Evolution molekularer Netzwerke

„Der Fortschritt in der Wissenschaft hängt von neuen Methoden, neuen Entdeckungen und neuen Ideen ab – wahrscheinlich in dieser Reihenfolge.“ (Sidney Brenner; übersetzt)

Wir entwickeln genomische und zellbiologische Methoden, mit denen sich die einzigartigen Informationen nutzen lassen, die in der molekularen Variation zwischen Primaten verborgen sind. Dabei arbeiten wir eng mit der computergestützten Hellmann-Arbeitsgruppe zusammen. Sie bringt ihre umfassende Expertise in vergleichender Genomik, der Analyse von Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten, der Evolution von Netzwerken und Power-Simulationen ein.

Forschung

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Artenübergreifende Vergleiche sind entscheidend, um die Biologie des Menschen, Krankheiten und die Evolution zu verstehen. Sie helfen dabei, funktionelle Elemente im Genom zu identifizieren, die Relevanz und Grenzen von Modellorganismen zu beurteilen und Veränderungen aufzudecken, die während der Evolution einer neuen Tierart – uns Menschen – entstanden sind. Solche vergleichenden Ansätze eröffnen eine einzigartige molekulare Perspektive darauf, wer wir sind.

Wir untersuchen mithilfe von Mausmodellen, wie humanspezifische Veränderungen des Transkriptionsfaktors FOXP2 zur Evolution von Sprache und Sprechfähigkeit beigetragen haben. Außerdem erforschen wir, wie und warum molekulare Merkmale wie die Genexpression während der Evolution der Primaten variieren oder erhalten bleiben. Die Beantwortung dieser Fragen erfordert effiziente und skalierbare Messungen molekularer Merkmale. Daher investieren wir erhebliche Anstrengungen in die Anwendung und Optimierung von Bulk- und Einzelzell-RNA-seq-Verfahren. Darüber hinaus benötigen wir experimentellen Zugang zu relevanten zellulären Systemen. Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) und ihre Derivate haben einen solchen Zugang beim Menschen grundlegend erweitert. Wir arbeiten daran, diese Möglichkeiten durch die Erzeugung von iPSCs verschiedener Primatenarten auf weitere Spezies zu übertragen.

Methoden und Werkzeuge

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• Prime-seq2- ein effizientes, sensitives und skalierbares Bulk-RNA-seq-Protokoll, das für eine maximale Ausbeute nutzbarer Reads optimiert wurde.
• mcSCRB-seq- eine sensitive, UMI- und plattenbasierte Methode für die Einzelzell-RNA-Sequenzierung.
• 10X scRNA-seq und multiome - Hochdurchsatzanalyse von Genexpression und Chromatinzugänglichkeit mit Einzelzellauflösung.
• CRISPRi in Primaten- induzierbare Genrepression in Primaten-iPSCs für vergleichende funktionelle Untersuchungen der Genregulation.
• TAMED FISH - ein Bildanalyse-Workflow zur Erkennung und räumlichen Lokalisierung von Zellen sowie zur Quantifizierung von Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungssignalen.
• Primaten-iPSCs- artenübergreifende Stammzellmodelle zur Erforschung der Evolution von Genregulation und Entwicklung.

Lehre

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Siehe die Lehrveranstaltungen der AG Enard- und Hellmann.

Ausgewählte Publikationen

Pförtner, F., Briem, E., Enard, W., & Richter, D. (2026). Increasing usable reads in RNA-seq protocols. iScience, 29(8), 116984. https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.116984

Jocher, J., Janssen, P., Vieth, B., Edenhofer, F. C., Dietl, T., Térmeg, A., Spurk, P., Geuder, J., Enard, W., & Hellmann, I. (2026). Identification and comparison of orthologous cell types from primate embryoid bodies shows limits of marker gene transferability. eLife, 14, RP105398. https://doi.org/10.7554/eLife.105398.3

Edenhofer, F. C., Térmeg, A., Ohnuki, M., Jocher, J., Kliesmete, Z., Briem, E., Hellmann, I., & Enard, W. (2024). Generation and characterization of inducible KRAB-dCas9 iPSCs from primates for cross-species CRISPRi. iScience, 27(6), 110090. https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.110090

