Sintesi della ricerca
Il nostro obiettivo a lungo termine è quello di comprendere i meccanismi fondamentali del comportamento. Studiamo i geni e le proteine che controllano le sinapsi – le connessioni tra le cellule nervose. Le macchine multiproteiche che comprendono molte proteine sinapsi diverse sono responsabili di comportamenti innati e appresi e la loro disfunzione è alla base di molte malattie cerebrali e condizioni neurologiche, tra cui il morbo di Alzheimer, la schizofrenia, l’autismo, la depressione, la dipendenza e la disabilità intellettiva. Questi meccanismi sono conservati tra topi e umani, aprendo nuove strade per la diagnosi e le scoperte terapeutiche.
Interessi di ricerca attuali
La nostra ricerca attuale è focalizzata sulla scoperta della portata e degli impatti funzionali della diversità delle sinapsi in tutto il cervello. Abbiamo sviluppato metodi per la mappatura a livello cerebrale della composizione proteica a risoluzione singola sinapsi. Queste mappe “sinaptome”, che rivelano le caratteristiche molecolari e morfologiche di un miliardo di sinapsi, hanno scoperto una diversità di sinapsi spaziotemporali senza precedenti organizzata in un’architettura che correla con i connettomi strutturali e funzionali. Abbiamo descritto come l’architettura del sinaptoma del cervello cambia durante tutta la vita, con fasi di rapida espansione seguite da un lento declino della vecchiaia che può informare sull’invecchiamento naturale e sulle finestre di suscettibilità alle malattie. È importante sottolineare che abbiamo dimostrato che le mutazioni che causano disturbi cognitivi come l’autismo riorganizzano le mappe dei sinaptomi.
Queste nuove scoperte sulla diversità delle sinapsi hanno importanti implicazioni per la funzione cerebrale in termini di apprendimento e memoria, portando a nuovi modelli di come le informazioni vengono memorizzate e richiamate. Stiamo ora studiando la dinamica del sinaptoma – la misura in cui le sinapsi cambiano a breve termine, durante i cicli del sonno quotidiano e la rapidità con cui le proteine sinapsi vengono sostituite; e, a più lungo termine, come gli input sensoriali dall’ambiente e il comportamento dipendente dall’attività influenzano lo sviluppo del sinaptoma. Stiamo anche sbloccando la complessità del cervello caratterizzando la diversità delle sinapsi nell’unità fondamentale del cervello – il singolo neurone. Uno sforzo importante sta portando avanti il nostro laboratorio, l’analisi delle immagini e gli strumenti computazionali allo studio diretto del cervello umano, rivelando gli impatti progressivi sul sinaptoma di disfunzioni come il morbo di Alzheimer. La mappatura dei sinaptomi ha anche il potenziale per integrare le tecniche cliniche, scoprendo quali approcci di diagnostica per immagini come la PET ci dicono dei danni al sinaptoma. Un obiettivo chiave che va avanti è quello di integrare tutti questi dati sinaptomi all’interno di risorse di dati cerebrali internazionali su larga scala esistenti per massimizzare il loro valore di scoperta della salute.
Membri del gruppo di ricerca
- Noboru Komiyama: Senior Lecturer
- Emma Sigfridsson: Lab Manager
- Zhen (Ricky) Qiu: Image Analysis Developer
- Ragini Gokhale: Ingegnere informatico
- Edita Bulovaite: Dottoranda
- Dimitra Koukaroundi: Dottoranda
- Hanan Woods: Dottoranda
- Gabor Varga: Assistente alla ricerca
- Bev Notman: Assistente alla ricerca
- Theresa Wong: Assistente alla ricerca