AG Funktionelle Genomik
Leitung: Prof. Dr. rer. nat. Doris Steinemann
„Nicht jede Variante im Genom ist klinisch relevant. Wir müssen lernen, aus der großen Zahl der genetischen Veränderungen neutrale von pathogenen Varianten zu trennen. Daher wird nicht nur bei der Auswertung der enormen Datenmengen, sondern insbesondere auch bei der anschließenden Interpretation der Genvarianten die Bioinformatik eine entscheidende Rolle spielen.“ Doris Steinemann
Mitarbeiter/innen
- Doris Steinemann, Prof. Dr. rer. nat., Fachhumangenetikerin, Leitung
- Winfried Hofmann, Dr. rer. nat., wissenschaftlicher Mitarbeiter, Bioinformatik, stellvertretende Teamleitung
- Lena Wendeburg, Dipl. Biotechnologin (FH)
- Bernardus Aldrige Allister, Dr. rer. nat.,wiss. Mitarbeiter im Projekt:„Regulatory Variants in Hereditary Breast and Ovarian Cancer“ gefördert durch die DFG
- Isabel Klefenz, Dr. med., Ph.D.-Studentin im Projekt „Suscebtibilitiy to Immunodeficiencies“ gefördert durch RESIST und MHH HBRS
- Robert Fietz, cand. Dr. med., StrucMed
- Philipp Hermann Benjamin Knopf, cand. Dr. med.
- Erfan Rezaei Gharehbolagh, cand. Dr. med.
- Linus Maximilian Laaff, Medizinischer Technologe Laboratoriumsanalytik
Ehemalige wissenschaftliche Mitarbeiter:
- Dr. rer. nat. Jonathan Lukas Lühmann
- Dr. rer. nat. Rensheng Wan
- Dr. med. Leonie Braun, StrucMed
- Dr. med. Jan Hendrik Niemann, StrucMed
- Gina Kastens, M.Sc. Biomedizin
- Dr. rer. nat. Janin Anna Klein (geb. Bublitz), Ph.D. in Molecular Medicine
- Dr. rer. nat. Maximilian Schieck, PostDoc
- Dr. rer. nat. Jana Lisa van Luttikhuizen, Ph.D. in Molecular Medicine
- Dr. med. Mareike Jung, StrucMed
- Dr. med. Judith Penkert, StrucMed
- Marie Stelter, M.Sc. Biomedizin
- PD Dr. rer. nat. Stephanie Schubert, PostDoc
- Dr. rer. nat. Lisa Pahl, PostDoc
- Dr. rer. nat. Sonja Hänzelmann, PostDoc
- Cassandra Winter, M.Sc. Biochemie
- Anthony Petkidis, B.Sc. Biochemie
- Dr. rer. nat. Georgi Manukjan, Ph.D. in Molecular Medicine
- Dr. med. Tim Ripperger, Ph.D. in Molecular Medicine
- Dr. med. Simone Feurstein, StrucMed
Unser Forschungsziel
Unser Ziel ist es, Veränderungen im Genom zu identifizieren und deren Bedeutung im Hinblick auf eine Krankheitsentstehung zu verstehen. Um intronische und strukturelle Varianten zu detektieren nutzen wir modernste molekulargenetische Techniken wie die Genomsequenzierung und das optical genome mapping (OGM; https://bionanogenomics.com) welches eine de novo Assemblierung von Genomen ermöglicht. Insbesondere können strukturelle Genomvarianten mit einer Größe von 50 Bp bis hin zu mehreren Mb großen Einfluss auf die Expression von Genen der betroffenen oder naheliegenden Region haben und dazu führen, dass Genprodukte und Zellfunktionen außer Kontrolle geraten. Die Kenntnis über gestörte Abläufe in der Zelle kann eine daraus abgeleitete und gezielte Therapie ermöglichen und stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Heilung von Patienten dar.
