Die Arbeitsgruppe “Genomic Imaging” untersucht den Einfluss genetischer Faktoren auf Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns.
Hierbei integrieren wir modernste molekulargenetische Untersuchungsmethoden, strukturelle und funktionelle Bildgebung des Gehirns, sowie neuropsychologische Daten. Mit unserer Forschung wollen wir zur Aufklärung der neurobiologischen Grundlagen phänotypischer Variabilität im gesunden und kranken Gehirn beitragen. Die genetischen, epigenetischen und transkriptomischen Daten unterstützen zudem den Aufbau eines mehrskaligen und multimodalen digitalen Atlasses des menschlichen Gehirns (Human Brain Atlas), der die verschiedenen Datenebenen integriert und Nutzern interaktiv zugänglich macht.
Systematische Identifizierung genetischer Faktoren für phänotypische Variabilität des Gehirns.
Bildgebende Verfahren fördern ein erstaunliches Ausmaß an struktureller und funktioneller Variabilität des Gehirns zutage. Mittels Heritabilitätsuntersuchungen lässt sich ermitteln, wie stark genetische Einflüsse zu der beobachteten Variabilität beitragen. Wir suchen mittels genomweiter Assoziationsstudien (GWAS) dann systematisch nach in der Bevölkerung häufigen genetischen Varianten, welche die Variabilität beeinflussen. Für die Untersuchungen steht uns eine große Stichprobe zur Verfügung, die 1000Gehirne-Studie, sowie Stichproben externer Kooperationspartner. Zudem sind wir Teil des internationalen ENIGMA-Konsortiums.
In letzter Zeit gewinnt auch die systematische Untersuchung in der Bevölkerung seltener genetischer Varianten an Bedeutung. Hierzu wenden wir Exom- oder Genomsequenzierungen mit Hilfe neuer Hochdurchsatzverfahren (Next Generation Sequencing – NGS) an.
Eine besondere Herausforderung stellt die biostatistische und bioinformatische Auswertung der erhobenen Daten dar, da die meisten Phänotypen durch das komplexe Zusammenspiel vieler genetischer Faktoren und Umweltfaktoren bedingt sind. Eine zunehmend wichtige Rolle spielt daher der Einsatz von Deep Learning. Das hierzu benötigte High Performance Computing (HPC) ist über das Jülich Supercomputing Center (JSC) verfügbar.
Einfluss bekannter genetischer Risikofaktoren auf den Phänotyp.
Genetische Untersuchungen in großen Kohorten von Patienten mit neuropsychiatrischen und neurologischen Erkrankungen fördern eine immer größere Zahl von Krankheits-assoziierten genetischen Varianten zutage. Wir untersuchen gezielt den Einfluss solcher Varianten auf phänotypische Variabilität gesunder Personen. Von großem Wert ist hierbei die Verfügbarkeit großer, gut charakterisierter Kohorten aus der Normalbevölkerung, wie der o.g. 1000Gehirne – Studie.
Regionale Unterschiede der Genexpression und Epigenetik im menschlichen Gehirn. Im Rahmen des EU Flagship Human Brain Project untersuchen wir in post-mortem Gehirnproben regionale Unterschiede der Genexpression und DNA-Methylierung. Diese Daten fließen in den Human Brain Atlas ein. Die Kenntnis regionaler Unterschiede gibt Hinweise auf Gengruppen für biologische Stoffwechselwege (sog. Pathways), die zu funktionellen Unterschieden beitragen. Im Rahmen dieser Arbeiten haben wir in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Architektonik und Hirnfunktion das neue bioinformatische Tool z.B. JuGEx entwickelt.
