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 2019.
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. “A pesquisa dos premiados do McKnight Scholar deste ano exemplifica os avanços espetaculares que estão sendo feitos na vanguarda da neurociência”, diz Kelsey C. Martin MD, Ph.D, presidente do comitê de premiação e reitor da Escola de Medicina David Geffen na UCLA. Desde que o prémio foi introduzido em 1977, este prestigiado prémio para início de carreira financiou mais de 235 investigadores inovadores e estimulou centenas de descobertas revolucionárias.
“Os estudiosos deste ano abordam a biologia do cérebro em vários níveis de análise em uma variedade de organismos modelo”, diz Martin. “Ao resolver a estrutura molecular das proteínas, elucidar a biologia celular das células cerebrais e dissecar os circuitos neurais subjacentes a comportamentos complexos, as suas descobertas prometem fornecer informações não apenas sobre a função cerebral normal, mas também sobre as causas e possíveis terapias de distúrbios cerebrais. . Em nome de todo o comitê, gostaria de agradecer a todos os candidatos ao McKnight Scholar Awards deste ano por seus excelentes estudos e dedicação à neurociência.”
Cada um dos seis ganhadores do McKnight Scholar Award receberá $75.000 por ano durante três anos. Eles são:
| Jayeeta Basu, Ph.D. Escola de Medicina da Universidade de Nova York Nova York, NY |
Modulação Sensorial Cortical da Atividade Hipocampal e Representação Espacial – Investigar como diferentes entradas de diferentes regiões do cérebro relacionadas ao espaço e aos sentidos trabalham juntas para formar memórias de experiências. |
| Juan Du, Ph.D. Instituto de Pesquisa Van Andel, Grand Rapids, MI |
Mecanismo de regulação dos receptores termossensíveis no sistema nervoso – Pesquisar como funcionam os diferentes receptores sensíveis à temperatura nos neurônios e como eles influenciam as reações ao calor e ao frio externos e à temperatura corporal interna. |
| Mark Harnett, Ph.D. Instituto de Tecnologia de Massachusetts Cambridge, Massachusetts |
Perturbando a compartimentalização dendrítica para avaliar cálculos corticais de neurônios únicos – Estudar como os dendritos, as estruturas de entrada dos neurônios semelhantes a antenas, contribuem para a computação em redes neurais. |
| Weizhe Hong, Ph.D., Universidade da Califórnia – Los Angeles Los Angeles, Califórnia |
Mecanismos de Circuito Neural do Comportamento Materno – Pesquisa sobre o papel dos circuitos cerebrais no controle dos comportamentos sociais, especialmente as funções sexualmente dimórficas desses circuitos cerebrais e suas mudanças dependentes da experiência. |
| Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D. Universidade da Geórgia Atenas, GA |
Regeneração do Sistema Nervoso Central em Planárias – Um estudo da regeneração do sistema nervoso central em uma espécie notável de platelminto, que pode regenerar perfeitamente todo o seu sistema nervoso após quase qualquer lesão. |
| Shigeki Watanabe, Ph.D. Universidade Johns Hopkins Baltimore, MD |
Insights mecanísticos sobre a remodelação de membranas em sinapses – Investigar a forma como os neurônios remodelam suas membranas em milissegundos para a transmissão sináptica, fundamental para a velocidade com que o sistema nervoso funciona. |
Houve 54 candidatos para o McKnight Scholar Awards deste ano, representando os melhores jovens professores de neurociências do país. Os jovens docentes só são elegíveis para o prêmio durante os primeiros quatro anos em 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 setembro e vencem no início de janeiro de 2020. 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 os Prêmios McKnight de Memória e Distúrbios Cognitivos, para cientistas que trabalham para aplicar o conhecimento obtido por meio da pesquisa básica a distúrbios cerebrais humanos que afetam a memória ou a cognição.
Prêmio Acadêmico McKnight 2019
Jayeeta Basu, Ph.D., Professor Assistente, Instituto de Neurociências,
Escola de Medicina da Universidade de Nova York, Nova York, NY
Modulação Sensorial Cortical da Atividade Hipocampal e Representação Espacial
O cérebro pode armazenar muitas informações na memória, incluindo onde aconteceu e em que contexto sensorial, como imagens, sons, cheiros, recompensas ou punições. Exatamente como essas diferentes informações estão ligadas para formar memórias episódicas e como essas memórias podem ser recuperadas instantaneamente a partir de pistas no futuro é a base da pesquisa do Dr. Basu. Em particular, Basu e sua equipe investigarão a relação entre o córtex entorrinal e o hipocampo na formação de memórias sobre lugares.