Forschungsschwerpunkte:
In Familien mit gehäuftem Auftreten von Brust- und Eierstockkrebs (HBOC) kann in etwa 20% der Fälle molekulargenetisch eine eindeutige Diagnose gestellt werden aus denen sich therapeutische Konsequenzen ableiten. Dabei beschränkt sich die Diagnostik auf die proteinkodierenden Sequenzen konsortial abgestimmter und international etablierter Kerngene (ATM, BRCA1, BRCA2, BRIP1, CDH1, CHEK2, PALB2, RAD51C, RAD51D, TP53). Aber auch Veränderungen außerhalb dieser Gen-kodierenden Sequenzabschnitte können relevant sein und zur Inaktiverung von Produkten selcher Risikogene führen. Diese sollen mittels Genom-Sequenzierungen und OGM nachgewiesen in hoch selektionierten Familien nachgewiesen werden. Erfahrungsgemäß wird in einzelnen Individuen eine Vielzahl von Veränderungen gefunden, deren funktionelle Bedeutung hinsichtlich einer möglichen Fehlsteuerung zellulärer Prozesse unklar ist. Bei der Interpretation der Pathogenität helfen uns Prädiktionsprogramme, in silico-Analysen und Datenbanken großer Sequenzierprojekte.
Kooperationen: Das Team Funktionelle Genomik kooperiert intensiv mit nationalen und internationalen Konsortien, um die Frequenz von Genvarianten in großen Fall/-Kontrollgruppen sowie populationsbasiert zu vergleichen (z.B. Deutsches Konsortium Erblicher Brust-und Eierstockkrebs, www.konsortium-familiaerer-brustkrebs.de). Außerdem bestehen enge Kooperationen an der MHH (Pathologie, Gyn. Onkologie) bzgl. somatischer Veränderungen in den Tumoren.
In diesem Projekt wollen wir die genetischen Grundlagen von angeborenen Immundefizienzen besser verstehen. Während es für die meisten Menschen bzw. deren Immunsystem kein Problem ist, mit viralen oder bakteriellen Erregern fertig zu werden, diese zu attackieren und schnell zu eliminieren, gibt es andere, die extrem anfällig sind und mit einem schweren Verlauf zu tun haben. Das kann verschiedenste genetische Ursachen haben. Es sind nahezu 500 Gene bekannt, die mit einer Dysregulation des Immunsystems zu tun haben. Dennoch bleiben auch nach einer (Gesamt-Exom-Sequenzierung (Whole Exome Sequencing) viele Patienten undiagnostiziert. Das hängt damit zusammen, dass bin der Vergangenheit vorrangig SNPs und weniger strukturelle Genomvarianten ins Visier genommen wurden. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern in RESIST, die große Kohorten entsprechender Patienten gesammelt haben bzw. sammeln werden, wollen wir die Bedeutung von größeren genomischen Rearrangements im Hinblick auf die Immunantwort untersuchen.
https://www.resist-cluster.de/forschung/projektbereich-a-gene/projekt-a2/
Strukturelle Varianten sind auch für die Stratifizierung von kindlichen Leukämien von zentraler Bedeutung. Sie können beispielsweise zu Genfusionen führen und Onkogene konstitutiv aktivieren. Insbesondere die ABL-Kinase und andere Kinase-Genfusionen haben in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Das Team Funktionelle Genomik verwendet als einer der ersten Forschungseinrichtungen in Europa die OGM Technolgie von Bionano Genomics (https://bionanogenomics.com/). Diese ermöglicht eine hochauflösende de novo Kartierung des Genoms und ist eine geeignete Methode um prognostisch und therapeutisch relevante strukturelle Veränderungen zu identifizieren. Sowohl Aneuploidien, Kopienzahlveränderungen, Translokationen, Inversionen und Insertionen werden mit dieser Methode mit hoher Sensitivität und Spezifität detektiert. Es zeigt sich, dass viele der chromosomalen Veränderungen deutlich komplexer sind als sie zunächst mit anderen Methoden erscheinen und gerade kryptische Alterationen sehr gut aufgelöst werden können.
