Analyse des genetischen Netzwerks hinter der Aktivierung von immunologischen und inflammatorischen Prozessen

• Antragstellerin: Sara Becker, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546121141

Interferone (IFNs) sind eine Gruppe von Zytokinen, die zunächst als antivirale Proteine beschrieben wurden. Inzwischen ist es aber eindeutig, dass sie an mehreren Prozessen der angeborenen Immunantwort beteiligt sind. IFNs lösen die Expression von IFN-stimulierten Genen (ISGs) aus, die in den Nachbarzellen infizierter Zellen einen antiviralen Zustand hervorrufen. Die Dynamik der Expression dieser ISGs wird durch komplexe Netzwerke verschiedener Transkriptionsfaktoren gesteuert. Da diese Netzwerke nur teilweise verstanden sind, werden wir eine systematische Analyse der Transkriptionsereignisse menschlicher Epithelzellen nach einer IFN-Behandlung durchführen. Außerdem vergleichen wir diese mit dem transkriptionellen Zustand, der direkt durch Virusinfektionen ausgelöst wird. Dadurch können gemeinsame Signalwege der angeborenen antiviralen Immunantwort identifiziert werden, sowie auch die Störungen, die Viren durch Immunevasionsmechanismen hervorrufen. Hierfür werden wir das Transkriptom von IFNβ-behandelten menschlichen Epithelzellen durch RNA-Sequenzierung (RNAseq) zu verschiedenen Zeitpunkten analysieren. Auf dieser Grundlage werden wir mit Hilfe von SCENIC (Single-cell regulatory network inference and clustering) genregulatorische Netzwerke (GRNs) konstruieren. Diese Netzwerke dienen als Grundlage um ISGs in Abhängigkeit ihrer Expressionskinetik in unterschiedliche Gruppen zu unterteilen. Anschließend werden wir diese Gruppen charakterisieren, indem wir ihre Promotor- und Enhancerregionen analysieren, um gemeinsame Muster der Transkriptionsfaktorbindung zu finden. Da bereits viele RNAseq-Datensätze veröffentlicht wurden, werden wir geeignete Datensätze zum Vergleich und zur Ergänzung unserer Analysen verwenden. Um bestimmte Signalwege in diesen GRNs zu verbessern, wird ein gepoolter Einzelzell-CRISPR-Screen durchgeführt. Zusätzlich werden einzelne Gene durch die CRISPR-Technologie ausgeschaltet, um ihre Rolle in der antiviralen Immunantwort zu klären. Parallel dazu werden wir einen ähnlichen Arbeitsablauf verwenden, um GRNs während einer viralen Infektion zu kartieren. Dafür werden die Transkriptome von Zellen, die mit verschiedenen Viren infiziert wurden, verglichen. Dies wird zeigen, welche gemeinsamen antiviralen Reaktionen durch verschiedene Virusfamilien ausgelöst werden und welche Immunreaktionen von Viren häufig umgangen werden. Mit diesem Projekt wollen wir eine systematische Analyse der Transkriptionsprozesse bei der IFN-Antwort erstellen. Wir werden die Expressionskinetik der ISGs klären und ihre Rolle bei der antiviralen Reaktion weiter aufklären. Sobald der hier beschriebene Arbeitsablauf etabliert ist, kann er in Zukunft auf verschiedene IFN-Typen und Zelltypen ausgeweitet werden. Letztlich werden diese Analysen unser Verständnis der Initiierung angeborener Immunreaktionen verbessern und zu neuen Behandlungsmöglichkeiten nicht nur für Virusinfektionen, sondern auch für Autoimmunerkrankungen und Krebs führen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Daniel Blanco-Melo, Ph.D.