Duas partes do córtex entorrinal fornecem informações diferentes. O córtex entorrinal medial (MEC) compartilha informações espaciais como direção, distância e orientação, enquanto o córtex entorrinal lateral (LEC) fornece informações contextuais dos sentidos, incluindo cheiro, som, novidades e objetos. As informações de ambos são entregues ao hipocampo e ajudam a formar memórias cruciais de locais armazenados em grupos específicos de “células locais” no cérebro, como onde encontrar comida ou áreas a evitar devido à presença de predadores. Criticamente, estas memórias de lugar e o mapa cognitivo do espaço precisam de ser, por um lado, estáveis face às mudanças ambientais, como o clima ou a hora do dia, mas, por outro lado, flexíveis, uma vez que os alimentos ou os predadores podem mover-se. Pouco se sabe sobre quais informações são suficientes e necessárias para criar, manter e alterar essas memórias, especialmente como elas são moldadas pelas informações sensoriais do LEC em associação com as informações espaciais do MEC.
Dr. Basu pretende mapear os circuitos envolvidos entre o LEC e neurônios específicos do hipocampo. Seu laboratório registrará diretamente os sinais recebidos pelos dendritos finos dos neurônios quando os sinais LEC são enviados com ou sem sinais MEC, e em diferentes intensidades de sinal. Uma segunda série de experiências com ratos testará a hipótese de que estas entradas do LEC apoiam a criação de memórias de lugar durante a aprendizagem – sinais de cheiro irão desencadear um comportamento de procura de recompensas em locais distintos. Os pesquisadores verão como ligar ou desligar os sinais LEC durante o aprendizado ou durante a recordação afetam a ativação de células locais no cérebro e o próprio comportamento de aprendizagem. Esta pesquisa pode ser relevante em estudos futuros sobre a doença de Alzheimer, TEPT e outras condições onde a memória e “gatilhos” contextuais são ativados.
Juan Du, Ph.D., Professor Assistente, Programa de Biologia Estrutural, Centro de Câncer e Biologia Celular, Van Andel Research Institute, Grand Rapids, MI
- https://dulab.vai.org/
Mecanismo de regulação de receptores termossensíveis no sistema nervoso
Quando se trata de detectar e reagir a mudanças de temperatura, tanto externas quanto internas, pouco se sabe sobre o mecanismo e processo exatos. Os receptores de canais iônicos nos neurônios abrem ou fecham para permitir a passagem de sinais, e esses canais podem ser ativados por produtos químicos, processos mecânicos ou temperatura, mas o que exatamente sobre a temperatura que faz com que os canais ativados pela temperatura sejam ativados não está claro.
Dr. Du conduzirá um projeto de três partes para desvendar os segredos de como as informações de temperatura são recebidas e processadas pelo sistema neural. Ela está analisando três receptores específicos, um que detecta temperaturas frias e frias externamente, um que detecta calor externo extremo e um que detecta temperaturas quentes no cérebro (para regular a temperatura corporal). Ela primeiro identificará as condições de purificação para esses receptores, então eles podem ser extraídos e usados em experimentos de laboratório e ainda funcionar da mesma forma que os receptores do corpo.
Um segundo objetivo é ver quais estruturas nos receptores são ativadas pela temperatura e compreender como funcionam. Isto também incluirá o desenvolvimento de novas terapêuticas que possam ligar-se a estas estruturas e regulá-las. Terceiro, quando as estruturas forem compreendidas, serão realizados experimentos de validação nos quais os receptores sofrem mutação para alterar ou remover a sensibilidade à temperatura, primeiro em células e depois em camundongos, para ver como as alterações nos receptores sensíveis à temperatura impactam o comportamento. Uma vez compreendida a função e regulação destes receptores, pode abrir caminho para tratamentos de certas doenças neurodegenerativas, condições relacionadas com a temperatura e até mesmo para o controlo da dor, uma vez que alguns sensores sensíveis à temperatura estão relacionados com a transmissão da dor.