Publikationsliste 2020 - heute
2022
Sandmann S, Behrens YL, Davenport C, Thol F, Heuser M, Dörfel D, Löhr F, Castrup A, Steinemann D, Varghese J, Schlegelberger B, Dugas M, Göhring G. Clonal Evolution at First Sight: A Combined Visualization of Diverse Diagnostic Methods Improves Understanding of Leukemic Progression. Front Oncol. 2022 Jul 8;12:888114. doi: 10.3389/fonc.2022.888114. PMID: 35875134; PMCID: PMC9305660.
Suttorp J, Lühmann JL, Behrens YL, Göhring G, Steinemann D, Reinhardt D, Neuhoff NV, Schneider M. Optical Genome Mapping as a Diagnostic Tool in Pediatric Acute Myeloid Leukemia. Cancers (Basel). 2022 Apr 19;14(9):2058. doi: 10.3390/cancers14092058. PMID: 35565187; PMCID: PMC9102001.
Wan R, Schieck M, Caballero-Oteyza A, Hofmann W, Cochino AV, Shcherbina A, Sherkat R, Wache-Mainier C, Fernandez A, Sultan M, Illig T, Grimbacher B, Proietti M, Steinemann D. Copy Number Analysis in a Large Cohort Suggestive of Inborn Errors of Immunity Indicates a Wide Spectrum of Relevant Chromosomal Losses and Gains. J Clin Immunol. 2022 Apr 29. doi: 10.1007/s10875-022-01276-8. Epub ahead of print. PMID: 35486341.
Ghandili S, Kluger MA, Leitner T, Grahammer F, Kirchner L, Modemann F, Achilles EG, Kreipe HH, Klein J, Steinemann D, Wolschke C, Fischer L, Bokemeyer C, Fiedler W, Huber TB, Alsdorf WH, Mahmud M. Donor-transmitted extramedullary acute myeloid leukaemia after living donor kidney transplantation. Br J Haematol. 2022 Jul;198(1):199-202. doi: 10.1111/bjh.18194. Epub 2022 Apr 15. PMID: 35428972; PMCID: PMC9321064.
2021
Eggenschwiler R, Gschwendtberger T, Felski C, Jahn C, Langer F, Sterneckert J, Hermann A, Lühmann J, Steinemann D, Haase A, Martin U, Petri S, Cantz T. A selectable all-in-one CRISPR prime editing piggyBac transposon allows for highly efficient gene editing in human cell lines. Sci Rep. 2021 Nov 12;11(1):22154. doi: 10.1038/s41598-021-01689-2. PMID: 34773059; PMCID: PMC8589839.
Lühmann JL, Stelter M, Wolter M, Kater J, Lentes J, Bergmann AK, Schieck M, Göhring G, Möricke A, Cario G, Žaliová M, Schrappe M, Schlegelberger B, Stanulla M, Steinemann D. The Clinical Utility of Optical Genome Mapping for the Assessment of Genomic Aberrations in Acute Lymphoblastic Leukemia. Cancers (Basel). 2021 Aug 30;13(17):4388. doi: 10.3390/cancers13174388. PMID: 34503197; PMCID: PMC8431583.
Salim M, Heldt F, Thomay K, Lentes J, Behrens YL, Kaune B, Möricke A, Cario G, Schieck M, Hofmann W, Davenport C, Steinemann D, Schrappe M, Schlegelberger B, Göhring G. Cryptic TCF3 fusions in childhood leukemia: Detection by RNA sequencing. Genes Chromosomes Cancer. 2022 Jan;61(1):22-26. doi: 10.1002/gcc.22998. Epub 2021 Sep 13. PMID: 34460133.
