Nachwuchsgruppe Schmidt (Immunmonitoring & Genomik)

Die Arbeitsgruppe Immunmonitoring & Genomik (IMG) hat sich zum Ziel gesetzt, Biomarker zu identifizieren und Systeme zur Stratifizierung von Patienten zu entwickeln, die ein Risiko für hyperinflammatorische Immunreaktionen haben, indem sie tiefgreifende Immunprofilierungsansätze verwenden.

Unser Labor ist darauf ausgerichtet, Immunreaktionen auf epigenetischer, transkriptioneller und Proteinebene im Verlauf verschiedener entzündlicher und seltener Krankheiten zu charakterisieren. Wir verwenden Immunoassays mit verschiedensten Immunzellen aus dem peripheren Blut, um Immunantworten auf Gefahrensignale im Vollblut zu verfolgen, Zytokinexpressionsmuster mit Multiplexing-Bead-basierten Assays zu profilieren und die Aktivierungszustände von Monozyten im peripheren Blut mittels Durchflusszytometrie zu charakterisieren. Insbesondere Monozyten als Haupttreiber von Entzündungen sind für uns von besonderem Interesse, da wir die molekularen Mechanismen der adaptiven Monozyten Programmierung durch bioinformatische Analyse von Transkription und Epigenetik Daten aufklären wollen.

Klinische Studien

Gemeinsam mit klinischen Forschern am Medizinischen Campus, aber auch mit anderen internationalen Partnern, versuchen wir Patienten zu identifizieren, bei denen ein Risiko für hyperinflammatorischen und seltenen Immunerkrankungen besteht, die zu schweren lebensbedrohlichen Komplikationen während des Krankenhausaufenthalts führen oder eine schnelle Genesung nach Routineoperationen verhindern können.

Wir sind an lokalen und internationalen klinischen Studien beteiligt, die sich auf die Pathogenese des systemischen Entzündungssyndroms (SIRS) und Gefäßerkrankungen konzentrieren. In der Vergangenheit haben wir zu Forschungsprojekten beigetragen, die sich mit Frühgeburten und altersbedingter Makuladegeneration (AMD) befassten.

Unser wissenschaftliches Ziel ist es, Menschen mit einem hyperinflammatorischen Immunsystem zu identifizieren, indem wir einen In-vitro-Vollblut-Immunaktivierungstest durchführen, der verschiedene Immunaktivatoren verwendet, um Entzündungsreaktionen hervorzurufen. Mit Hilfe von RNA-Sequenzierungstechniken und Multiplexing-Assays für klassische Zytokine im Blut können wir den Immunaktivierungsstatus jedes Patienten bioinformatisch quantifizieren und vorhersagen, ob der Patient aufgrund einer systemischen Aktivierung des Immunsystems gefährdet ist, schwere Komplikationen zu entwickeln, was durch die Verabreichung entzündungshemmender Medikamente verhindert werden könnte.

TAM-Rezeptoren

Die drei Rezeptoren TYRO3, AXL und MERTK gehören zur Gruppe der TAM-Rezeptoren, die zur Unterfamilie der Protein Tyrosinkinasen (PTKs) gehören. Ihre Aktivität reguliert verschiedene kritische zelluläre Prozesse, wie Apoptose oder Wachstum, aber auch die Entwicklung und das Fortschreiten verschiedener Krebsarten.

Interessanterweise hat sich gezeigt, dass TAM-Rezeptoren eine wichtige Rolle bei der Homöostase des Immunsystems spielen. Ein Mangel oder eine Fehlfunktion der TAM-Rezeptoren ist an einem breiten Spektrum von Autoimmunkrankheiten beteiligt, die durch eine Überaktivierung von Antigen-präsentierenden Zellen und die Unfähigkeit, apoptotische Zelltrümmer zu beseitigen, verursacht werden.

