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Krankheitsursachen

systembiologisch erklären

Das Cluster-Labor XIII (CCIM) ist eine innovative akademische Forschungs- und Versorgungsstruktur. Durch Verzahnung von spezialisierter Diagnostik und Behandlung mit klinischer Forschung und Kohortenstudien dient es der interdisziplinären Bearbeitung translationaler und systemmedizinischer Fragestellungen. Beispiel dafür ist das 2013 vom BMBF bewilligte systemmedizinische e:Med-Verbundprojekt sysINFLAME, bei dem Interventionsstudien für systembiologische Untersuchungen von Krankheitsmechanismen genutzt werden. Ebenfalls mit Bundesmitteln gefördert wird das bundesweite e:AtheroSysMed-Projekt zur Genetik der Arterienverkalkung, das von der Lübecker Cluster-Professorin Jeanette Erdmann koordiniert wird. Sie wurde zudem zunächst für ein Jahr als Sprecherin des e:Med Projektkomitees gewählt.

Chronisch-entzündliche Erkrankungen gehören zu den häufigsten Krankheitsbildern in industrialisierten Ländern und begleiten die Betroffenen ein Leben lang. Auch wenn die konkreten Ausprägungen am jeweils primär betroffenen Organ im Vordergrund stehen, haben diese Erkrankungen meist eine systemische Komponente, das heißt sie betreffen den gesamten Organismus, und gehen mit einer Reihe von Begleit- und Folgeerkrankungen einher. Diese können den Krankheitsverlauf und die Prognose entscheidend beeinflussen. So haben Menschen mit schwerer Psoriasis (Schuppenflechte) nicht nur ein deutlich erhöhtes Risiko für eine entzündliche Gelenkbeteiligung, sondern sie entwickeln auch häufiger kardiometabolische Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Diabetes mellitus. Das atopische Ekzem (Neurodermitis) ist stark mit Atemwegserkrankungen (zum Beispiel Asthma) und Stimmungsstörungen (zum Beispiel Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung, Depressionen) assoziiert. „Die Folge- und Begleiterkrankungen entzündlicher Dermatosen sind Treiber der Gesamtmorbidität und -mortalität und oft prognoseführend“ erklärt Professor Stephan Weidinger von der Kieler Universitätshautklinik. „Bislang verstehen wir den Zusammenhang dieser Krankheiten jedoch nur unzureichend, und können weder exakte Vorhersagen machen noch entsprechend frühzeitig und gezielt intervenieren, obwohl wir eine wachsende Zahl an zielgerichteten Wirkstoffen zum Einsatz bringen können“.

 
  Stephan Weidinger ist Professor für Dermatogenetik und Oberarzt an der Klinik für Dermatologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Forschungsschwerpunkt des Dermatologen ist die molekulare Epidemiologie entzündlicher und allergischer Hautkrankheiten.
 In den vergangenen Jahren konnten eine Vielzahl von Risikogenvarianten identifiziert werden, die nicht spezifisch für eine einzelne Erkrankung, sondern mit mehreren entzündlich-immunologischen Krankheitsbildern assoziiert sind, also pleitrope Effekte haben. Ähnliche Beobachtungen wurden durch Analysen des Epigenoms, Transkriptoms, Proteoms, und Metaboloms gemacht. Trotz dieser Erkenntnisse, die sich aus dem Studium einzelner Erkrankungen auf verschiedenen molekularen Ebenen ergeben haben, konnten bislang nur wenig klinisch relevante Fortschritte erzielt werden. „Um individuelle Krankheitsrisiken im Einzelfall besser abschätzen und stratifizierte Präventions- und Behandlungsstrategien zu entwickeln, müssen wir die Primärpathophysiologien entzündlicher Barriererkrankungen und die Faktoren, die deren Verlauf bestimmen, besser verstehen“, erklärt Weidinger. Notwendig seien ein neues Verständnis von Medizin und neue biowissenschaftliche Konzepte, bei dem nicht mehr einzelne Krankheiten, sondern charakteristische Muster von biologischen Eigenschaften eines Menschen im Vordergrund stehen.