Dannenmann B, Klimiankou M, Oswald B, Solovyeva A, Mardan J, Nasri M, Ritter M, Zahabi A, Arreba-Tutusaus P, Mir P, Stein F, Kandabarau S, Lachmann N, Moritz T, Morishima T, Konantz M, Lengerke C, Ripperger T, Steinemann D, Erlacher M, Niemeyer CM, Zeidler C, Welte K, Skokowa J. iPSC modeling of stage-specific leukemogenesis reveals BAALC as a key oncogene in severe congenital neutropenia. Cell Stem Cell. 2021 May 6;28(5):906-922.e6. doi: 10.1016/j.stem.2021.03.023. Epub 2021 Apr 23. PMID: 33894142.
Hoffmann D, Sens J, Brennig S, Brand D, Philipp F, Vollmer Barbosa P, Kuehle J, Steinemann D, Lenz D, Buchegger T, Morgan M, Falk CS, Klein C, Lachmann N, Schambach A. Genetic Correction of IL-10RB Deficiency Reconstitutes Anti-Inflammatory Regulation in iPSC-Derived Macrophages. J Pers Med. 2021 Mar 20;11(3):221. doi: 10.3390/jpm11030221. PMID: 33804706; PMCID: PMC8003874.
Decker M, Lammens T, Ferster A, Erlacher M, Yoshimi A, Niemeyer CM, Ernst MPT, Raaijmakers MHGP, Duployez N, Flaum A, Steinemann D, Schlegelberger B, Illig T, Ripperger T. Functional classification of RUNX1 variants in familial platelet disorder with associated myeloid malignancies. Leukemia. 2021 Nov;35(11):3304-3308. doi: 10.1038/s41375-021-01200-w. Epub 2021 Mar 10. PMID: 33692461; PMCID: PMC8550979.
Behrens YL, Schienke A, Davenport C, Lentes J, Tauscher M, Steinemann D, Rasche M, Knirsch S, Joachim S, Reinhardt D, Schlegelberger B, Göhring G. BCR-ABL1 positive AML or CML in blast crisis? A pediatric case report with inv(3) and t(9;22) in the initial clone. Cancer Genet. 2021 Jun;254-255:70-74. doi: 10.1016/j.cancergen.2021.02.007. Epub 2021 Feb 19. PMID: 33647814.
Winter G, Kirschner-Schwabe R, Groeneveld-Krentz S, Escherich G, Möricke A, von Stackelberg A, Stanulla M, Bailey S, Richter L, Steinemann D, Ripperger T, Escudero A, Farah R, Lohi O, Wadt K, Jongmans M, van Engelen N, Eckert C, Kratz CP. Clinical and genetic characteristics of children with acute lymphoblastic leukemia and Li-Fraumeni syndrome. Leukemia. 2021 May;35(5):1475-1479. doi: 10.1038/s41375-021-01163-y. Epub 2021 Feb 12. PMID: 33580201; PMCID: PMC8102191.
Kirchhoff H, Karsli U, Schoenherr C, Battmer K, Erschow S, Talbot SR, Steinemann D, Heuser M, Heidenreich O, Hilfiker-Kleiner D, Ganser A, Eder M, Scherr M. Venetoclax and dexamethasone synergize with inotuzumab ozogamicin-induced DNA damage signaling in B-lineage ALL. Blood. 2021 May 13;137(19):2657-2661. doi: 10.1182/blood.2020008544. PMID: 33512436.
Warnstorf D, Bawadi R, Schienke A, Strasser R, Schmidt G, Illig T, Tauscher M, Thol F, Heuser M, Steinemann D, Davenport C, Schlegelberger B, Behrens YL, Göhring G. Unbalanced translocation der(5;17) resulting in a TP53 loss as recurrent aberration in myelodysplastic syndrome and acute myeloid leukemia with complex karyotype. Genes Chromosomes Cancer. 2021 Jun;60(6):452-457. doi: 10.1002/gcc.22938. Epub 2021 Feb 19. PMID: 33486841.
