan Lammel, Ph.D., außerordentlicher Professor für Neurobiologie, University of California – Berkeley
Neurotensin-vermittelte Regulation von hedonischem Essverhalten und Adipositas: Die Arbeit von Dr. Lammel konzentriert sich auf die neuronalen Prozesse und Gehirnregionen, die an übermäßigem Fressverhalten in Gegenwart von kalorienreicher Nahrung beteiligt sind, und deren Regulation. - Lindsay Schwarz, Ph.D., Assistenzprofessorin für Entwicklungsneurobiologie, St. Jude Children's Research Hospital, Memphis, TN
Gehirnschaltkreise identifizieren, die Atmung und kognitiven Zustand verbinden: Dr. Schwarz will identifizieren, welche atembezogenen Neuronen selektiv durch physiologische und kognitive Hinweise aktiviert werden, und die Gehirnregionen kartieren, mit denen sie verbunden sind.
Mit 106 eingegangenen Absichtserklärungen in diesem Jahr sind die Auszeichnungen hart umkämpft. Ein Komitee angesehener Wissenschaftler prüft die Briefe und lädt einige ausgewählte Forscher ein, vollständige Vorschläge einzureichen. Neben Dr. Guo gehören dem Komitee Sue Ackerman, Ph.D., University of California, San Diego; Susanne Ahmari, MD, Ph.D., Medizinische Fakultät der Universität Pittsburgh; Robert Edwards, MD, Universität von Kalifornien, San Francisco; Andre´ Fenton, Ph.D., New York University; Tom Lloyd, MD, Ph.D., Johns Hopkins Medical School; und Harry Orr, Ph.D., University of MN.
Aktualisierung der Auszeichnungen 2023: Der Einreichungs- und Auswahlplan für die Neurobiology of Brain Disorders Awards ändert sich. Die Frist für Absichtserklärungen für die Auszeichnungen 2023 wird Mitte 2022 bekannt gegeben.
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 die neurowissenschaftliche Forschung seit 1977. Die Stiftung gründete 1986 den Stiftungsfonds, um eine der Absichten des Gründers William L. McKnight (1887–1978), eines der ersten Führungskräfte der 3M Company, umzusetzen.
Der Stiftungsfonds vergibt jedes Jahr drei Arten von Auszeichnungen. Zusätzlich zu den Neurobiology of Brain Disorders Awards sind sie die McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, die Startkapital für die Entwicklung technischer Erfindungen zur Förderung der Gehirnforschung bereitstellen. und die McKnight Scholar Awards, die Neurowissenschaftler in den frühen Stadien ihrer Forschungskarriere unterstützen.
Bios
Lisa Beutler, MD, Ph.D., Assistant Professor of Medicine in Endocrinology, Feinberg School of Medicine, Northwestern University, Chicago, IL
Analyse der Darm-Hirn-Dynamik, die der Anorexie zugrunde liegt
Das Füttern ist das Herzstück des Überlebens eines Tieres, daher überrascht es nicht, dass Darm und Gehirn in ständiger Kommunikation stehen, um eine angemessene Nahrungsaufnahme und ein stabiles Körpergewicht zu koordinieren. Bei einer Entzündung kann dieses System jedoch zusammenbrechen. Eines der Kennzeichen der entzündungsbedingten Anorexie (nicht zu verwechseln mit Anorexia nervosa) ist ein verminderter Appetit, der schwerwiegend genug sein kann, um eine Unterernährung zu verursachen. Aktuelle Therapien – einschließlich intravenös verabreichter Ernährung und Darmernährungssonden – können die Lebensqualität beeinträchtigen und erhebliche Nebenwirkungen haben.
Dr. Beutler zielt darauf ab, fortschrittliche neurale Beobachtungs- und Manipulationstechniken zu verwenden, um die zugrunde liegenden Mechanismen der entzündungsbedingten Anorexie zu analysieren. Beutlers Team wird mithilfe von Calcium-Imaging zeigen, welche Auswirkungen einzelne Zytokine (bei Entzündungen freigesetzte Signale) auf bestimmte Gruppen von ernährungsbedingten Neuronen haben. Ihre Gruppe wird auch modernste genetische Werkzeuge verwenden, um zu versuchen, die unangemessenen „Nicht-Essen“-Signale zu überschreiben, die aus einer schweren Entzündung resultieren. Schließlich wird sie untersuchen, wie spezifische Modelle entzündlicher Erkrankungen die neuronale Reaktion auf die Nährstoffaufnahme verändern.