SYSTEMMEDIZIN
Die Ursachen der großen Volkskrankheiten, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs oder Demenz, sind zum Teil sehr komplex. Zahlreiche genetische Faktoren, Moleküle und Interaktionen zwischen Molekülen spielen eine Rolle. Die Systemmedizin will diese komplexen Zusammenhänge verstehen und daraus neue Möglichkeiten für Erkennung und Behandlung von Krankheiten ableiten. Hierzu greifen Medizin, Naturwissenschaften und Bioinformatik ineinander. Das BMBF fördert verschiedene fachüber-greifende Forschungsprojekte zum Thema „Systemmedizin“:
www.gesundheitsforschung-bmbf.de/de/5133.
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sysINFLAME-Netzwerk

Ein solcher systemmedizinischer Ansatz wird im seit 2013 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten „sysINFLAME - Netzwerk für Systemmedizin chronisch-entzündlicher Erkrankungen“ Projekt verfolgt. Eines der Kernvorhaben von sysINFLAME, das von Cluster-Sprecher Prof. Stefan Schreiber geleitet wird, ist die genaue Untersuchung der klinischen und molekularen Veränderungen unter zielgerichteter Therapie. Das Cluster-Labor XIII stellt die komplexe Infrastruktur für diese experimentelle Aufarbeitung von medikamentösen Behandlungen zur Verfügung und ermöglicht so zum Beispiel die genaue Charakterisierung von Vorgängen bei Patienten mit chronisch-entzündlichen Erkrankungen unter gezielter Blockade einzelner Zytokine wie TNF-alpha.

Hierzu werden Patienten mit Psoriasis oder chronisch- entzündlichen Darm- und Gelenkerkrankungen vor, während und nach der Behandlung in definierten Zeitabständen standardisiert und umfassend untersucht. Parallel dazu wird Biomaterial gewonnen, um über die Zeit auf molekularer Ebene die Veränderungen des pathophysioligischen Gleichgewichts zu untersuchen, die durch das Ausschalten einzelner Botenstoffe verursacht werden.


Verbundprojekt e:AtheroSysMed

Welche biologischen Netzwerke führen zur Arteriosklerose und wie entwickeln sich hieraus Herzinfarkt und Schlaganfall? Um dieses komplexe Krankheitsgeschehen besser zu verstehen, ist vom BMBF im Rahmen des e:Med Programmes ein weiteres Konsortium, e:AtheroSysMed, gefördert worden. Ziel des Projektes ist, die Krankheitsursachen der Atherosklerose und ihren Folgen (koronare Herzkrankheit, Schlaganfall) durch systemmedizinische Ansätze zu erklären. „Neben Ernährung und Umwelt spielen auch genetische Faktoren eine große Rolle. Wie diese verschiedenen Faktoren jedoch gemeinsam wirken und welche Konsequenzen sich daraus für Prävention und Therapie ergeben, ist weitgehend unklar“, erklärt Projektleiterin Professorin Jeanette Erdmann, Direktorin des Instituts für Integrative und Experimentelle Genomik der Universität zu Lübeck. Hier setzt das Projekt an, welches gemeinsam von ihr und Professor Heribert Schunkert (Deutsches Herzzentrum München) koordiniert wird und Partner aus Lübeck, Göttingen, Mannheim und München vereint.

Dabei geht es vor allem darum, „die Expertise aus verschiedenen Fächern, nämlich der Medizin, Biologie, Mathematik, Epidemiologie und Bioinformatik zu bündeln, um damit das System der Atherosklerose weiter zu entschlüsseln“, ergänzt Projektleiterin Professorin Inke König vom Institut für Medizinische Biometrie und Statistik der Universität zu Lübeck. Der Schwerpunkt der Lübecker Projekte liegt dabei darauf, das Risiko einer Arterienverkalkung durch die Nutzung genetischer Informationen besser vorhersagen zu können. „Damit bauen wir auf umfangreiche Kenntnisse und Ressourcen aus einem früheren Verbund auf, in dem wir bis dahin unbekannte Krankheitsmechanismen durch gemeinsame Betrachtung verschiedener klinischer und genetischer Daten entschlüsseln konnten“, so Erdmann. Aus diesem Ansatz, sollen langfristig neue therapeutische Optionen entstehen, die der Individualität der Patienten gerecht werden.
Über die hier dargestellten systematischen und prospektiven Erhebungen standardisierter Behandlungsdaten und organübergreifender klinischer Merkmale sowie die Sammlung von Biomaterial bietet das CLXIII eine zentrale Ressource für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Exzellenzcluster.

 

Jeanette Erdmann
ist Direktorin des Instituts für Integrative und Experimentelle Genomik der Universität zu Lübeck. Seit rund 15 Jahren beschäftigt sie sich mit der Aufklärung der genetischen Ursachen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Inke König
ist Professorin für Medizinische Biometrie und Statistik an der Universität zu Lübeck. Ihr Schwerpunkt bei der Betreuung klinischer Studien sind prognostische Fragestellungen. Ihre Arbeit zielt langfristig darauf ab, Risikoprofile aufgrund genetischer Konstellationen zu erstellen und zu bewerten.

 

Steckbrief Cluster-Labor XIII

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