Die Arbeitsgruppe "Bioinformatik in der Weltraummedizin" wurde im März 2021 gegründet und steht unter der Leitung von Herrn Dr. Herbert Schulz.

Wir untersuchen durch Schwerelosigkeit ausgelöste transkriptionelle und epigenetische Veränderungen humaner Zellen. Ziel ist die Ermittlung allgemeiner und zelltypspezifischer Genexpressionsmuster regulierter Gene und die Modellierung derer Schlüsselwege. Epigenetische Analysen ermöglichen hierbei den Mechanismus der Genexpressionsveränderung und damit die Wirkweise der Schwerelosigkeit zu ermitteln. Mit den gleichen Methoden können auch Spezifika der mit Schwerkraftvariation einhergehenden Zelladhäsion und Sphäroidbildung ergründet werden.

Genexpression: RNA-Sequenzierung und Einzelzell-RNA-Sequenzierung

RNA Sequenzierung ermöglicht transkriptomweite Expressionsänderungen auf verschiedenen Ebenen zu erfassen. Neben der Genexpression können bei ausrechender Auflösung der Sequenzierung auch Exon-Ausschluss, Splicing, die quantitative Erfassung der Expression alternativer Transkriptionsstartstellen und die Vorhersage individueller Transkriptexpression untersucht werden. Die Einzelzellsequenzierung erlaubt insbesondere bei der Untersuchung heterogener Gewebe zelltypspezifische Profile zu ermitteln.

Epigenetische Regulation: DNA-Methylierung, ChIP-seq

Die Regulation der Genexpression setzt die Verfügbarkeit von cis-wirkenden epigenetischen Elementen, wie Promotoren, Enhancern und Isolatoren für regulatorisch aktive Proteine voraus. Diese Verfügbarkeit ist abhängig von Histonmodifikationen und dem Methylierungsgrad der DNA. Histonmodifikationen und DNA-Methylierung können jeweils mit Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) oder CpG Bisulfit-Konversion epigenomweit quantifiziert werden.

Schlussfolgerung

Die kombiniert transkriptionelle und epigenomische Profilerstellung kann entscheidende Einblicke in die biologischen Prozesse der Reaktion auf Schwerkraftveränderungen liefern. Die prädiktive Modellierung von Schlüsselwegen der mit Schwerkraftvariation einhergehenden Zelladhäsion kann für die Präzisionsmedizin von Bedeutung sein.

Ausgewählte Publikationen

Transkriptionsanalysen

• Schulz H, Kolde R, Adler P, et al. (2009). The FunGenES database: a genomics resource for mouse embryonic stem cell differentiation. PLoS One. 2009 Sep 3;4(9):e6804.

Epigenetische Analysen

• Schulz H, Ruppert AK, Zara F, et al. (2019). No evidence for a BRD2 promoter hypermethylation in blood leukocytes of Europeans with juvenile myoclonic epilepsy. Epilepsia 60, e31-e36.
• Schulz H, Ruppert AK, Herms S, et al. (2017). Genome-wide mapping of genetic determinants influencing DNA methylation and gene expression in human hippocampus. Nat Commun 8, 1511.

Schwerelosigkeit

• Kopp S, Krüger M, Bauer J, Wehland M, Corydon TJ, Sahana J, Nassef MZ, Melnik D, Bauer TJ, Schulz H, Schütte A, Schmitz B, Oltmann H, Feldmann S, Infanger M, Grimm D (2018). Microgravity Affects Thyroid Cancer Cells during the TEXUS-53 Mission Stronger than Hypergravity. Int J Mol Sci. Dec 12;19(12).
• Kopp S, Krüger M, Feldmann S, Oltmann H, Schütte A, Schmitz B, Bauer J, Schulz H, Saar K, Huebner N, Wehland M, Nassef MZ, Melnik D, Meltendorf S, Infanger M, Grimm D (2018). Thyroid cancer cells in space during the TEXUS-53 sounding rocket mission - The THYROID Project. Sci Rep. Jul 9;8(1):10355.