Mark Harnett, Ph.D., Professor Assistente, Ciências do Cérebro e Cognitivas, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Cambridge, MA
Perturbando a compartimentalização dendrítica para avaliar cálculos corticais de neurônios únicos
O cérebro pode processar e agir com base em uma quantidade incrível de informações devido à forma como os neurônios estão interligados. Contudo, ainda há mais a aprender sobre como funcionam os próprios neurônios. Dr. Harnett está pesquisando o papel dos dendritos – as estruturas em forma de árvore que se estendem dos neurônios onde os sinais de outros neurônios são recebidos – para determinar se essas próprias subestruturas dão aos neurônios individuais o poder de realizar cálculos mais complexos do que geralmente se acredita.
A sabedoria convencional diz que os neurônios recebem dados de outros neurônios e, se os dados atingirem um determinado limite, o neurônio dispara, transmitindo a informação. Harnett está investigando como os próprios dendritos também podem estar filtrando ou aumentando os sinais. Alguns ramos estão mais próximos do soma (a parte de saída do neurônio) do que outros, portanto, qual ramo recebe um sinal pode impactar o efeito do sinal. Além disso, alguns ramos dos dendritos parecem estar programados para procurar e amplificar tipos específicos de sinais – por exemplo, um ramo pode especializar-se na transmissão de sinais para estímulos visuais de alto contraste e movimento rápido, mas não outros estímulos.
Harnett está observando os dendritos no sistema visual com ferramentas elétricas e ópticas precisas, para medir como os sinais viajam pelos ramos dos dendritos e medir como a alteração dos dendritos muda o funcionamento do neurônio. Essas perturbações permitirão ao Dr. Harnett testar se a inibição de sinais em um ramo específico de um dendrito altera a forma como a rede neural responde a certos estímulos visuais. Aprender que um único neurônio é essencialmente composto de sua própria rede de processadores de sinais menores mudaria nossa compreensão de como o cérebro computa. Entre outras coisas, isto poderá afetar a forma como a inteligência artificial, que é modelada em redes neurais, evoluirá nos próximos anos.
Weizhe Hong, Ph.D., Professor Assistente, Departamentos de Química Biológica e Neurobiologia, Universidade da Califórnia, Los Angeles, CA
Mecanismos de Circuito Neural do Comportamento Materno
Muitos comportamentos sociais exibem diferenças marcantes entre os sexos em seus níveis e formas e passam por mudanças dependentes da experiência ao longo da vida dos animais. Um exemplo proeminente é o comportamento parental, que é um comportamento social predominante, compartilhado em todo o reino animal, desde invertebrados até humanos, e é crítico para a sobrevivência da prole. O comportamento parental muitas vezes difere muito entre machos e fêmeas e pode sofrer mudanças drásticas à medida que os animais amadurecem e dão à luz. No entanto, os circuitos cerebrais subjacentes ao comportamento parental e as suas diferenças entre os sexos e os estados fisiológicos não estão bem definidos.
Um foco particular do trabalho do Dr. Hong será investigar o papel de uma região cerebral evolutivamente conservada chamada amígdala no controle do comportamento parental. Embora os ratos fêmeas geralmente se envolvam em comportamentos extensos de criação de filhotes, os ratos machos geralmente não apresentam comportamento parental até que seus próprios filhotes nasçam. As diferenças sexuais e a mudança fisiológica no comportamento parental dos ratos proporcionam uma excelente oportunidade para compreender os mecanismos neurais subjacentes à exibição sexualmente dimórfica do comportamento parental e suas transições dependentes do estado fisiológico.
A pesquisa identificará populações neuronais específicas e molecularmente definidas que medeiam o comportamento parental. A pesquisa também comparará os circuitos neurais em homens e mulheres para entender como a atividade neural nesses neurônios regula o comportamento parental. Esta pesquisa fornecerá insights importantes sobre a base neural de um comportamento social essencial e os princípios básicos que regem os comportamentos sexualmente dimórficos. Tais percepções também podem melhorar a nossa compreensão da regulação dos comportamentos parentais e sociais humanos, tanto na saúde como na doença.
