2025 März - Nikolaus Fortelny und Matthias Farlik

Dr. Nikolaus Fortelny und Dr. Matthias Farlik

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, März 2025

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Dr. Nikolaus Fortelny und Herrn Dr. Matthias Farlik aus Anlass der im Top-Journal „Nature Immunology“ (IF 27.8) erschienenen Arbeit „JAK-STAT signaling maintains homeostasis in T cells and macrophages“ [3]. Die multidisziplinäre Studie entstand am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin in der Gruppe von Univ.-Prof. Dr. Christoph Bock in Zusammenarbeit mit Kollegen des JAK-STAT Konsortium aus Wien (www.jak-stat.at).

 

Immunzellen in den Startlöchern

In der Immunabwehr ist Kommunikation entscheidend: Wenn zum Beispiel ein Virus eine Zelle infiziert, dann setzt die Zelle Signalmoleküle frei. Dadurch werden Abwehrzellen alarmiert und unser Immunsystem wird aktiviert. Immunzellen verarbeiten diese Signale insbesondere über den JAK-STAT Signalweg [1,2].

Selbst wenn gerade keine Gefahr droht, müssen unsere Abwehrzellen wachsam sein. Gleichzeitig dürfen sie keine Schäden durch unnötige Aktivität anrichten, wie es bei Autoimmunerkrankungen der Fall ist. Wie unsere Abwehrzellen die Balance halten, ist bisher kaum verstanden. Die Publikation „JAK-STAT signaling maintains homeostasis in T cells and macrophages“, die im Mai 2024 in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Immunology“ erschien, beschreibt wie derselbe JAK-STAT-Signalweg, der die Abwehrzellen bei einer Infektion aktiviert, sie auch in Bereitschaft hält.

Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, untersuchten Nikolaus Fortelny und Matthias Farlik aus dem Labor von Christoph Bock (CeMM & MedUni Wien) mit Kollegen zwölf verschiedene Mausmodelle, bei denen jeweils eine Komponente des JAK-STAT- Signalwegs genetisch verändert wurde[3]. Diese Mäuse wurden frei von Krankheiten aufgezogen und mit genetisch unveränderten Mäusen verglichen. Dabei fiel auf, dass diesen Mäusen die charakteristische Genaktivität und epigenetische Regulation des Bereitschaftszustands teilweise fehlte. Etwas Ähnliches passierte auch, wenn die Abwehrzellen aus ihrem natürlichen Umfeld gerissen und im Labor gehalten wurden: Sie verloren ihren charakteristischen Bereitschaftszustand und teilweise sogar ihre Identität als Abwehrzellen.

Das Team analysierte die Gen-Expression und Epigenetik von Immunzellen und Gewebe-Proben, die von sieben Forschungsteams gesammelt wurden, was nur unter Einhaltung einheitliche Laborstandards und Etablierung robuster statistischer Methoden möglich war. Damit konnten sie zeigen, dass Signalwege wie JAK-STAT im Bereitschaftszustand andere Funktionen als während einer Immunantwort besitzen.

Die Studie zeigt so die zentrale Rolle des JAK-STAT Signalweges, um Immunsignale zu kommunizieren. Die Studie bietet somit Einblicke in die duale Rolle des Immunsystems: Nicht nur auf Angriffe zu reagieren, sondern auch die Wachsamkeit zu erhalten, ohne unnötige Schäden anzurichten. Gene des JAK-STAT-Signalwegs sind bei Personen mit Immunerkrankungen und bei Krebs bisweilen krankhaft verändert. Aus dieser Forschung ergeben sicher daher auch mögliche Ansätze für neue Therapien.

Wissenschaftliches Umfeld

Die Arbeit ist das Ergebnis enger Zusammenarbeit des Bioinformatikers Nikolaus Fortelny und des Immunologen Matthias Farlik im Labor von Christoph Bock (CeMM & MedUni Wien) und mit Kollegen des JAK-STAT Konsortiums aus Wien (www.jak-stat.at). Dieses Konsortium ermöglichte die Analyse diverser Mausmodelle und damit die systematische Untersuchung des JAK-STAT Signalweges.

Zu den Personen

Dr. Nikolaus Fortelny studierte von 2005-2008 Molekularbiologie an der Universität Wien und von 2009-2010 Bioinformatik und Proteomik an der University of Geneva, Schweiz, gefolgt von einem Doktorat an der University of British Columbia (UBC) Vancouver, Kanada 2012-2016. Nach einer Stelle als Postdoc am CeMM etablierte er 2020 seine eigene Arbeitsgruppe „Computational Systems Biology“ (CSBG) an der Universität Salzburg. In seiner Forschung untersucht er biochemische Prozesse zur Abwehr von Bedrohungen wie Infektionen, Autoimmunerkrankungen und Krebs, insbesondere durch die Modellierung der Kommunikation zwischen Zellen und innerhalb von Zellen mit datenwissenschaftlichen Methoden der Statistik und KI. Seine wissenschaftlichen Arbeiten tragen wesentlich zum besseren Verständnis komplexer biochemischer Netzwerke bei.

Dr. Matthias Farlik studierte von 2000-2006 Mikrobiologie und Genetik an der Universität Wien gefolgt von einem Doktorat in Immunologie von 2006-2011 an der Universität Wien in der Gruppe von Prof. Thomas Decker. Sein Postdoctoral Training absolvierte er in der Gruppe von Christoph Bock am CeMM von 2011-2019, wo er eigene Workflows für die epigenetische Analyse mittels Next Generation Sequencing (NGS) generierte, was zahlreiche Publikationen in renommierten Fachzeitschriften zur Folge hatte. 2019 etablierte Matthias Farlik seine eigene Forschungsgruppe, das „Innate Immune Activation Lab“ (INIMAC) an der Universitätsklinik für Dermatologie der Medizinischen Universität Wien. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der Untersuchung regulatorischer/epigenetischer Prozesse, welche zur Aktivierung von Makrophagen und anderen Immunzellen benötigt werden. In seiner Forschung entwickelt er neue therapeutische Strategien, die immunmodulatorische Behandlungen von bestimmten Krebsarten radikal neu andenkt. Dabei stützt er sich mit seinem Team auf die neuesten NGS-Technologien und Analysen, wie auch auf cutting-edge präklinische Modelle für die Testung neu entwickelter Behandlungsmethoden im Sinne der Präzisionsmedizin.

Ausgewählte Literatur

1. Mostafavi, S. et al. Parsing the Interferon Transcriptional Network and Its Disease Associations. Cell 164, 564–578 (2016) doi:10.1016/j.cell.2015.12.032.

2. Philips, R. L. et al. The JAK-STAT pathway at 30: Much learned, much more to do. Cell 185, 3857–3876 (2022) doi:10.1016/j.cell.2022.09.023.

3. Fortelny, N. et al. JAK-STAT signaling maintains homeostasis in T cells and macrophages. Nat. Immunol. 1–13 (2024) doi:10.1038/s41590-024-01804-1.