GRK 2403:  Analyse und Umbau des regulatorischen Genoms

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355312821

Komplexe Entwicklungsprozesse erlauben es einem Organismus, aus einem Genom eine Vielzahl von Zelltypen zu differenzieren. Diese Prozesse werden nicht durch eine große Zahl an Genen ermöglicht, sondern durch die aufwendige Regulation der Gene. Seit der Sequenzierung des menschlichen Genoms haben wir zunehmend Einsicht in die regulatorischen Prozesse gewonnen, die die Aktivität der Gene von ihrem Kontext in dreidimensionalem Chromatin bis zum endgültigen Produkt als Protein oder RNA bestimmen. Um diesen regulatorischen Code zu entschlüsseln, werden experimentelle Hochdurchsatz-Methoden angewendet, die regulatorische Abläufe quantifizieren können. Diese Methoden können mittlerweile auf einzelnen Zellen angewendet werden und decken einen weiten Bereich ab, von den Effekten einzelner Bindestellen bis zur Funktion ganzer Regionen. Zusätzlich können Methoden der Genomeditierung die Sequenz oder die Aktivität regulatorischer Regionen ändern.Die resultierenden Daten erfordern die Anwendung ausgefeilter Informatik-Methoden, um die Resultate zu interpretieren und Einsicht in regulatorische Pro-zesse zu gewinnen. Verfahren des maschinellen Lernens haben enorme Fortschrit-te bei der automatischen Inferenz aus komplexen, großen Datenmengen ge-macht. Die Kombination von Experiment und Rechner stellt daher eine außergewöhnliche Gelegenheit dar, die nächste Forschergeneration in der quantitativen Interpretation der Genregulation im Kontext entwicklungsbiologischer Systeme auszubilden. Die hier vorgeschlagene Allianz zwischen Berliner Institutionen, an-geführt von der Humboldt-Universität, und Duke University setzt sich zum Ziel, sich dieser Herausforderung durch ein internationales Graduiertenkolleg zu stellen, welches um drei verzahnte Bereiche strukturiert ist: (1) Hochdurchsatzgeno-mik und Genomeditierung; (2) Bioinformatik und maschinelles Lernen; (3) Entwick-lungsbiologie und Systemgenetik.Doktoranden werden dabei einen signifikanten Teil ihrer Ausbildung an der jewei-ligen Partnerinstitution erhalten. Während dieser Zeit können die Studierenden von der Ko-Betreuung durch quantitative und experimentelle Experten profitieren. Ein maßgeschneidertes Programm wird sie dabei unterstützen, die drei Bereiche zu kombinieren und Fähigkeiten zu erlernen, die für eine erfolgreiche Karriere in In-dustrie oder an der Universität wichtig sind. Neue Vorlesungen werden durch Praktika von Bachelor-Studenten ergänzt, und der Einsatz von Webtechnologien wird in einer interaktiven, vernetzten Umgebung resultieren. Wir werden die Öffentlichkeit in die Diskussion der Möglichkeiten und Gefahren des Genomeditierens und maschinellen Lernens einbeziehen. Unsere Studenten werden so führende Rollen in der Entwicklung der Biologie zu einer quantitativen Disziplin und den aus der Genomik resultierenden gesellschaftlichen Veränderungen einnehmen.

• DFG-Verfahren: Internationale Graduiertenkollegs
• Internationaler Bezug: USA
• Antragstellende Institution: Humboldt-Universität zu Berlin
• Beteiligte Institution: Charité - Universitätsmedizin Berlin; Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC); Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (MPIMG)
• IGK-Partnerinstitution: Duke University
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Uwe Ohler
• Sprecher (IGK-Partner): Professor Gregory A. Wray, Ph.D.
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: David Garfield, Ph.D.; Professorin Dr. Kerstin Kaufmann; Professor Dr. Martin Kircher; Darío Jesús Lupiáñez García, Ph.D., seit 3/2019; Dr. Andreas Mayer; Professor Dr. Stefan Mundlos; Professorin Ana Pombo, Ph.D.; Professor Dr. Nikolaus Rajewsky; Dr. Edda Schulz; Professor Dr. Martin Vingron; Dr. Robert Patrick Zinzen