Kim-Hellmuth Lab
Emmy Noether Nachwuchsgruppe
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Forschungsgebiet
- Genetischer Einfluss auf die menschliche Immunantwort
- Genetik des Immunsystems in verschiedenen Populationen
- Humane perinatale Immunzellentwicklung
- Molekulare Charakterisierung der COVID-19 Erkrankung bei Kindern und jungen Erwachsenen
Dr. med. Sarah Kim-Hellmuth
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Genetischer Einfluss auf die menschliche Immunantwort
Das menschliche Immunsystem spielt eine Schlüsselrolle in der Abwehr eindringender Keime, aber auch bei Autoimmun-, Krebs- und Stoffwechselerkrankungen sowie in Alterungsprozessen. Genomweite Assoziationsstudien dieser Erkrankungen haben Hunderte von genetischen Loci in Genen des Immunsystems identifiziert und deuten somit auch auf eine zentrale mechanistische Beteiligung des Immunsystems hin. Für die überwiegende Mehrheit dieser genetischen Varianten ist jedoch der Wirkmechanismus und ihre Kontextabhängigkeit bislang nicht erforscht. Die Untersuchung des genetischen Einflusses auf die Immunantwort wird ferner durch die Komplexität des Immunsystems erschwert, welches aus vielen verschiedenen Zelltypen besteht, die auf eine Vielzahl von Signalen reagieren, miteinander interagieren und zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihre Effektorfunktionen ausüben.
Das übergeordnete Ziel unserer Forschungsgruppe ist die Charakterisierung des genetischen Einflusses auf die menschliche Immunantwort, um unser Verständnis von krankheitsassoziierten Varianten zu verbessern und Fragen der Plastizität der Genomfunktion zu beantworten. Hierfür integrieren wir modernste genomische und funktionelle genetische Ansätze, um regulatorische genetische Varianten, die mit molekularen Prozessen der Immunantwort assoziiert sind, sogenannten molecular quantitative trait loci (molQTLs), zu charakterisieren. Basierend auf diesen molQTLs werden Vorhersagemodelle entwickelt, die es ermöglichen sollen, Patienten in Zukunft anhand ihres genetischen Immunprofils stratifizieren zu können.
Genetische Regulation der Proteinexpression während der Immunzellentwicklung bei menschlichen NeugeborenenDie Zusammensetzung und Reifung menschlicher Immunzellen zeigen sowohl bei Früh- und Termingeborenen eine sehr hohe interindividuelle Variabilität. Quantitative und qualitative Veränderungen der neonatalen Neutrophilen können vermutlich zu einer erhöhten Anfälligkeit für bakterielle Infektionen und neonatale Sepsis beitragen. Diese sind noch immer auptursachen für Kindersterblichkeit und chronische Erkrankungen. Diese Variabilität wird durch genetisch festgelegte Programme, die ständig wechselnde Umwelt und die Interaktion zwischen diesen beiden Faktoren (GxE-Interaktion) bestimmt. Komplexe perinatale Modelle in Mäusen und anderen Modellsystemen ermöglichen eine umfassende Erforschung der Umweltfaktoren, die die perinatale Immunzellentwicklung beeinflussen. Dennoch sind die genetischen Grundlagen der perinatalen Immunzellvariabilität beim Menschen bis heute kaum bekannt und weitestgehend unerforscht.
In diesem Projekt wird die Rolle von cis-regulatorischen Varianten auf die Proteinexpression während der perinatalen Immunzellentwicklung bei menschlichen Neugeborenen untersucht. Dazu verwenden wir die Munich Preterm and Term clinical (MUNICH-PreTCl) Geburtskohorte. Durch die Integration von Proteomprofilen und Genotypdaten der Teilnehmer werden wir genetische Varianten identifizieren, die die Variabilität der Proteinhäufigkeit in neonatalen Blutproben zu definierten Schwangerschaftszeitpunkten bestimmen. Diese so genannten Protein Quantitative Trait Loci (pQTL) geben Aufschluss darüber, wie die Genetik individuelle Phänotypen definiert, indem wir die anschließende Modulation verschiedener Proteinexpressionsprofile betrachten.