Rachel Roberts-Galbraith, Ph.D., Professor Assistente, Departamento de Biologia Celular, Universidade da Geórgia, Atenas, GA
Regeneração do Sistema Nervoso Central em Planárias
O desenvolvimento do sistema nervoso central em um animal é um processo extremamente complexo. Regenerar um sistema neural danificado é ainda mais complicado, pois requer a ativação de todos os mesmos processos de desenvolvimento em uma área, mas não em outra, e a religação dos neurônios para que funcionem como antes. Os seres humanos têm uma capacidade regenerativa do sistema nervoso central muito fraca, pelo que os danos no cérebro ou na medula espinal são muitas vezes irreversíveis. Dr. Roberts-Galbraith espera entender mais sobre como o reparo neural pode trabalham pesquisando a regeneração em planárias, um tipo notável de platelminto que pode regenerar todo o seu sistema nervoso central (e o resto do corpo) mesmo após lesões dramáticas.
Ao estudar a regeneração neural bem-sucedida no mundo natural, o Dr. Roberts-Galbraith espera aprender detalhes sobre o mecanismo de regeneração neural e o papel de diferentes células. Um dos objetivos é investigar se os neurônios podem detectar lesões e iniciar reparos por conta própria, enviando sinais que desencadeiam e direcionam o novo crescimento. Dr. Roberts-Galbraith levanta a hipótese de que os neurônios influenciam as células-tronco planárias, que são recrutadas para regenerar partes do sistema nervoso central (e outras partes do corpo). O controle preciso das células-tronco é fundamental para a regeneração, pois as planárias substituem fielmente os tecidos perdidos e nunca desenvolvem tumores.
Outro objectivo é examinar o papel das células gliais, que têm sido tradicionalmente vistas como a cola do sistema nervoso, mas que possuem claramente papéis mais significativos do que o anteriormente reconhecido. As células gliais constituem grande parte do sistema nervoso dos animais e devem ser regeneradas junto com os neurônios; eles também são propensos a modular a regeneração neuronal. A esperança é que esta pesquisa forneça uma maior compreensão de como a regeneração pode acontecer nos casos mais bem-sucedidos e talvez informe novas formas de pensar sobre a regeneração neural em humanos.
Shigeki Watanabe, Ph.D., Professor Assistente de Biologia Celular e Neurociência, Universidade Johns Hopkins, Baltimore, MD
Insights mecanísticos sobre remodelação de membranas em sinapses
A velocidade extremamente rápida das redes neurais nos permite sentir, avaliar e reagir ao mundo que nos rodeia. Também exigiu que os neurônios desenvolvessem algumas propriedades notáveis. Em sua pesquisa, o Dr. Watanabe investigará um dos mais notáveis – a capacidade dos neurônios de remodelar suas membranas em uma escala de tempo de milissegundos para a comunicação neuronal usando processos não totalmente compreendidos.
A membrana ao redor de um neurônio precisa se adaptar para permitir que o neurônio cresça, migre e – mais importante – permita que outras membranas se fundam e se separem durante a comunicação neuronal. No processo sob investigação, uma “bolha” de membrana chamada vesícula sináptica funde-se com a membrana neuronal, após o que um novo pedaço de membrana essencialmente se projeta para dentro e se comprime. O mecanismo que se acredita ser usado, a endocitose mediada por clatrina, simplesmente não é rápido o suficiente para permitir que essas vesículas sejam criadas e recicladas na escala de tempo em que ocorre a transmissão sináptica. Watanabe descobriu um novo mecanismo, a endocitose ultrarrápida, que controla o processo, mas a compreensão de como ele funciona tem sido dificultada pelo pequeno tamanho das sinapses e pela rápida velocidade desse processo.
Dr. Watanabe usará uma técnica chamada microscopia eletrônica flash-and-freeze para pesquisar esse processo. Os neurônios serão estimulados com luz – o flash – e então o processo será interrompido precisamente com congelamento de alta pressão em intervalos de tempo precisos microssegundos após a estimulação. As sinapses congeladas podem então ser visualizadas com um microscópio eletrônico. Ao obter uma série de imagens congeladas em diferentes intervalos de tempo após a estimulação, o Dr. Watanabe criará uma visualização passo a passo do processo e identificará as proteínas envolvidas e o que elas fazem. Isto não só proporcionará uma melhor compreensão de como funcionam os neurônios, mas também terá implicações para doenças relacionadas à transmissão neural defeituosa, como a doença de Alzheimer.
