Resumen de la investigación
Nuestro objetivo a largo plazo es comprender los mecanismos fundamentales del comportamiento. Estudiamos los genes y las proteínas que controlan las sinapsis, las conexiones entre las células nerviosas. Las máquinas multiproteicas que comprenden muchas proteínas sinapsis diferentes son responsables de los comportamientos innatos y aprendidos, y su disfunción es la base de muchas enfermedades cerebrales y afecciones neurológicas, incluidas la enfermedad de Alzheimer, la esquizofrenia, el autismo, la depresión, la adicción y la discapacidad intelectual. Estos mecanismos se conservan entre ratones y humanos, abriendo nuevas vías para el diagnóstico y los descubrimientos terapéuticos.
Intereses de investigación actuales
Nuestra investigación actual se centra en descubrir el alcance y los impactos funcionales de la diversidad de sinapsis en todo el cerebro. Hemos desarrollado métodos para mapear la composición de proteínas en todo el cerebro con resolución de sinapsis única. Estos mapas de «sinaptomas», que revelan las características moleculares y morfológicas de mil millones de sinapsis, han descubierto una diversidad de sinapsis espacio-temporal sin precedentes organizada en una arquitectura que se correlaciona con los conectomas estructurales y funcionales. Hemos caracterizado cómo la arquitectura del sinaptoma del cerebro cambia a lo largo de la vida, con fases de rápida expansión seguidas de un lento declive en la vejez que pueden informar sobre el envejecimiento natural y las ventanas de susceptibilidad a las enfermedades. Es importante destacar que hemos demostrado que las mutaciones que causan trastornos cognitivos como el autismo reorganizan los mapas de sinaptomas.
Estos nuevos hallazgos sobre la diversidad de la sinapsis tienen implicaciones importantes para la función cerebral en términos de aprendizaje y memoria, lo que lleva a nuevos modelos de cómo se almacena y recupera la información. Ahora estamos investigando la dinámica del sinaptoma: el grado en que las sinapsis cambian a corto plazo, durante los ciclos diarios de sueño, y la rapidez con la que se reemplazan las proteínas sinapsis; y, a más largo plazo, cómo las entradas sensoriales del entorno y el comportamiento dependiente de la actividad influyen en el desarrollo del sinaptoma. También estamos desbloqueando la complejidad cerebral al caracterizar la diversidad de la sinapsis en la unidad fundamental del cerebro: la neurona individual. Un gran esfuerzo está haciendo avanzar nuestro laboratorio, análisis de imágenes y herramientas computacionales hacia el estudio directo del cerebro humano, revelando los impactos progresivos en el sinaptoma de disfunciones como la enfermedad de Alzheimer. El mapeo de sinaptomas también tiene el potencial de complementar las técnicas clínicas, descubriendo lo que los enfoques de diagnóstico por imágenes, como el PET, nos dicen sobre el daño al sinaptoma. Un objetivo clave en el futuro es integrar todos estos datos de sinaptomas dentro de los recursos de datos cerebrales internacionales a gran escala existentes para maximizar su valor de descubrimiento de salud.
Miembros del grupo de investigación
- Noboru Komiyama: Profesor titular
- Emma Sigfridsson: Gerente de laboratorio
- Zhen (Ricky) Qiu: Desarrollador de Análisis de imágenes
- Ragini Gokhale: Ingeniera Informática
- Edita Bulovaite: Estudiante de Doctorado
- Dimitra Koukaroundi: Estudiante de Doctorado
- Hanan Woods: Estudiante de Doctorado
- Gabor Varga: Asistente de Investigación
- Bev Notman: Asistente de Investigación
- Theresa Wong: Asistente de Investigación