Schwab C, Roberts K, Boer JM, Göhring G, Steinemann D, Vora A, Macartney C, Hough R, Thorn Z, Dillon R, Escherich G, Cazzaniga G, Schlegelberger B, Loh M, den Boer ML, Moorman AV, Harrison CJ. SSBP2-CSF1R is a recurrent fusion in B-lineage acute lymphoblastic leukemia with diverse genetic presentation and variable outcome. Blood. 2021 Apr 1;137(13):1835-1838. doi: 10.1182/blood.2020008536. PMID: 33197935.
2020
Cullmann K, Jahn M, Spindler M, Schenk F, Manukjan G, Mucci A, Steinemann D, Boller K, Schulze H, Bender M, Moritz T, Modlich U. Forming megakaryocytes from murine-induced pluripotent stem cells by the inducible overexpression of supporting factors. Res Pract Thromb Haemost. 2020 Dec 3;5(1):111-124. doi: 10.1002/rth2.12453. PMID: 33537535; PMCID: PMC7845061.
Radner M, van Luttikhuizen JL, Bartels S, Bublitz J, Grote I, Rieger L, Christgen H, Stark H, Werlein C, Lafos M, Steinemann D, Lehmann U, Christgen M, Kreipe H. Chromosome 2q gain and epigenetic silencing of GATA3 in microglandular adenosis of the breast. J Pathol Clin Res. 2021 May;7(3):220-232. doi: 10.1002/cjp2.195. Epub 2020 Dec 31. PMID: 33382535; PMCID: PMC8073017.
Barnes DR, Rookus MA, … , Steinemann D, …, Easton DF, Chenevix-Trench G, Antoniou AC; Consortium of Investigators of Modifiers of BRCA and BRCA2. Polygenic risk scores and breast and epithelial ovarian cancer risks for carriers of BRCA1 and BRCA2 pathogenic variants. Genet Med. 2020 Oct;22(10):1653-1666. doi: 10.1038/s41436-020-0862-x. Epub 2020 Jul 15. PMID: 32665703; PMCID: PMC7521995.
Niemann JH, Du C, Morlot S, Schmidt G, Auber B, Kaune B, Göhring G, Ripperger T, Schlegelberger B, Hofmann W, Smol T, Ait-Yahya E, Raimbault A, Lambilliotte A, Petit F, Steinemann D. De novo missense variants in the RAP1B gene identified in two patients with syndromic thrombocytopenia. Clin Genet. 2020 Oct;98(4):374-378. doi: 10.1111/cge.13807. Epub 2020 Jul 21. PMID: 32627184.
Jung M, Schieck M, Hofmann W, Tauscher M, Lentes J, Bergmann A, Stelter M, Möricke A, Alten J, Schlegelberger B, Schrappe M, Zimmermann M, Stanulla M, Cario G, Steinemann D. Frequency and prognostic impact of PAX5 p.P80R in pediatric acute lymphoblastic leukemia patients treated on an AIEOP-BFM acute lymphoblastic leukemia protocol. Genes Chromosomes Cancer. 2020 Nov;59(11):667-671. doi: 10.1002/gcc.22882. Epub 2020 Jul 7. PMID: 32592278; PMCID: PMC7540392.
Christgen M, Bartels S, van Luttikhuizen JL, Bublitz J, Rieger LU, Christgen H, Stark H, Sander B, Lehmann U, Steinemann D, Derksen PWB, Kreipe H. E-cadherin to P-cadherin switching in lobular breast cancer with tubular elements. Mod Pathol. 2020 Dec;33(12):2483-2498. doi: 10.1038/s41379-020-0591-3. Epub 2020 Jun 22. PMID: 32572153; PMCID: PMC7685979.
Kalasova I, Hailstone R, Bublitz J, Bogantes J, Hofmann W, Leal A, Hanzlikova H, Caldecott KW. Pathological mutations in PNKP trigger defects in DNA single-strand break repair but not DNA double-strand break repair. Nucleic Acids Research, Volume 48, Issue 12, 09 July 2020, 6672–6684. doi: 10.1093/nar/gkaa489. Epub 2020 June 06. PMID: 32504494; PMCID: PMC7337934
Rio-Machin A, Vulliamy T,… Schlegelberger B, Ripperger T, Steinemann D,… Fitzgibbon J, Dokal I. The complex genetic landscape of familial MDS and AML reveals pathogenic germline variants. Nat Commun. 2020 Feb 25;11(1):1044. doi: 10.1038/s41467-020-14829-5. PMID: 32098966; PMCID: PMC7042299.
