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AG Mashreghi

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Therapeutische Genregulation

Die gegenwärtige Covid-19 Pandemie illustriert in beeindruckender Weise, wie unterschiedlich einzelne Menschen auf einen Krankheitserreger reagieren. Einige entwickeln gar keine Symptome, andere sterben daran. Gegen manche Krankheitserreger entwickeln wir eine lebenslange Immunität, gegen andere nicht. Die Gründe für diese Unterschiede sind weitgehend unbekannt. Zu ihrer Untersuchung braucht man Methoden zur präzisen, systematischen Erfassung der menschlichen Immunreaktionen. Einzigartige Methoden zur Identifizierung der Zellen des menschlichen Immunsystems, die an einer Immunreaktion teilnehmen, und zu ihrer Isolierung aus Gewebe und Blut, wurden in den vergangenen Jahren am DRFZ entwickelt. Die Arbeitsgruppe Mashreghi hat sich darauf spezialisiert, diese Zellen einzeln daraufhin zu untersuchen, (1) welche Gene sie exprimieren, was Rückschlüsse darauf erlaubt, welche Rolle sie in der Immunreaktion spielen, wie sie aktiviert wurden, und ob sie ein immunologisches Gedächtnis verkörpern, und (2) welche Antigenrezeptoren sie haben, was Rückschlüsse darauf erlaubt, welche Menschen diese Rezeptoren haben, welche Antigene sie erkennen, wie die Zellen miteinander verwandt sind, und was sie zur Immunität beitragen.

Diese Expertise gründet sich technologisch auf die Isolierung von reaktiven Lymphozyten, die Verwendung von Oligonucleotid-gekoppelten Antikörpern zur Markierung von Oberflächenproteinen (CITE-Seq), der Generierung der 10X Genomics basierten Einzelzell- cDNA Bibliotheken (10X Genomics 5`Next GEM), der NGS-Sequenzierung (Illumina), und die Untersuchung des Antigenrezeptor-Repertoires (Single-Cell V(D)J-Sequencing) von B- und T- Lymphozyten auf Einzelzell-Ebene im Kontext ihrer globalen Gen- und Oberflächenprotein-Signatur, inclusive der bioinformatischen Primär- und Sekundäranalyse der Daten (bioinformatische Plattform).

Die Expertise dieser Arbeitsgruppe bietet eine einzigartige Möglichkeit zur Untersuchung von Immunreaktionen, insbesondere aktuell, in Zusammenarbeit mit virologischen und klinischen Arbeitsgruppen, zur Untersuchung der Heterogenität der menschlichen Immunreaktionen auf SARS-CoV2 (Covid-2).

Über die AG

Bereits 1856 erkannte Rudolf Virchow, dass die Ursache der meisten Krankheiten „kranke“ Zellen sind (Cellularpathologie). Die experimentelle Forschung am DRFZ identifiziert die Zellen, die rheumatische Erkrankungen auslösen und antreiben. In dieser Arbeitsgruppe wird durch modernste Methoden (z.B. Einzelzell-Sequenzierung) bestimmt, welche Gene in jeder einzelnen dieser Zellen angeschaltet sind. Durch Vergleich von „krankmachenden“ mit „gesunden“ Zellen gewinnen wir einen Überblick darüber, welche Gene dieser Zellen an dem Krankheitsgeschehen möglicherweise beteiligt sind. Dies wird experimentell in Kollaboration mit anderen Arbeitsgruppen des DRFZ überprüft. Gene, die tatsächlich das Krankheitsgeschehen direkt oder indirekt beeinflussen, aber auch Gene, die die „krankmachenden“ Zellen am Leben erhalten, sind mögliche Ziele neuer Therapien.
Viele dieser Gene kodieren für Proteine, die im Zellinnern wirken und für moderne Biologika nicht zugänglich sind. Wir entwickeln deshalb kurze Nukleinsäuren (Oligonukleotide), welche die Ribonukleinsäuren (RNA) hemmen, mit denen die Information bestimmter Gene in Proteine übersetzt wird. Solche Oligonukleotide sind kleine inhibitorische RNAs (siRNAs) zur direkten Hemmung der Genexpression, und Antagomire, die regulatorische microRNAs hemmen, und damit die Genexpression indirekt beeinflussen. Koppelt man diese Oligonukleotide an Cholesterol, dringen sie leicht in alle Zellen ein, und sie beeinflussen die Genexpression nur in den Zellen, in denen das Gen angeschaltet ist. Sie sind also sehr selektiv. Für die therapeutische Beeinflussung von Chondrozyten bei Patienten mit Arthrose wären sie ein ideales Mittel. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Löhning bestimmen wir Zielgene, um die Knorpelproduktion degenerierter Chondrozyten wieder zu aktivieren, oder aus Vorläuferzellen aktive Chondrozyten machen zu können.
Therapeutische Oligonukleotide haben aber auch ein großes Potential für die Behandlung chronisch-entzündlicher rheumatischer Krankheiten. So konnten wir in einem Tiermodell zeigen, dass Antagomire gegen die microRNA miR-148a, gezielt die krankmachenden T-Helfer (Th)-Lymphozyten abtöten und die chronische Entzündung signifikant abschwächen. Gesunde Th Lymphozyten waren nicht betroffen, denn sie exprimieren miR-148a nicht. Wir haben damit den grundsätzlichen Beweis erbracht, dass therapeutische Oligonukleotide im Organismus selektiv und effizient wirken können, ohne signifikante unerwünschte Nebenwirkungen.

