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Deutschland startet das Epigenom-Programm DEEP

28.08.2012
Saarbrücker Epigenetiker Jörn Walter koordiniert

Am 1. September beginnt eine neue Ära der Genomforschung in Deutschland. 21 Forschergruppen aus ganz Deutschland haben sich im deutschen Epigenom-Programm (DEEP) zusammengefunden, um 70 Epigenome menschlicher Zelltypen zu entschlüsseln.

Das Wissen um diese zusätzlich zu den Genen existierenden Markierungen wird zu vollkommen neuartigen Einsichten in die zellspezifischen Programme gesunder und kranker, alter und junger Zellen führen. DEEP ist die deutsche Beteiligung am weltweit koordinierten International Human Epigenome Consortium (IHEC).

Darin verfolgen Forscher unter Verwendung einheitlicher Standards das ambitionierte Ziel, 1000 Epigenome zu entschlüsseln. Damit werden erstmals umfassende vergleichbare Datenanalysen und -bewertungen möglich. Die deutschen Wissenschaftler werden in DEEP Zellen analysieren, die bei Fettleibigkeit, entzündlichen Darmerkrankungen und Arthritis eine Rolle spielen. Für diese Aufgabe stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den kommenden fünf Jahren insgesamt 16 Millionen Euro zur Verfügung. Das gesamte Programm wird von Professor Jörn Walter, Epigenetiker an der Universität des Saarlandes, koordiniert. 5,5 Millionen Euro fließen an saarländische Projektpartner nach Saarbrücken.

Der forschungspolitische Hintergrund:
Die vollständige Entschlüsselung des menschlichen Erbgutes (Genom) im Jahr 2003 war ein Meilenstein für die Lebenswissenschaften. Doch wie bei jedem Rätsel, das in der Wissenschaft gelöst wird, kamen auch hier mit der Entschlüsselung mehr Fragen auf als beantwortet werden konnten. In den darauffolgenden Jahren wurde zunehmend klarer, dass viel mehr Faktoren die Funktionen des menschlichen Körpers regulieren als die Gene alleine. Eiweiße, die wie eine Hülle um die Gene herum liegen, spielen für die Funktion der Gene eine gewaltige Rolle. Zudem gibt es chemische Veränderungen der Genbausteine selbst, die diese mit zusätzlichen „epigenetischen“ Informationen versehen. Gemeinsam bestimmen diese epigenetischen Modifikationen, welche Gene wann und wo an- und abgeschaltet werden und wie Zellen ihre speziellen genetischen Programme umsetzen. Die Kenntnis dieser epigenetischen Markierungen wird Auskunft darüber geben, wie etwa die Lebensführung, zum Beispiel durch die Ernährung, bestimmte Genfunktionen in betroffenen Zellen ändert. Die Epigenomik hat daher eine große Bedeutung für gesundheitspolitische Fragen sowohl im Hinblick auf zukünftige Therapieansätze, aber auch im Bereich der Prävention.
Wesentliche Ziele des DEEP:
In der Epigenetik wird erforscht, wie Gene in Zellen programmiert werden, wie nachhaltig Programme sind und welchen Einfluss die Umwelt auf diese hat. Als Beitrag zu einer weltweit koordinierten Initiative IHEC werden die Wissenschaftler des deutschen DEEP Programms umfassend „epigenetische Markierungen“ von insgesamt 70 ausgesuchten menschlichen Zelltypen erstellen. Diese Kartierungen werden in sogenannten Epigenomkarten zusammengefasst. Im Fokus der Arbeiten von DEEP steht dabei die Kartierung von Zellen, die bei Stoffwechsel- und Entzündungskrankheiten, wie krankhaftem Übergewicht und rheumatischer Arthritis, eine Rolle spielen. Die systematische Kartierung wird den Forschern neue Einblicke geben, wie sich Zellen im Verlauf der Erkrankung verändern und wie veränderte biochemische Regulations- und Kommunikationsstörungen zur Krankheit beitragen.

Die Forscher werden hierzu die epigenomischen Karten gesunder und kranker Zellen vergleichen, um Genorte zu identifizieren, an denen solche veränderten Prozesse ablaufen. Für diese Aufgabe nutzen die Forscher neueste Hochdurchsatztechnologien (next generation sequencing) in sechs Datenproduktions- und drei Datenanalyse-Zentren. Insgesamt werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in diesem Prozess das 3,5 Milliarden Bausteine umfassende menschliche Genom zirka 20.000 Mal Baustein für Baustein auf bestimmte Art und Weise neu entschlüsseln und dabei ungeheuer große Datenmengen sammeln und interpretieren. Alle Epigenom-Daten werden in öffentlichen Datenbanken abgelegt und direkt für die weltweite biomedizinische Forschung nutzbar gemacht.

„Die enge Zusammenarbeit von Medizinern, Biologen und Informatikern ist von zentraler Bedeutung für den Erfolg des umfangreichen Programms. Saarbrücken wurde als Zentrum für die Koordination ausgewählt. „Dies trägt unter anderem der Tatsache Rechnung, dass hier die Zusammenarbeit von Bioinformatikern und Experimentatoren in der Epigenomforschung bereits aktiv gelebt wird“, sagt Jörn Walter, Koordinator des Programms.

Im Arbeitsprogramm von DEEP werden neben der Kartierung auch direkte funktionelle Studien an menschlichen Zellen oder Modellorganismen durchgeführt. Ziel dieser Arbeiten ist es, den Nutzen der Kartierungsdaten für das Verständnis von Krankheiten zu verdeutlichen. „Die Besonderheit des deutschen DEEP-Programms ist die enge Verzahnung beider Komponenten, um so neue Einsichten in molekulare Prozesse komplexer Erkrankungen zu erhalten“, erklärt Epigenetiker Walter.

Koordination des Programms im Saarland:
Die Koordination des DEEP Programms und ein Teil der Datenproduktion wird durch Professor Walters Gruppe an der Universität des Saarlandes erfolgen. Drei weitere saarländische Arbeitsgruppen sind zudem stark an DEEP beteiligt. Professor Thomas Lengauer, Leiter des Zentrums für Bioinformatik und Direktor am Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken, wird den Bereich des DEEP-Datenmanagements koordinieren. Alexandra Kiemer, Professorin für Pharmazeutische Biologie an der Saar-Uni, wird funktionelle Studien zu Fragen der Leberverfettung durchführen. Die EURICE GmbH wird gemeinsam mit Professor Walter die international ausgerichtete Kommunikation und Managementstruktur erarbeiten. Zur Unterstützung der vier saarländischen DEEP Partner fließen insgesamt gut 5,5 Millionen Euro ins Saarland.
Die Partner in DEEP sind: Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg, Deutsches Rheumaforschungs-Zentrum Berlin, EURICE – European Research and Project Office GmbH, IFADO Dortmund, Institut für Arbeitsmedizin Dortmund, Max-Delbrück-Centrum Berlin, Max-Planck-Institut für Immunologie und Epigenetik Freiburg, Max-Planck-Institut für Informatik Saarbrücken, Max-Planck-Institut für molekulare Genetik Berlin, Qiagen AG Hilden, Sanofi-Aventis Höchst, Universität Duisburg-Essen, Universität Kiel, Universität Münster, Universität Regensburg, Universität des Saarlandes.

Weitere Informationen erteilt:
Professor Dr. Jörn Walter
Tel.: (0681) 3024367
E-Mail: j.walter@mx.uni-saarland.de

Thorsten Mohr | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

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