Schieck M, Lentes J, Thomay K, Hofmann W, Behrens YL, Hagedorn M, Ebersold J, Davenport CF, Fazio G, Möricke A, Buchmann S, Alten J, Cario G, Schrappe M, Bergmann AK, Stanulla M, Steinemann D, Schlegelberger B, Cazzaniga G, Göhring G. Implementation of RNA sequencing and array CGH in the diagnostic workflow of the AIEOP-BFM ALL 2017 trial on acute lymphoblastic leukemia. Ann Hematol. 2020 Apr;99(4):809-818. doi: 10.1007/s00277-020-03953-3. Epub 2020 Feb 20. PMID: 32078009; PMCID: PMC7069912.
Fuchs NV, Schieck M, Neuenkirch M, Tondera C, Schmitz H, Wendeburg L, Steinemann D, Elpers C, Rutsch F, König R. Generation of three induced pluripotent cell lines (iPSCs) from an Aicardi-Goutières syndrome (AGS) patient harboring a deletion in the genomic locus of the sterile alpha motif and HD domain containing protein 1 (SAMHD1). Stem Cell Res. 2020 Mar;43:101697. doi: 10.1016/j.scr.2019.101697. Epub 2020 Jan 9. PMID: 32062129.
Hoffmann D, Kuehle J, Lenz D, Philipp F, Zychlinski D, Lachmann N, Moritz T, Steinemann D, Morgan M, Skokowa J, Klein C, Schambach A. Lentiviral gene therapy and vitamin B3 treatment enable granulocytic differentiation of G6PC3-deficient induced pluripotent stem cells. Gene Ther. 2020 Jun;27(6):297-306. doi: 10.1038/s41434-020-0127-y. Epub 2020 Feb 12. PMID: 32051561.
Fuchs NV, Schieck M, Neuenkirch M, Tondera C, Schmitz H, Steinemann D, Göhring G, König R. Induced pluripotent stem cell line (PEIi003-A) derived from an apparently healthy male individual. Stem Cell Res. 2020 Jan;42:101679. doi: 10.1016/j.scr.2019.101679. Epub 2019 Dec 4. PMID: 31837633.
van Luttikhuizen JL, Bublitz J, Schubert S, Schmidt G, Hofmann W, Morlot S, Buurman R, Auber B, Schlegelberger B, Steinemann D. From a variant of unknown significance to pathogenic: Reclassification of a large novel duplication in BRCA2 by high-throughput sequencing. Mol Genet Genomic Med. 2020 Sep;8(9):e1045. doi: 10.1002/mgg3.1045. Epub 2019 Nov 13. PMID: 31724318; PMCID: PMC7506983.
Cario G, Leoni V, Conter V, Attarbaschi A, Zaliova M, Sramkova L, Cazzaniga G, Fazio G, Sutton R, Elitzur S, Izraeli S, Lauten M, Locatelli F, Basso G, Buldini B, Bergmann AK, Lentes J, Steinemann D, Göhring G, Schlegelberger B, Haas OA, Schewe D, Buchmann S, Moericke A, White D, Revesz T, Stanulla M, Mann G, Bodmer N, Arad-Cohen N, Zuna J, Valsecchi MG, Zimmermann M, Schrappe M, Biondi A. Relapses and treatment-related events contributed equally to poor prognosis in children with ABL-class fusion positive B-cell acute lymphoblastic leukemia treated according to AIEOP-BFM protocols. Haematologica. 2020 Jul;105(7):1887-1894. doi: 10.3324/haematol.2019.231720. Epub 2019 Oct 10. PMID: 31601692; PMCID: PMC7327633