Stichworte
Regulatory RNA
Oligonucleotide therapy
Gene regulation
Next Generation Sequencing
Chronic diseases

Therapeutische Genregulation || Regine von Ramin-Labor für Molekulare Rheumatologie || BCRT/DRFZ Einzel-Zell Labor für fortgeschrittene Zell-Therapien Dr. Mir-Farzin Mashreghi Tel +49 (0)30 28460-752 mashreghi@drfz.de Zur Person
Gruppenleiter
Das Projekt "Entwicklung therapeutischer Oligonukleotide" wird von EFRE gefördert
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Gruppenleiter
Dr. rer. nat. Mir-Farzin Mashreghi

Wissenschaftler
Dr. rer. nat. Gitta Anne Heinz
Dr. rer nat. Patrick Maschmeyer
Dr. rer. nat. Frederik Heinrich

Bachelor/Diplom/Master Studenten
Lorenz Wirth

Gruppenleiter
Das Projekt "Entwicklung therapeutischer Oligonukleotide" wird von EFRE gefördert
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  • PD Dr. med. Tilmann Kallinich, Department of Pediatrics, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Dr. Marcus Mall, Charité, Department of Pediatrics, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Dr. Hans-Dieter Volk, BCRT
  • Prof. Dr. Petra Reinke, BCRT
  • Dr. Antigoni Triantafyllopoulou, DRFZ
  • Dr. Szandor Simmons, Charité
  • Dr. Tobias Alexander, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Dr. Klemens Budde, Department of Nephrology, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Dr. Falk Hiepe, Department of Rheumatology and Clinical Immunology, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Jürgen Wittmann, Molecular Immunology, Universitätsklinikum Erlangen
  • PD Dr. Anja Kühl, Institute for Pathology, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Dr. Michael Lohoff, Institute for Medical Mikrobiology Philipps University Marburg
  • Dr. Stefan Kaufmann, Max-Planck-Institute for Infektion Biology
  • Dr. Fritz Melchers, DRFZ
  • Dr. Andreas Hutloff, DRFZ
  • Dr. Andrey Kruglov, DRFZ
  • Dr. Chiara Romagnani, DRFZ
  • Prof. Dr. Andreas Radbruch, DRFZ
  • Prof. Dr. Andreas Diefenbach, DRFZ
  • Prof. Dr. Max Löhning, DRFZ
  • Dr. Bastian Opitz, Department of Infectious Diseases and Pulmonary Medicine, Charité-Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Dr. Simon Fillatreau, Institut Necker-enfants-malades (INEM), Paris, France.
  • George Goulielmos, Molecular Medicine and Human Genetics Laboratory, University of Crete, Heraklion, Greece.
  • Dr. Andreas Krüger, institute for Molecular Medicine, Goethe Universität Frankfurt
  • Dr. Dirk Ostareck, Department of Intensive Care, University Hospital Aachen
  • Dr. Antje Ostareck-Lederer, Department of Intensive Care University Hospital Aachen
Gruppenleiter
Das Projekt "Entwicklung therapeutischer Oligonukleotide" wird von EFRE gefördert
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  1. Addo RK, Heinrich F, Heinz GA, Schulz D, Sercan-Alp Ö, Lehmann K, Tran CL, Bardua M, Matz M, Löhning M, Hauser AE, Kruglov A, Chang HD, Durek P, Radbruch A, Mashreghi MF. Single-cell transcriptomes of murine bone marrow stromal cells reveal niche-associated heterogeneity. Eur J Immunol. 2019 Sep;49(9):1372-1379. doi: 10.1002/eji.201848053. Epub 2019 Jun 7. PubMed PMID: 31149730; PubMed Central PMCID: PMC6771914.
