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Der Leipzig Health Atlas
LHA - Leipzig Health Atlas

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Die Notwendigkeit des Managements von Forschungsdaten ist von der Forschungscommunity erkannt – Sponsoren, Gesetzgeber, Verlage erwarten und fördern die Einhaltung der guten wissenschaftlichen Praxis, … was nicht nur die Archivierung umfasst, sondern auch die Verfügbarkeit von Forschungsdaten- und ergebnissen im Sinne der FAIR-Prinzipien. Der Leipzig Health Atlas (LHA) ist ein Projekt zur Präsentation und zum Austausch eines breiten Spektrums von Publikationen, (bio) medizinischen Daten (z.B. klinisch, epidemiologisch, molekular), Modellen und Tools z.B. zur Risikoberechnung in der Gesundheitsforschung. Die Verbundpartner decken hierbei einen breiten Bereich wissenschaftlicher Disziplinen ab, beginnend von medizinischer Systembiologie über klinische und epidemiologische Forschung bis zu ontologischer und dynamischer Modellierung. Derzeit sind 18 Forschungskonsortien beteiligt (u.a. zu den Domänen Lymphome, Gliome, Sepsis, Erblicher Darm- und Brustkrebs), die Daten aus klinischen Studien, Patientenkohorten, epidemiologischen Kohorten, teilweise mit umfangreichen molekularen und genetischen Profilen, sammeln. Die Modellierung umfasst algorithmische Phänotypklassifizierung, Risikovorhersage und Krankheitsdynamik. Wir konnten in einer ersten Entwicklungsphase zeigen, dass unsere webbasierte Plattform geeignet ist, um (1) Methoden zur Verfügung zu stellen, um individuelle Patientendaten aus Publikationen für eine Weiternutzung zugänglich zu machen, (2) algorithmische Werkzeuge zur Phänotypisierung und Risikoprofilerstellung zu präsentieren, (3) Werkzeuge zur Durchführung dynamischer Krankheits- und Therapiemodelle interaktiv verfügbar zu machen und (4) strukturierte Metadaten zu quantitativen und qualitativen Merkmalen bereit zu stellen. Die semantische Datenintegration liefert hierzu die Technologien (Ontologien und Datamining Werkzeuge) für die (semantische) Datenintegration und Wissensanreicherung. Darüber hinaus stellt sie Werkzeuge zur Verknüpfung eigener Daten, Analyseergebnisse, öffentlich zugänglicher Daten- und Metadaten-Repositorien sowie zur Verdichtung komplexer Daten zur Verfügung. Eine Arbeitsgruppe zur Applikationsentwicklung und –validierung entwickelt innovative paradigmatische Anwendungen für (1) die klinische Entscheidungsfindung für Krebsstudien, die genetische Beratung, für Risikovorhersagemodelle sowie Gewebe- und Krankheitsmodelle und (2) Anwendungen (sog. Apps), die sich auf die Charakterisierung neuer Phänotypen (z.B. ‚omics‘-Merkmale, Körpertypen, Referenzwerte) aus epidemiologischen Studien konzentrieren. Diese Anwendungen werden gemeinsam mit klinischen Experten, Genetikern, Systembiologen, Biometrikern und Bioinformatikern spezifiziert. Der LHA stellt Integrationstechnologie bereit und implementiert die Anwendungen für die User Communities unter Verwendung verschiedener Präsentationswerkzeuge bzw. Technologien (z.B. R-Shiny, i2b2, Kubernetes, SEEK). Dazu ist es erforderlich, die Daten und Metadaten vor dem Hochladen zu kuratieren, Erlaubnisse der Datenbesitzer einzuholen, die erforderlichen Datenschutzkriterien zu berücksichtigen und semantische Annotationen zu überprüfen. Zudem werden die zugelieferten Modellalgorithmen in einer qualitätsgesicherten Weise aufbereitet und, soweit anwendbar, online interaktiv zur Verfügung gestellt. Der LHA richtet sich insbesondere an die Zielgruppen Kliniker, Epidemiologen, Molekulargenetiker, Humangenetiker, Pathologen, Biostatistiker und Modellierer ist aber unter www.healthatlas.de öffentlich zugänglich – aus rechtlichen Gründen erfordert der Zugriff auf bestimmte Applikationen und Datensätze zusätzliche Autorisierung. Das Projekt wird über das BMBF Programm i:DSem (Integrative Datensemantik für die Systemmedizin, Förderkennzeichen 031L0026) gefördert.