Beutlers Forschung wird die ersten sein, die diese spezifischen Prozesse in dieser Detailtiefe in einem lebenden Organismus untersuchen. Durch die Identifizierung präziser neurologischer Ziele der Zytokinfreisetzung und der Entschlüsselung, wie dies den Appetit moduliert, hofft Beutler, therapeutische Angriffspunkte für Mangelernährung im Zusammenhang mit entzündlichen Erkrankungen zu identifizieren. Darüber hinaus zielt ihr Labor darauf ab, einen Fahrplan für die Darm-Hirn-Immun-Signalgebung zu erstellen, der nicht nur für die Behandlung von entzündungsbedingter Anorexie, sondern allgemein für die zukünftige Ernährungs- und Stoffwechselforschung große Auswirkungen haben könnte.
Jeremy Day, Ph.D., Associate Professor, Department of Neurobiology, Heersink School of Medicine, University of Alabama – Birmingham; und Ian Maze, Ph.D., Professor – Abteilungen für Neurowissenschaften und Pharmakologische Wissenschaften, Direktor – Center for Neural Epigenome Engineering, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York City
Nutzung der Einzelzell-Epigenomik zur gezielten Manipulation arzneimittelaktivierter Ensembles
Drogensucht ist ein ernstes Problem sowohl für den Einzelnen als auch für die Gesellschaft als Ganzes. Obwohl es umfangreiche Forschungen zum Verständnis und zur Behandlung von Sucht gab, erleiden 60% der Behandelten einen Rückfall. Tatsächlich kann das Verlangen nach Drogen im Laufe der Zeit sogar zunehmen und bei denen, die süchtig geworden sind, auch ohne weitere Drogenexpositionen inkubieren. Dr. Day und Dr. Maze haben sich zum Ziel gesetzt, Sucht auf einer neuen Ebene zu erforschen – sie untersuchen die epigenetischen Auswirkungen des Drogenkonsums auf bestimmte Zellen auf Einzelzellebene und wie diese einen Patienten für einen Rückfall prädisponieren können.
Vorläufige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber Medikamenten im Laufe der Zeit die Expression von Genen verändert. Im Wesentlichen können Medikamente genetische regulatorische Elemente, die als "Enhancer" bekannt sind, entführen, die bei Aktivierung dazu führen, dass bestimmte Gene in Gehirnzellen exprimiert werden, die das Subjekt motivieren, nach diesen Medikamenten zu suchen. Day und Maze haben ein Projekt entwickelt, um diese Enhancer auf zelltypspezifische Weise zu identifizieren, die durch Kokain – ein gut verstandenes und erforschtes Stimulans – aktiviert (oder nicht zum Schweigen gebracht) werden, und dann virale Vektoren zu erzeugen und in Zellen einzufügen, die nur in das Vorhandensein dieses nicht zum Schweigen gebrachten Verstärkers. Mit dieser Strategie exprimiert der virale Vektor seine Fracht nur in Zellensembles, die von Kokain betroffen sind, und ermöglicht es den Forschern, die betroffenen Zellen optogenetisch oder chemogenetisch zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Damit werden Day und Maze die Ensembles dazu bringen, ihre Auswirkungen auf das Drogensuchverhalten in einem Nagetiermodell der freiwilligen Kokain-Selbstverabreichung zu untersuchen. Ihre Arbeit baut auf jüngsten Fortschritten bei der Fähigkeit auf, einzelne Zellen und kleine Zellgruppen anzusprechen, anstatt ganze Populationen von Zellen oder Zelltypen, wie es im Fokus früherer Forschungen stand. Jetzt, da es möglich ist, sich auf die Rolle bestimmter Zellen zu konzentrieren, besteht die Hoffnung, dass bessere Behandlungen entwickelt werden können, die die genetischen Wurzeln von Sucht und Rückfällen angehen, und ohne die negativen Nebenwirkungen der Manipulation größerer, weniger gezielter Populationen von Gehirnzellen.
Stephan Lammel, Ph.D., außerordentlicher Professor für Neurobiologie, University of California – Berkeley
Neurotensin-vermittelte Regulation von hedonischem Ernährungsverhalten und Fettleibigkeit
Das Gehirn ist besessen davon, Nahrung zu finden und zu konsumieren. Wenn kalorienreiches Futter gefunden wird – selten in freier Wildbahn – nehmen Tiere es instinktiv schnell auf. Bei Menschen mit leichtem Zugang zu kalorienreicher Nahrung führt der Instinkt manchmal zu Überessen, Fettleibigkeit und damit verbundenen Gesundheitsproblemen. Untersuchungen haben jedoch auch gezeigt, dass in einigen Fällen der Drang, sich mit kalorienreicher Nahrung zu ernähren, nachlassen kann, wenn diese Nahrung immer verfügbar ist. Dr. Lammel versucht, die neuronalen Prozesse und Hirnregionen zu identifizieren, die an einem solchen Fressverhalten und seiner Regulation beteiligt sind.