Kliesmete, Z., Wange, L. E., Vieth, B., Esgleas, M., Radmer, J., Hülsmann, M., Geuder, J., Richter, D., Ohnuki, M., Götz, M., Hellmann, I., & Enard, W. (2023). Regulatory and coding sequences of TRNP1 co-evolve with brain size and cortical folding in mammals. eLife, 12, e83593. https://doi.org/10.7554/eLife.83593

Janssen, P., Kliesmete, Z., Vieth, B., Adiconis, X., Simmons, S., Marshall, J., McCabe, C., Heyn, H., Levin, J. Z., Enard, W., & Hellmann, I. (2023). The effect of background noise and its removal on the analysis of single-cell expression data. Genome Biology, 24(1), 140. https://doi.org/10.1186/s13059-023-02978-x

Janjic, A., Wange, L. E., Bagnoli, J. W., Geuder, J., Nguyen, P., Richter, D., Vieth, B., Vick, B., Jeremias, I., Ziegenhain, C., Hellmann, I., & Enard, W. (2022). Prime-seq, efficient and powerful bulk RNA sequencing. Genome Biology, 23(1), 88. https://doi.org/10.1186/s13059-022-02660-8

Geuder, J., Wange, L. E., Janjic, A., Radmer, J., Janssen, P., Bagnoli, J. W., Müller, S., Kaul, A., Ohnuki, M., & Enard, W. (2021). A non-invasive method to generate induced pluripotent stem cells from primate urine. Scientific Reports, 11(1), 3516. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82883-0

Ziegenhain, C., Vieth, B., Parekh, S., Reinius, B., Guillaumet-Adkins, A., Smets, M., Leonhardt, H., Heyn, H., Hellmann, I., & Enard, W. (2017). Comparative analysis of single-cell RNA sequencing methods. Molecular Cell, 65(4), 631–643.e4. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.01.023

Schreiweis, C., Bornschein, U., Burguière, E., Kerimoglu, C., Schreiter, S., Dannemann, M., Goyal, S., Rea, E., French, C. A., Puliyadi, R., Groszer, M., Fisher, S. E., Mundry, R., Winter, C., Hevers, W., Pääbo, S., Enard, W., & Graybiel, A. M. (2014). Humanized Foxp2 accelerates learning by enhancing transitions from declarative to procedural performance. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(39), 14253–14258. https://doi.org/10.1073/pnas.1414542111

Enard, W., Gehre, S., Hammerschmidt, K., Hölter, S. M., Blass, T., Somel, M., Brückner, M. K., Schreiweis, C., Winter, C., Sohr, R., Becker, L., Wiebe, V., Nickel, B., Giger, T., Müller, U., Groszer, M., Adler, T., Aguilar, A., Bolle, I., Calzada-Wack, J., Dalke, C., Ehrhardt, N., Favor, J., Fuchs, H., Gailus-Durner, V., Hans, W., Hölzlwimmer, G., Javaheri, A., Kalaydjiev, S., Kallnik, M., Kling, E., Kunder, S., Moßbrugger, I., Naton, B., Racz, I., Rathkolb, B., Rozman, J., Schrewe, A., Busch, D. H., Graw, J., Ivandic, B., Klingenspor, M., Klopstock, T., Ollert, M., Quintanilla-Martinez, L., Schulz, H., Wolf, E., Wurst, W., Zimmer, A., Fisher, S. E., Morgenstern, R., Arendt, T., Hrabé de Angelis, M., Fischer, J., Schwarz, J., & Pääbo, S. (2009). A humanized version of Foxp2 affects cortico-basal ganglia circuits in mice. Cell, 137(5), 961–971. https://doi.org/10.1016/j.cell.2009.03.041

Enard, W., Przeworski, M., Fisher, S. E., Lai, C. S. L., Wiebe, V., Kitano, T., Monaco, A. P., & Pääbo, S. (2002). Molecular evolution of FOXP2, a gene involved in speech and language. Nature, 418(6900), 869–872. https://doi.org/10.1038/nature01025

Enard, W., Khaitovich, P., Klose, J., Zöllner, S., Heissig, F., Giavalisco, P., Nieselt-Struwe, K., Muchmore, E., Varki, A., Ravid, R., Doxiadis, G. M., Bontrop, R. E., & Pääbo, S. (2002). Intra- and interspecific variation in primate gene expression patterns. Science, 296(5566), 340–343. https://doi.org/10.1126/science.1068996

Alumni

Alumni der AG Enard.