  2. Bardua M, Haftmann C, Durek P, Westendorf K, Buttgereit A, Tran CL, McGrath M, Weber M, Lehmann K, Addo RK, Heinz GA, Stittrich AB, Maschmeyer P, Radbruch H, Lohoff M, Chang HD, Radbruch A, Mashreghi MF. MicroRNA-31 Reduces the Motility of Proinflammatory T Helper 1 Lymphocytes. Front Immunol. 2018 Dec 6;9:2813. doi: 10.3389/fimmu.2018.02813. eCollection 2018. PubMed PMID: 30574141; PubMed Central PMCID: PMC6291424.
  3. Matz M, Heinrich F, Zhang Q, Lorkowski C, Seelow E, Wu K, Lachmann N, Addo RK, Durek P, Mashreghi MF, Budde K. The regulation of interferon type I pathway-related genes RSAD2 and ETV7 specifically indicates antibody-mediated rejection after kidney transplantation. Clin Transplant. 2018 Dec;32(12):e13429 doi: 10.1111/ctr.13429. Epub 2018 Nov 18. PubMed PMID: 30341925.
  4. Matz M, Heinrich F, Lorkowski C, Wu K, Klotsche J, Zhang Q, Lachmann N, Durek P, Budde K, Mashreghi MF. MicroRNA regulation in blood cells of renal transplanted patients with interstitial fibrosis/tubular atrophy and antibody-mediated rejection. PLoS One. 2018 Aug 13;13(8):e0201925. doi: 10.1371/journal.pone.0201925. eCollection 2018. PubMed PMID: 30102719; PubMed Central PMCID: PMC6089438.
  5. Hammer Q, Rückert T, Borst EM, Dunst J, Haubner A, Durek P, Heinrich F, Gasparoni G, Babic M, Tomic A, Pietra G, Nienen M, Blau IW, Hofmann J, Na IK, Prinz I, Koenecke C, Hemmati P, Babel N, Arnold R, Walter J, Thurley K, Mashreghi MF, Messerle M, Romagnani C. Peptide-specific recognition of human cytomegalovirus strains controls adaptive natural killer cells. Nat Immunol. 2018 May;19(5):453-463. doi: 10.1038/s41590-018-0082-6. Epub 2018 Apr 9. PubMed PMID:
  6. Lahmann A, Kuhrau J, Fuhrmann F, Heinrich F, Bauer L, Durek P, Mashreghi MF, Hutloff A. Bach2 Controls T Follicular Helper Cells by Direct Repression of Bcl-6. J Immunol. 2019 Apr 15;202(8):2229-2239. doi: 10.4049/jimmunol.1801400. Epub 2019 Mar 4. PubMed PMID: 30833348.
  7. Neumann C, Blume J, Roy U, Teh PP, Vasanthakumar A, Beller A, Liao Y, Heinrich F, Arenzana TL, Hackney JA, Eidenschenk C, Gálvez EJC, Stehle C, Heinz GA, Maschmeyer P, Sidwell T, Hu Y, Amsen D, Romagnani C, Chang HD, Kruglov A Mashreghi MF, Shi W, Strowig T, Rutz S, Kallies A, Scheffold A. c-Maf-dependent T(reg) cell control of intestinal T(H)17 cells and IgA establishe host-microbiota homeostasis. Nat Immunol. 2019 Apr;20(4):471-481. doi: 10.1038/s41590-019-0316-2. Epub 2019 Feb 18. PubMed PMID: 30778241.
  8. Maschmeyer P, Petkau G, Siracusa F, Zimmermann J, Zügel F, Kühl AA, Lehmann K, Schimmelpfennig S, Weber M, Haftmann C, Riedel R, Bardua M, Heinz GA, Tran CL, Hoyer BF, Hiepe F, Herzog S, Wittmann J, Rajewsky N, Melchers FG, Chang HD, Radbruch A, Mashreghi MF. Selective targeting of pro-inflammatory Th1 cells by microRNA-148a-specific antagomirs in vivo. J Autoimmun. 2018 May;89:41-52. Doi 10.1016/j.jaut.2017.11.005. Epub 2017 Dec 1. PubMed PMID: 29183643; PubMed Central PMCID: PMC5916452.
