SummerSchool-Heidelberg

SEEDED:
Deep sequencing - Analysen zur personalisierten Medizin

SEEDED Summer School 2017 kombinierte Vorträge mit Gruppendiskussionen, praktischen Laborarbeiten und Datenanalyse und stellte so den kompletten Arbeitsablauf der Analyse epigenetischer Deregulation anhand komplementärer "multi-readout"-Datensätze dar.

In drei Modulen wurde ein strukturiertes Programm zur Weiterbildung zu epigenetischer Deregulation zusammengestellt, das zur Patientenstratifizierung und Vorhersage der Wirkstoffantwort genutzt werden kann. Modul 1 - ein interaktiver Vorlesungsworkshop – vermittelte den allgemeinen Rahmen für das Studium krankheitsrelevanter epigenetischer Deregulation durch Deep Sequencing-Methoden. Die praktischen Module 2 und 3 erläuterten den experimentellen Arbeitsablauf und die bioinformatische Analyse der Daten.
Die e:Med  SEEDED Summer School widmete sich schwerpunktmäßig der Epigenetik in der Systemmedizin und zielte darauf, Methodenkompetenzen von Nachwuchswissenschaftlern zu stärken und ihnen neue Sichtweisen auf ihre Projekte zu bieten. Um sich mit diesem systemmedizinischen Thema interdisziplinär auseinanderzusetzen, kamen 14 ausgewählte Teilnehmer und 14 Referenten aus unterschiedlichsten Forschungsgebieten - von Krebs über Malaria bis zu Fettleibigkeit und Diabetes - in Heidelberg zusammen.

Schwerpunktthema: epigenetische Deregulation im Zusammenhang mit Krankheiten

Die Therapie von Krankheiten unterliegt derzeit einem grundlegenden Paradigmenwechsel hin zur individualisierten Therapie, zu deren Verwirklichung eine umfassende personalisierte molekulare Charakterisierung der Patienten unerlässlich ist. Dazu finden genomweite Sequenzierungsmethoden gerade ihren Weg in die Klinik. Zusätzlich zur reinen Entschlüsselung der DNA-Sequenz vermitteln das Epigenom und das Transkriptom der Zelle eine Fülle von Informationen über den Krankheitszustand und können als Biomarker genutzt werden. Eine personalisierte epigenetische Erfassung des Krankheitszustands ist daher bestens geeignet, klinische Entscheidungen zu treffen.
Die SEEDED Summer School gab Nachwuchswissenschaftlern ein Konzept an die Hand, wie epigenetische Daten aus einer begrenzten Menge an Patientenprobenmaterial analysiert und integriert werden können.
Im ersten Teil der Summer School – dem interaktiven Vorlesungsworkshop im Crowne Plaza in Heidelberg – wurden zur  epigenetischen Deregulation in der Systemmedizin sowohl methodische Ansätze als auch Datenmanagement in den Blick genommen. Ergänzt wurde dies durch Themenblöcke zu Mechanismen der epigenetischen Regulation und Fragestellungen insbesondere zur Probenvorbereitung, Projekt-Planung, Standardisierung und Validierung.

Gleich zu Beginn wurde in spannenden Vorträgen die Wichtigkeit von methodischem Wissen veranschaulicht, um Big Data in der medizinischen Forschung zu verbesserter Diagnose und Stratifizierung  und neuen Therapie-Ansätzen nutzen zu können. Auf eindrucksvolle Weise wurden Fallbeispiele gezeigt, in denen epigenetische Therapien erfolgversprechend verlaufen, beispielsweise zur Behandlung pädiatrischer Tumore. Auch aus Erfahrungen der großen Sequenzier-Projekten wie ICGC, DEEP /IHEC, INFORM oder HIPO-DKFZ wurden berichtet.
In das Lecture Programm eingebettet waren“ Break out sessions“, in denen die Teilnehmer und Referenten in kleinen Gruppen intensiv diskutierten. Beispielsweise wurde in Bezug auf die Heterogenität von Krankheiten erörtert, welche entscheidenden Anhaltspunkte durch Epigenom- und Transkriptom-Sequenzierungen gewonnen werden könnten.