Unsere derzeitige Forschung konzentriert sich auf die Regulierung der TAM-Rezeptorexpression bei Entzündungskrankheiten und auf Mechanismen zur Steigerung der TAM-Rezeptorexpression als Teil entzündungshemmender therapeutischer Strategien, um die Auflösungsphase von Immunreaktionen und die Wiederherstellung der Immunhomöostase zu unterstützen.

COVID-19

Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt derzeit auf der Aufklärung immunologischer Signalwege, die durch das SARS-CoV-2-Virus moduliert werden.

Die überreaktive Immunantwort bei schweren COVID-19-Patienten ist durch eine massive Freisetzung von Zytokinen (auch Zytokinsturm genannt), Organschäden und in vielen Fällen eine beeinträchtigte Genesung von der Krankheit gekennzeichnet. Da Monozyten eine zentrale Rolle bei der Aufnahme von Immunantworten spielen, sind sie Vermittler von pro-inflammatorischen Immunantworten gegen SARS-CoV-2, aber auch an einer ungebremsten, anhaltenden Immunaktivierung bei schweren COVID-19-Krankheitsverläufen beteiligt. Mit Hilfe von RNA-Sequenzierungstechnologien und ChIP-Sequenzierung für klassische Histon Modifikationen verfolgen wir Veränderungen im Transkriptom und Epigenom von Monozyten im Verlauf der SARS-CoV-2-Infektion und setzen sie mit dem Aktivierungsstadium und den Veränderungen der biologischen Funktionen von Monozyten in Beziehung.

Durch die Integration von Genomik Daten, klinischen Patienten- und Labordaten mittels bioinformatischer Analyse wollen wir die molekularen Mechanismen und immunologischen Schaltkreise verstehen, die bei schweren COVID-19-Krankheitsverläufen zu einer anhaltenden, ungebremsten Immunreaktion führen, während andere Patienten nur leichte oder gar keine Symptome der Infektion zeigen. Unsere Forschung wird hoffentlich zu einem besseren Verständnis von COVID-19 beitragen und Patienten mit einem Risiko für schwere COVID-19-Krankheitsverläufe sowie potenzielle Long-COVID-Patienten identifizieren.

Immungenomik

Unsere derzeitige Forschung konzentriert sich auf die Entdeckung von dysregulierten Programmen Immunzellen, aber auch anderen Immunzellen bei Entzündungskrankheiten und die Entdeckung von Biomarkern für therapeutische Ansätze. Unser besonderes Interesse und unsere Kernkompetenz gelten der transkriptionellen und epigenetischen Programmierung von myeloischen Zellen wie Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen.

Multi-Omics-Ansätze ermöglichen es uns, ein klares Bild des Transkriptionsprozesses in Immunzellen, deren zugrunde liegenden epigenetischen Mechanismen und der daraus resultierenden biologischen Funktionen zu zeichnen.

In Kombination mit Daten zur Patientenanamnese, Zytokinexpression (Bead-basierte Multiplexing-Techniken) und Oberflächenmarker Expression (Durchflusszytometrie) können wir zentrale Faktoren identifizieren, die zur Pathogenesis verschiedener Erkrankungen beitragen und potenzielle Ziele für therapeutische Interventionen darstellen. Dem Konzept der Systembiologie folgend, verwenden wir Next-Generation-Sequencing und Multiplexing-Techniken (mRNA 3'-Prime-Sequencing, ATAC-Sequencing und ChIP-Sequencing), um krankheitsspezifische Datensätze zu generieren, die mittels bioinformatischer Ansätze analysiert werden. Unser Labor verfügt über PC-Systeme mit hoher Rechenleistung, um täglich neu eingehende Daten zu epigenetischen und transkriptionellen Prozessen in Immunzellen zu analysieren.

Neben unserer eigenen Forschung unterstützen wir die Forschung lokaler und internationaler Wissenschaftler durch bioinformatische Analysen, Data Mining und Hypothes Regenierung.