Authors: F. A. Meineke, Sebastian Stäubert, Matthias Löbe, C. Beger, René Hänsel, A. Uciteli, H. Binder, T. Kirsten, M. Scholz, H. Herre, C. Engel, Markus Löffler

Date Published: 19th Sep 2019

Publication Type: Misc

Dissecting the genetics of the human transcriptome identifies novel trait-related trans-eQTLs and corroborates the regulatory relevance of non-protein coding locidagger.
Genetical Statistics and Systems Biology, LIFE Heart

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Genetics of gene expression (eQTLs or expression QTLs) has proved an indispensable tool for understanding biological pathways and pathomechanisms of trait-associated SNPs. However, power of most … genome-wide eQTL studies is still limited. We performed a large eQTL study in peripheral blood mononuclear cells of 2112 individuals increasing the power to detect trans-effects genome-wide. Going beyond univariate SNP-transcript associations, we analyse relations of eQTLs to biological pathways, polygenetic effects of expression regulation, trans-clusters and enrichment of co-localized functional elements. We found eQTLs for about 85% of analysed genes, and 18% of genes were trans-regulated. Local eSNPs were enriched up to a distance of 5 Mb to the transcript challenging typically implemented ranges of cis-regulations. Pathway enrichment within regulated genes of GWAS-related eSNPs supported functional relevance of identified eQTLs. We demonstrate that nearest genes of GWAS-SNPs might frequently be misleading functional candidates. We identified novel trans-clusters of potential functional relevance for GWAS-SNPs of several phenotypes including obesity-related traits, HDL-cholesterol levels and haematological phenotypes. We used chromatin immunoprecipitation data for demonstrating biological effects. Yet, we show for strongly heritable transcripts that still little trans-chromosomal heritability is explained by all identified trans-eSNPs; however, our data suggest that most cis-heritability of these transcripts seems explained. Dissection of co-localized functional elements indicated a prominent role of SNPs in loci of pseudogenes and non-coding RNAs for the regulation of coding genes. In summary, our study substantially increases the catalogue of human eQTLs and improves our understanding of the complex genetic regulation of gene expression, pathways and disease-related processes.

Authors: H. Kirsten, H. Al-Hasani, L. Holdt, A. Gross, F. Beutner, K. Krohn, K. Horn, P. Ahnert, R. Burkhardt, K. Reiche, J. Hackermuller, M. Loffler, D. Teupser, J. Thiery, M. Scholz

Date Published: 15th Aug 2015

Publication Type: Journal article

Dynamics of cytokines, immune cell counts and disease severity in patients with community-acquired pneumonia - Unravelling potential causal relationships
Genetical Statistics and Systems Biology

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BACKGROUND Community acquired pneumonia (CAP) is a severe and often rapidly deteriorating disease. To better understand its dynamics and potential causal relationships, we analyzed time series data of …f cytokines, blood and clinical parameters in hospitalized CAP patients. METHODS Time series data of 10 circulating cytokines, blood counts and clinical parameters were related to baseline characteristics of 403 CAP patients using univariate mixed models. Bivariate mixed models were applied to analyze correlations between the time series. To identify potential causal relationships, we inferred cross-lagged relationships between pairs of parameters using latent curve models with structured residuals. RESULTS IL-6 levels decreased faster over time in younger patients (Padj = 0.06). IL-8, VCAM-1, and IL-6 correlated strongly with disease severity as assessed by the sequential organ failure assessment (SOFA) score (r = 0.49, 0.48, 0.46, respectively; all Padj \textless 0.001). IL-6 and bilirubin correlated with respect to their mean levels and slopes over time (r = 0.36 and r = 0.46, respectively; Padj \textless 0.001). A number of potential causal relationships were identified, e.g., a negative effect of ICAM-1 on MCP-1, or a positive effect of the level of creatinine on the subsequent VCAM-1 concentration (P \textless 0.001). CONCLUSIONS These results suggest that IL-6 trajectories of CAP patients are associated with age and run parallel to bilirubin levels. The time series analysis also unraveled directed, potentially causal relationships between cytokines, blood parameters and clinical outcomes. This will facilitate the development of mechanistic models of CAP, and with it, improvements in treatment or surveillance strategies for this disease. TRIAL REGISTRATION clinicaltrials.gov NCT02782013, May 25, 2016, retrospectively registered.

Authors: Maciej Rosolowski, Volker Oberle, Peter Ahnert, Petra Creutz, Martin Witzenrath, Michael Kiehntopf, Markus Loeffler, Norbert Suttorp, Markus Scholz

Date Published: 1st Dec 2020

Publication Type: Journal article

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