Signalwege und Funktionelle Genomik
- Funktionelle und Strukturelle Genomforschung
Prof. Dr. Michael Boutros
Abteilungsleiter
Zelluläre Signalnetzwerke steuern wichtige Entscheidungsprozesse während der Entwicklung und der Entstehung von Krankheiten. Wir entwickeln und verwenden funktionelle genomische Methoden, um die zugrunde liegenden kontextabhängigen molekularen Mechanismen zu analysieren. Ein Ziel ist es, die abweichende Signalübertragung bei Darmkrebs und dem Wnt-Signalweg besser zu verstehen, indem wir Modelle wie die Fruchtfliege und humane Organoide verwenden.
Bild: Ein Netzwerk von genetischen Interaktionen zum besseren Verständnis von komplexen Genregulationsmustern. Heigwer et al., 2023, Cell Systems © dkfz.de,
Bild: Ein Netzwerk von genetischen Interaktionen zum besseren Verständnis von komplexen Genregulationsmustern. Heigwer et al., 2023, Cell Systems © dkfz.de,
Unsere Forschung
Zelluläre Signalnetzwerke steuern wichtige Entscheidungsprozesse während der Entwicklung im gesunden Organismus und bei der Entstehung von Krebs. Genomische Ansätze wie Ganzgenomsequenzierung und Genkartierung haben viele genetische Varianten in Komponenten von Signalwegen identifiziert, aber ihre Funktionen und Interaktionen bleiben oft unbekannt. Um diese Fragen anzugehen, entwickeln und nutzen wir Methoden der funktionellen Genomik, um kontextabhängige Funktionen von Signalmolekülen zu verstehen, ihre Mechanismen zu analysieren und neue Schwachstellen in Tumorzellen zu entdecken. Wir führen systematische Screenings durch, um neue funktionelle Faktoren zu identifizieren und zu verstehen, wie sie miteinander verknüpft sind und wie sie in Krebszellen fehlreguliert werden. Wir verwenden insbesondere genetische und genomische Methoden, um Genotyp und Phänotyp zu verknüpfen, sowie zellbiologische Ansätze, um spezifische Prozesse zu untersuchen und die zugrundeliegenden Mechanismen aufzudecken. Aktuelle Forschungsthemen in unserer Forschungsabteilung sind:
Aktuelle Forschungsthemen
Wnt-Signalwege sind für die Aufrechterhaltung von Stammzellen und Entscheidungsprozessen während der Entwicklung notwendig und sind in Krebserkrankungen häufig fehlreguliert. Wir verwenden eine Reihe von Modellsystemen von Drosophila über Maus bis hin zu menschlichen Krebszellen und Organoiden, um Schlüsselkomponenten zu identifizieren und die physiologische und pathophysiologische Regulation von Wnt-Signalnetzwerken zu verstehen. Hochdurchsatz-Screening und integrative genomische Ansätze werden eingesetzt, um neue Komponenten des Wnt-Signalweges zu finden und zu charakterisieren sowie potenzielle therapeutische Targets und chemogenetische Interaktionen zu identifizieren.
Wie Gene in diesen komplexen Netzwerken interagieren und Phänotypen auf Zell-, Gewebe- oder Organismusebene beeinflussen, sind wichtige Fragen, um zu verstehen, wie genetische Netzwerke bei Krankheiten dysfunktional werden und wie diese Netzwerke auf Störungen wie medikamentöse Behandlungen reagieren. Wir untersuchen systematisch genetische Interaktionen, um Genotyp-Phänotyp-Beziehungen mithilfe von Einzelzell-, High-Content-Imaging- und Multi-Omic-Ansätzen zu analysieren. Wir entwickeln die genomischen Technologien, die für das Hochdurchsatz-Screening mit RNAi, CRISPR und kleinen Molekülen erforderlich sind, und kombinieren sie mit neuartigen Ansätzen zur Datenintegration, um umfassende funktionelle Karten zellulärer Prozesse zu erstellen.
Unsere Gruppe entwickelt neue Hochdurchsatzmethoden, um genetische und pharmakologische Störungen von Signalnetzwerken zu erzeugen. Dies beinhaltet die Entwicklung neuartiger CRISPR- und RNAi-Bibliotheken für den in vivo- und in vitro-Einsatz, neue bildbasierte Phänotypisierungstests sowie kombinatorische Ansätze für genetische und Wirkstoff-Screens. Darüber hinaus entwickeln wir neue bioinformatische Ansätze zur automatisierten Analyse und Visualisierung von Hochdurchsatz-Screenings und zur integrativen Analyse von Screening-Ergebnissen. Dazu gehören Algorithmen und Softwareanwendungen für das Design von RNAi- und CRISPR-Reagenzien und deren Off-Target-Prädiktion sowie öffentliche Datenbanken mit funktionellen Screening-Daten.
