EpiScape: Bioinformatische Rekonstruktion und interaktive Visualisierung der epigenetischen Regulation von Blutbildung und Blutkrebs

• Antragsteller: Florian Halbritter, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik ; Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284000042

Forschungsgruppen weltweit arbeiten im Rahmen des International Human Epigenome Consortium an einem umfassenden und detaillierten Referenzkatalog des menschlichen Epigenoms. Diese Daten tragen substantiell zu unserem Verständnis von Zelldifferenzierung und der Rolle epigenetischer Mechanismen in Krankheiten wie Krebs bei. Aufgrund der Menge und Komplexität der Daten ist ihre genomweite Analyse und Interpretation jedoch anspruchsvoll und oft nur von Bioinformatik-Experten zu bewältigen. In dem vorgeschlagenen Projekt werde ich eine Methode und eine Software entwickeln, die die visuelle Erkundung von umfangreichen Epigenom-Daten im Webbrowser ermöglicht -- interaktiv, in Echtzeit und unter Verwendung aktueller Methoden des maschinellen Lernens und der Statistik. Dadurch werden Epigenom-Datenanalysen auch für Biologen und biomedizinische Forscher ohne Bioinformatik-Spezialkenntnisse machbar, was den praktischen Nutzen der internationalen Investitionen in diese Datensammlungen signifikant erhöhen wird. Ich werde die entwickelten Methoden an einer konkreten biomedizinischen Anwendung erproben, nämlich zur Stratifizierung von Blutkrebsproben anhand von Epigenom-Daten, mit Hinblick auf die Entwicklung von Biomarkern für die Präzisionsmedizin.Das vorgeschlagene Projekt kann in drei Hauptziele untergliedert werden: 1. AUTOMATISIERTE EXTRAKTION UND REPRÄSENTATION. Mit einem neuen Datenformat (EpiCubes) und speziell entwickelten Algorithmen werde ich Epigenom-Daten semi-automatisch in informationsreiche, integrierte Datenquellen umwandeln. Da die Daten auf diese Weise strukturiert gepackt werden, ermöglicht dies einen effizienten Datenzugriff und biologische Analysen in Echtzeit.2. INTERAKTIVE VISUALISIERUNG UND MODELLIERUNG. Ich werde benutzerfreundliche Software entwickeln (EpiScape), mit der Epigenom-Daten von tausenden von Proben im Webbrowser visualisiert und modelliert werden können. Der Fokus wird dabei auf globale Muster über viele Regionen und Zellzustände gelegt. Bei der Entdeckung dieser Muster hilft das Expertenwissen der Nutzer, die durch die Software in ihrer Datenexploration unterstützt werden.3. EPIGENETIK VON BLUTBILDUNG UND BLUTKREBS. Zur Modellierung der epigenetischen Landschaft von Blutbildung mit EpiScape werde ich Daten von BLUEPRINT und dem International Human Epigenome Consortium verwenden. Ich werde tausende von DNA Methylierungs-Datensätze in ein Model integrieren, um die epigenetische Genregulation im Blutkrebs zu erforschen und neue Biomarker zur Patienten-Stratifizierung zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Österreich
• Gastgeber: Professor Dr. Christoph Bock