  9. Bothur E, Raifer H, Haftmann C, Stittrich AB, Brüstle A, Brenner D, Bollig N, Bieringer M, Kang CH, Reinhard K, Camara B, Huber M, Visekruna A, Steinhoff U, Repenning A, Bauer UM, Sexl V, Radbruch A, Sparwasser T, Mashreghi MF, Wah Mak T, Lohoff M. Antigen receptor-mediated depletion of FOXP3 in induced regulatory T-lymphocytes via PTPN2 and FOXO1. Nat Commun. 2015 Oct 13;6:8576. doi: 10.1038/ncomms9576. PubMed PMID: 26815406; PubMed Central PMCID: PMC4633965.
  10. Matz M, Fabritius K, Lorkowski C, Dürr M, Gaedeke J, Durek P, Grün JR, Goestemeyer A, Bachmann F, Wu K, Rudolph B, Schmidt D, Weber U, Haftmann C Unterwalder N, Lachmann N, Radbruch A, Neumayer HH, Mashreghi MF, Budde K Identification of T Cell-Mediated Vascular Rejection After Kidney Transplantatio by the Combined Measurement of 5 Specific MicroRNAs in Blood. Transplantation. 2016 Apr;100(4):898-907. doi: 10.1097/TP.0000000000000873. PubMed PMID: 26444957.
  11. Haftmann C, Riedel R, Porstner M, Wittmann J, Chang HD, Radbruch A, Mashreghi MF. Direct uptake of Antagomirs and efficient knockdown of miRNA in primary B and T lymphocytes. J Immunol Methods. 2015 Nov;426:128-33. doi: 1016/j.jim.2015.07.006. Epub 2015 Jul 15. PubMed PMID: 26187895; PubMe Central PMCID: PMC4655414.
  12. Weber JP, Fuhrmann F, Feist RK, Lahmann A, Al Baz MS, Gentz LJ, Vu Van D, Mages HW, Haftmann C, Riedel R, Grün JR, Schuh W, Kroczek RA, Radbruch A Mashreghi MF, Hutloff A. ICOS maintains the T follicular helper cell phenotype b down-regulating Krüppel-like factor 2. J Exp Med. 2015 Feb 9;212(2):217-33. doi: 10.1084/jem.20141432. Epub 2015 Feb 2. PubMed PMID: 25646266; PubMed Central PMCID: PMC4322049.
  13. Haftmann C, Stittrich AB, Zimmermann J, Fang Z, Hradilkova K, Bardua M, Westendorf K, Heinz GA, Riedel R, Siede J, Lehmann K, Weinberger EE, Zimmel D, Lauer U, Häupl T, Sieper J, Backhaus M, Neumann C, Hoffmann U, Porstner M, Chen W, Grün JR, Baumgrass R, Matz M, Löhning M, Scheffold A, Wittmann J, Chang HD, Rajewsky N, Jäck HM, Radbruch A, Mashreghi MF. miR-148a is upregulated by Twist1 and T-bet and promotes Th1-cell survival by regulating the proapoptotic gene Bim. Eur J Immunol. 2015 Apr;45(4):1192-205. doi: 10.1002/eji.201444633. Epub 2015 Jan PubMed PMID: 25486906; PubMed Central PMCID: PMC4406154
  14. Stittrich AB, Haftmann C, Sgouroudis E, Kühl AA, Hegazy AN, Panse I, Riedel R, Flossdorf M, Dong J, Fuhrmann F, Heinz GA, Fang Z, Li N, Bissels U, Hatam F, Jahn A, Hammoud B, Matz M, Schulze FM, Baumgrass R, Bosio A, Mollenkopf HJ, Grün J, Thiel A, Chen W, Höfer T, Loddenkemper C, Löhning M, Chang HD, Rajewsky N, Radbruch A, Mashreghi MF. The microRNA miR-182 is induced by IL-2 and promotes clonal expansion of activated helper T lymphocytes. Nat Immunol. 2010 Nov;11(11):1057-62. doi: 10.1038/ni.1945. Epub 2010 Oct 10. PubMed PMID: 20935646.
Gruppenleiter
Das Projekt "Entwicklung therapeutischer Oligonukleotide" wird von EFRE gefördert
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