Wir sind besonders an Fragestellungen interessiert, die sich mit kontextabhängigen Mechanismen der Wnt-Signaltransduktion befassen, sowie an Ansätzen zur Identifizierung neuer Targets von Wnt-Signalwegen in Krebserkrankungen. Dazu werden wir auch Organoide von Patienten verwenden. Als zukünftiges Ziel unserer Forschung werden wir die in Modellorganismen entwickelten Technologien mittels hochdimensionaler Phänotypisierung auf komplexere Modelle übertragen. Schließlich werden wir die Entwicklung optimierter Werkzeuge zur Inaktivierung von Genen durch präzises Genom-Engineering, High-Content-Imaging von Organoiden und die umfassende Analyse großer phänotypischer Daten fortsetzen.
Weiterführende Informationen
Team
44 Mitarbeiter:innen
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Prof. Dr. Michael Boutros
Abteilungsleiter
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Shivohum Bahuguna
Doktorand
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Claudia Blaß
Bioingenieurin
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Dr. Kim Elisabeth Boonekamp
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Caroline Diefenbach
Sekretärin
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Revekka Dimou
Technische Mitarbeiterin
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Dr. Jan Gerwin
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Dr. Michaela Gerwin-Holzem
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Jan Gunnar Gleixner
Doktorand
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Dr. Vaishali Grewal
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Dr. Ulrike Hardeland
Wissenschaftliche Projektmanagerin
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Dr. Florian Heigwer
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Maria Hübl
BFD Mitarbeiterin
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Dr. Javed Iqbal
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Noelle Jung
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Ralitsa Karadzhova
Medizindoktorandin
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Janne Klett
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Büsra Kocamese
Doktorandin
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Dr. Dominique Kranz
Wissenschaftliche Projektmanagerin (SFB 1324)
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Melanie Kuhse
Technische Mitarbeiterin
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Svenja Leible
Bioingenieurin
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Dr. Christian Maercker
Wissenschaftlicher Projektmanager (ACHILLEUS)
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Dr. Pradhipa Karuna Manivannan
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Thilo Miersch
Bioingenieur
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Siu Wang Ng
Doktorand
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Felicitas Olschowsky
Sekretärin
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Dr. Bojana Pavlovic
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Dr. Fillip Joscha Port
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Dr. Cornelia Redel-Smirnov
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Dr. Siamak Redhai
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Saskia Reuter
Doktorandin
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Barbara Schmitt
Bioingenieurin
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Dr. Antonia Schubert
Wissenschaftliche Mitarbeiterin / MD
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Alma Spahic
Laborhilfskraft
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Claudia Strein
Technische Mitarbeiterin
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Mona Stricker
Technische Mitarbeiterin
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Dr. Erica Valentini
Bioinformatikerin
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Dr. Oksana Voloshanenko
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Tianyu Wang
Doktorandin
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Bea Weberbauer
BFD Mitarbeiterin
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Nadine Winkler
Doktorandin
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Dr. Thomas Worst
Wissenschaftlicher Mitarbeiter / MD
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Jessica Zipf
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Dr. Martina Zowada
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Ausgewählte Publikationen
Heigwer, F., Scheeder, C., Bageritz, J., Yousefian, S., Rauscher, B., Laufer, C., Beneyto-Calabuig, S., Funk, M.C., Peters, V., Boulougouri, M., Bilanovic, J., Miersch, T., Schmitt, B., Blass, C., Port, F., Boutros, M.
Betge, J., Rindtorff, N., Sauer, J., Rauscher, B., Dingert, C., Gaitantzi, H., Herweck, F., Srour-Mhanna, K., Miersch, T., Valentini, E., Boonekamp, K.E., Hauber, V., Gutting, T., Frank, L., Belle, S., Gaiser, T., Buchholz, I., Jesenofsky, R., Härtel, N., Zhan, T., Fischer, B., Breitkopf-Heinlein, K., Burgermeister, E., Ebert, M.P., Boutros, M.
Bartscherer, K., Pelte, N., Ingelfinger, D., Boutros, M.