Forschung

Die Arbeitsgruppe untersucht transkriptionelle (RNA-Seq) und epigenetische Veränderungen auf zellulärer und organismischer Ebene. Sie entwickelt und nutzt NGS basierende Methoden mit Schwerpunkten im Bereich DNA-Methylierung( WGBS, RRBS, Hairpin-BS, Ox-BS) und Chromatinanalytik (NOME-Seq, ATAC-Seq und ChIP-Seq). Die AG besitzt eine eigene Sequenzierungseinheit (HiSeq2500, Mi-Seq) und entwickelt bioinformatische Methoden zur Datenauswertung. Die AG ist zudem assoziierter Partner im westdeutschen Sequenzierungszentrum der DFG. Komplementär zu NGS nutzt die AG die Illimunia 850K bead array Technologie für umfangreiche EWAS Studien.

Kernfragen der NGS/Array basierten Forschung sind:

- Wie werden Genome im Verlauf der Entwicklung und Differenzierung epigenetisch programmiert?

Wie variabel sind diese Ereignisse auf Einzelzell-Ebene?

- Welche enzymatischen Prozesse steuern die epigenetische Dynamik und Vererbung?

- Welche spezifischen epigenetischen Veränderungen findet man in erkrankten Zellen und kann man diese für eine personenbezogene Diagnostik nutzen?

DNA-Methylierung ist eine epigenetische Modifikation bestimmter Cytosin-Basen im Genom. Jeder Zelltyp des Menschen besitzt eine eigene Verteilung methylierter Cytosin-Basen im Genom. DNA-Methylierung kann dabei durch Oxidation noch zusätzlich modifiziert werden. Die verschiedenen Formen und Verteilungen der DNA-Methylierung steuern zellspezifische DNA-und Chromosomen-Strukturen und die Expression von Genen. Die DNA-Methylierung stellt somit ein nachhaltiges epigenetisches Gedächtnis der Zellen dar.

Die geordnete Verteilung von DNA-Methylierung im Genom differenzierender Zellen ist essentiell für die geordnete Entwicklung. Veränderungen in DNA-Methylierungsmustern und Mutationen in Enzymen, die DNA-Methylierung setzen, weiter modifizieren, erkennen, "lesen" oder wieder entfernen, sind an der Entstehung verschiedener menschlicher Krankheiten beteiligt. Die Ursachen für diese Fehlsteuerungen werden zur Zeit intensiv erforscht.

Forschungsbereiche und aktuelle Projekte der Gruppe

Entwicklungsbiologische Prozesse erforschen wir am Modellsystem der Maus. Im Fokus steht die hochauflösende Kartierung von DNA-Methylierung im Verlauf der Zellproliferation und Zelldifferenzierung. Im Menschen untersuchen wir epigenetische Veränderungen in verschiedenen pathophysiologischen Prozessen des Menschen wie z.B. Multiple Sklerose, Alzheimer Erkrankungen, Darm-Krebs, Leber-Verfettung, der Entwicklung von B- und T-Zellen. Als interdisziplinär ausgerichtetes Forscherteam nutzen wir hierzu "state of the art" Methoden des Next Generation Sequencing (NGS), der computergestützten Epigenom-Analyse, der hochauflösenden Fluoreszenz- Mikroskopie, der Einzelzellanalyse und der Mikromanipulation. Folgende geförderte Projekte werden zur Zeit bearbeitet:
Epigenetic reprogramming in stem cells
Epigenomic reprogramming is an important molecular process in the development of stem cells. In natural (ESCs, early embryos) and induced (iPS) states of pluripotency epigenetic modifications are dr …
Genomic Imprinting
Imprinted genes are preferentially or exclusively expressed from only one of the parental alleles. The silencing of one allele involves epigenetic mechanisms of gene regulation such as DNA methylati …
Clinical Epigenetics
Epigenetic changes play an important role in complex human diseases such as cancer. In our research we apply NGS based sequencing technologies and ultra-deep sequencing to identify novel highly sens …
Epigenomics
The goal of our epigenome projects funded through the national and international programs DEEP, NOTOX and BLUEPRINT is to gain a deeper understanding where, when and how DNA-methylation influences the …
Toxico-Epigenomics
The epigenetic memory of gene regulation in cells may be influenced by the exposure of cells to toxic substances. In a collaborative research program NOTOX (2010-2016) funded by SEURAT and the EU we a …