Besonders intensive Diskussionen wurden in der Session Chromatin networks and epigenetic regulation entfacht – hier wurde von der Anwendung epigenomischer Interpretationen über  Simulationsmodelle zu „transcription factories“ bis hin zur quantitativen Datenanalyse (beispielsweise Unterschiede in der DNA Methylierung) referiert. Auch Beispiele für schlechte Studienplanung und die Folgen daraus wurden erläutert, um auf die entscheidenden Fallstricke und Herausforderungen aufmerksam zu machen.
Insgesamt bewerteten die Teilnehmer die breit gefächerten Themen zur epigenetischen Deregulation der SEEDED Summer School sehr positiv. Besonders hervorgehoben wurden die intensiven Diskussionen unter den interdisziplinär zusammengesetzten Teilnehmern und Referenten während des gesamten Lecture Workshops, die auch während der Pausen und auf den Abendveranstaltungen weitergeführt wurden. So konnten die Teilnehmer die ausreichende Zeit und Möglichkeiten nutzen, den Sprechern spezifische Fragen zu stellen und intensiv zu diskutieren.

Experimentelle Analyse des funktionellen Epigenoms am EMBL

Der praktische Kurs zur Generierung hochauflösender Sequenzierdaten bildete die experimentelle Basis für die im September folgende integrative Analyse der epigenetischen Daten. Der Arbeitsablauf wurde zuvor vom Organisations-Team für den Einsatz begrenzter Mengen an primären Zellen optimiert. Die Teilnehmer hatten die Chance, selbst Hand anzulegen und das Auslesen dreier integrierter Datensätze aus Deep Sequencing zu testen.
Zur Beurteilung der Wechselbeziehungen zwischen epigenetischen Signalen, Chromatin-Zugänglichkeit und Transkriptom wurden verschiedende Methoden genutzt und unterschiedliche Datensätze erzeugt: genomweite Bisulfit-Sequenzierung (WGBS), ATAC-seq und RNA-seq. Mithilfe dieser Daten sollen epigenetische Signalwege (WGBS), aktive und zugängliche Enhancer- und Promotor-Sequenzen (ATAC-seq) sowie die funktionellen Auswirkungen auf die Genexpression (RNA-seq) evaluiert werden.

Auch wurden während der Inkubationszeiten durch die Referenten immer wieder kurze Übersichten zum Trouble shooting und Tipps und Tricks zum Umgang mit den Proben gegeben. Technische Herausforderungen, Fehlerbehebung und mögliche Fallstricke wurden ebenso besprochen wie  die notwendigen Anpassungen der Protokolle zur effizienten Anwendung der Technik mit Material unterschiedlicher Herkunft. Umrahmt wurde der praktische Teil mit Postersessions, bei denen die Teilnehmer informell gezielte Fragen zu ihrem Projekt stellen konnten und ein intensiver Austausch zwischen den Teilnehmern standfand.
Der experimentelle Teil wurde von den Teilnehmern als  ungemein wertvoll und hilfreich beschrieben. Insbesondere die Fehlersuche und Problembehandlung abgestimmt auf ihre eigenen Projekte fanden weithin großen Anklang. Die sehr gute Vorbereitung und das motivierte, kompetente Team wurden besonders hervorgehoben.

 

Ausflüge zum Philosophenweg und ins Neckartal mit Bootsfahrt und Burgbesichtigung sorgten für weiteren Austausch zwischen den Wissenschaftlern in entspannter Atmosphäre und rundete die Kurse im Juli ab.

Das dritte Modul wird den praktischen Arbeitsablauf zur bioinformatischen Analyse der generierten Sequenzierdaten zum Inhalt haben. Dieses wird im September über das Heidelberg Center for Human Bioinformatics (HD-HuB) im Rahmen des de.NBI-Programms durchgeführt.