Studien im Laufe der Jahre haben die Ernährung mit dem Hypothalamus in Verbindung gebracht, einem alten und tiefen Teil des Gehirns. Es gibt jedoch auch Hinweise darauf, dass die Belohnungs- und Lustzentren des Gehirns eine Rolle spielen. Lammels vorläufige Forschungen ergaben, dass Verbindungen vom lateralen Nucleus accumbens (NAcLat) zum ventralen Tegmentalbereich (VTA) von zentraler Bedeutung für die hedonistische Ernährung sind. Andere Forschungen identifizierten die Aminosäure Neurotensin (NTS) zusätzlich zu anderen Rollen als eine Rolle bei der Regulierung der Nahrungsaufnahme.
Lammels Forschung versucht, die Schaltkreise und Rollen der verschiedenen Teile des Gehirns, die Tiere zu hedonistischer Nahrungsaufnahme veranlassen, sowie die Rolle von NTS, die im NAcLat ausgedrückt wird, aufzuzeigen. Die Probanden werden mit einer normalen Diät oder einer kalorienreichen Gelee-Diät präsentiert, und die Aktivität auf dem NAcLat-zu-VTA-Weg wird aufgezeichnet und dem Ernährungsverhalten zugeordnet. Er wird auch Veränderungen im Laufe der Zeit bei längerer Exposition gegenüber hedonistischem Essen verfolgen. Weitere Forschungen werden sich mit Veränderungen der NTS-Präsenz in Zellen befassen und wie sich ihre Präsenz in unterschiedlichen Mengen auf die Zellfunktion auswirkt. Durch das Verständnis der Stoffwechselwege und der molekularen Mechanik bei Ernährung und Fettleibigkeit kann diese Arbeit zu zukünftigen Bemühungen zur Behandlung von Fettleibigkeit beitragen.
Lindsay Schwarz, Ph.D., Assistenzprofessorin für Entwicklungsneurobiologie, St. Jude Children's Research Hospital, Memphis, TN
Identifizierung von Gehirnschaltkreisen, die Atmung und kognitiven Zustand verbinden
Die Atmung erfolgt bei Tieren automatisch, aber im Gegensatz zu anderen vergleichbar essentiellen Funktionen – Herzschlag, Verdauung usw. – können Tiere die Atmung bewusst steuern. Die Atmung ist auch in zweierlei Hinsicht mit dem emotionalen und mentalen Zustand verbunden: Emotionale Auslöser können Veränderungen in der Atmung verursachen, aber es hat sich auch gezeigt, dass eine bewusste Veränderung der Atmung den Gemütszustand beeinflusst. In ihrer Forschung möchte Dr. Schwarz herausfinden, welche atembezogenen Neuronen selektiv durch physiologische und kognitive Signale aktiviert werden, und die Gehirnregionen kartieren, mit denen sie verbunden sind. Diese Forschung kann sich als hilfreich bei der Untersuchung einer Vielzahl von neurologischen Störungen erweisen, bei denen die Atmung beeinträchtigt ist, wie z. B. plötzlicher Kindstod (SIDS), zentrale Schlafapnoe und Angststörungen.
Schwarz möchte sich die Fortschritte beim neuralen Tagging zunutze machen, um diese Neuronen zu untersuchen, die tief im Hirnstamm lokalisiert sind und traditionell schwer zu isolieren und in vivo aufzuzeichnen waren. Aber mit Aktivitäts-Tagging kann Schwarz die Neuronen identifizieren, die während der angeborenen vs. aktiven Atmung aktiviert werden. Bei letzteren werden die Probanden auf einen stressigen Reiz konditioniert, der sie zum Erstarren bringt und ihre Atmung verändert. Die Forscher können dann die markierten Neuronen untersuchen, um zu identifizieren, welche in den konditionierten Subjekten aktiv waren, und untersuchen, ob sich diese mit Neuronen überschneiden, die während der angeborenen Atmung aktiv sind.
Ein zweites Ziel ist es, die molekulare Identität der atembezogenen Neuronen zu identifizieren, die während der Konditionierung aktiviert wurden, um genauer zu verstehen, welche Zellen Teil des Atmungskreislaufs sind. Nachdem Schwarz diese Neuronen identifiziert hat, wird Schwarz schließlich virale Vektoransätze verwenden, die von anderen Forschern entwickelt wurden, um zu bestimmen, mit welchen Teilen des Gehirns diese aktivierten Zellen verbunden sind. Die Identifizierung der Verbindungen zwischen Gehirnzuständen und Atmung, der Überschneidung von bewussten und unbewussten Atmungskreisläufen und der Verbindung zwischen Atmung und bestimmten Krankheiten kann die Grundlage für bessere Therapien sowie ein umfassenderes Verständnis dafür bilden, wie unsere grundlegendsten Funktionen verdrahtet sind.
