Projekte

Epigenetische Regulation von Immunreaktionen auf Infektionen

Viele Studien haben die inter-individuelle Variabilität zwischen menschlichen Immunantworten untersucht, und neuere Studien aus dem Human Functional Genomics Project (HFGP) haben erfolgreich den Einfluss genetischer und Umweltfaktoren auf die Immunantwort in der Gesundheit charakterisiert. Wie epigenetische Modifikationen diese Variabilität im Zusammenhang mit der Immunantwort beeinflussen, ist jedoch weitgehend unbekannt. Epigenetische Modifikationen, z.B. die DNA-Methylierung, ermöglichen es vollständig differenzierten somatischen Zellen, die Genexpression langfristig an externe Stimuli anzupassen. Das DNA-Methylierungsprofil eines Individuums als Reaktion auf eine Infektion könnte eine spezifische biologische Rolle im angeborenen Immungedächtnis spielen, und die Veränderung der Methylierung könnte als vorbereitende Verstärker wirken, die möglicherweise eine schnellere Reaktion auf eine Sekundärinfektion ermöglichen.

In diesem Projekt wird die in vivo-Stimulation durch Impfung eingesetzt, um den epigenetischen Mechanismus der Immunantwort auf eine Infektion zu verstehen. Die Hypothese ist, dass die In-vivo-Immunantwort auf die Impfung durch die Interaktion von Genetik und epigenetischem Status der Immunzellen reguliert wird.

Allergie-Risikovorhersage durch deep learning im Cross-omics-Bereich

Obwohl viele Gene und Umweltfaktoren identifiziert wurden, die mit dem Allergierisiko verbunden sind, ist es noch nicht möglich, Allergien zu heilen.  In diesem Projekt verwendet das Team eine enorm wachsende Menge an Cross-Omics-Daten (Genomik, Epigenomik und Transkriptomik usw.) und neueste Techniken der künstlichen Intelligenz (KI), um das Risiko von Krankheiten wie Allergien vorherzusagen. Durch die Integration von Cross-omics-Daten mit Hilfe einer Bayes'schen Kausalinferenzmethode kann ein umfassenderes Netzwerk aufgebaut werden, um ein vollständigeres Bild des dem physiologischen Zustand zugrunde liegenden molekularen Prozesses zu zeichnen. Das Vorhersagemodell der KI erleichtert die Identifizierung der wichtigsten Faktoren, die zur Allergie beitragen. Es kann auch zur Entwicklung neuer klinischer Anwendungen zur Diagnose von Hochrisikopatienten führen, ein wichtiger Schritt für die personalisierte Medizin.

Kooperationspartner: Prof. Gerard Koppelman (UMC Groningen, Niederlande) und Dr. Marnix Bügel (Micompany, Niederlande)

Publikationen

Epigenetische Regulation von Immunreaktionen auf Infektionen

Xu CJ, Soderhall C, Bustamante M, Baiz N, Gruzieva O, Gehring U, Mason D, Chatzi L, Basterrechea M, Llop S, Torrent M, Forastiere F, Fantini MP, Carlsen KCL, Haahtela T, Morin A, Kerkhof M, Merid SK, van Rijkom B, Jankipersadsing SA, Bonder MJ, Ballereau S, Vermeulen CJ, Aguirre-Gamboa R, de Jongste JC, Smit HA, Kumar A, Pershagen G, Guerra S, Garcia-Aymerich J, Greco D, Reinius L, McEachan RRC, Azad R, Hovland V, Mowinckel P, Alenius H, Fyhrquist N, Lemonnier N, Pellet J, Auffray C, Consortium B, van der Vlies P, van Diemen CC, Li Y, Wijmenga C, Netea MG, Moffatt MF, Cookson W, Anto JM, Bousquet J, Laatikainen T, Laprise C, Carlsen KH, Gori D, Porta D, Iniguez C, Bilbao JR, Kogevinas M, Wright J, Brunekreef B, Kere J, Nawijn MC, Annesi-Maesano I, Sunyer J, Melen E, Koppelman GH (2018) DNA methylation in childhood asthma: an epigenome-wide meta-analysis. Lancet Respir Med 6(5): 379-388.

Qi, C., Jiang, Y., Yang, I. V., Forno, E., Wang, T., Vonk, J. M., Gehring, U., Smit, H. A., Milanzi, E. B., Carpaij, O. A., Berg, M., Hesse, L., Brouwer, S., Cardwell, J., Vermeulen, C. J., Acosta-Pérez, E., Canino, G., Boutaoui, N., van den Berge, M., Teichmann, S. A., Nawijn, M. C., Chen, W., Celedón, J. C., Xu, C.-J. & Koppelman, G. H. Nasal DNA methylation profiling of asthma and rhinitis. Journal of Allergy and Clinical Immunology 145, 1655–1663 (2020).

Allergie-Risikovorhersage durch deep learning im Cross-omics-Bereich

Xu CJ, Bonder MJ, Soderhall C, Bustamante M, Baiz N, Gehring U, Jankipersadsing SA, van der Vlies P, van Diemen CC, van Rijkom B, Just J, Kull I, Kere J, Anto JM, Bousquet J, Zhernakova A, Wijmenga C, Annesi-Maesano I, Sunyer J, Melen E, Li Y, Postma DS, Koppelman GH (2017) The emerging landscape of dynamic DNA methylation in early childhood. BMC Genomics 18(1): 25.

Forno E, Wang T, Qi C, Yan Q, Xu CJ, Boutaoui N, Han YY, Weeks DE, Jiang Y, Rosser F, Vonk JM, Brouwer S, Acosta-Perez E, Colon-Semidey A, Alvarez M, Canino G, Koppelman GH, Chen W, Celedon JC (2019) DNA methylation in nasal epithelium, atopy, and atopic asthma in children: a genome-wide study. Lancet Respir Med 7(4): 336-346.