COVID-19 bei Kindern und jungen ErwachsenenCOVID-19 ist eine Viruserkrankung, die durch das SARS-CoV-2 Virus (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) verursacht wird und durch einen höchst variablen Krankheitsverlauf gekennzeichnet ist. Die Mehrheit aller Patienten zeigt einen milden Verlauf mit Fieber und Husten. Ein kleinerer Teil der Patienten erleidet jedoch schwerwiegende Krankheitsverläufe und muss stationär oder sogar intensivmedizinisch behandelt werden. Während die Infektion bei Kindern einen milderen Verlauf als bei Erwachsenen aufzuweisen scheint, so sind dennoch alle Altersgruppen betroffen und auch schwere Verläufe mit Todesfällen sind seit Ausbruch der Pandemie beschrieben. Warum Kinder einen anderen Verlauf als Erwachsene und sogar in verschiedenen Altersklassen unterschiedliche Verläufe aufweisen, ist derzeit unbekannt.
Wir haben daher eine COVID-19-Studie initiiert, um die genetischen und Umweltrisikofaktoren von COVID-19 bei pädiatrischen und erwachsenen Patienten zu untersuchen. Unsere Forschungsgruppe integriert hierfür Daten des Immunprofils mit Multi-Omics auf zahlreichen molekularen Ebenen (Genom, Transkriptom, Proteom, Metabolom), um die Immunantwort auf SARS-CoV-2 detailliert zu charakterisieren und besser zu verstehen. Folgende Fragen werden hierbei beantwortet:
- Warum verläuft COVID-19 bei Kindern anders als bei Erwachsenen?
- Welche genetischen und immunologischen Risikofaktoren tragen zu diesen Unterschieden bei?
- Können wir diese Faktoren nutzen, um schwere Verläufe vorherzusagen?
Unsere prospektive Studie wird im Rahmen der Child Health Alliance Munich (CHANCE) am Dr. von Haunerschen Kinderspital der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Technischen Universität München (TUM) und München Klinik Schwabing durchgeführt. Die Studie ist auch aktiv an nationalen (Deutsche COVID-19 OMICS-Initiative) und internationalen (COVID-19 Host Genetics Initiative) COVID-19-Initiativen beteiligt, um gemeinsam gegen diese Pandemie vorzugehen.
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Alumni
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Ausgewählte Publikationen:
1. Nussbaum, C. & Kim-Hellmuth, S. Unlocking the genetic influence on milk variation and its potential implication for infant health. Cell Genom. 4, 100676 (2024).
2. Kasela, S., Aguet, F., Kim-Hellmuth, S., Brown, B. C., Nachun, D. C., Tracy, R. P., Durda, P., Liu, Y., Taylor, K. D., Johnson, W. C., Berg, D. V. D., Gabriel, S., Gupta, N., Smith, J. D., Blackwell, T. W., Rotter, J. I., Ardlie, K. G., Manichaikul, A., Rich, S. E., Barr, R. G. & Lappalainen, T. Interaction molecular QTL mapping discovers cellular and environmental modifiers of genetic regulatory effects. Am J Hum Genet 111(1) (2024).
3. Flynn, E., Tsu, A., Kasela, S., Kim-Hellmuth, S., Aguet, F., Ardlie, K. G., Bussemaker, H. J., Mohammadi, P. & Lappalainen, T. Transcription factor regulation of eQTL activity across individuals and tissues. Plos Genet 18, e1009719 (2022).
4. Brandt, M. K., Kim-Hellmuth, S., Ziosi, M., Gokden, A., Wolman, A., Lam, N., Recinos, Y., Hornung, V. K., Schumacher, J. & Lappalainen, T. An autoimmune disease risk variant: A trans master regulatory effect mediated by IRF1 under immune stimulation? PLoS Genet 17(7), (2021).
5. Warnat-Herresthal, S., Schultze, H., Shastry, K. L., Manamohan, S., Mukherjee, S., Garg, V., Sarveswara, R., Händler, K., Pickkers, P., Aziz, N. A., Ktena, S., Tran, F., Bitzer, M., Ossowski, S., Casadei, N., Herr, C., Petersheim, D., Behrends, U., Kern, F., Fehlmann, T., Schommers, P., Lehmann, C., Augustin, M., Rybniker, J., Altmüller, J., Mishra, N., Bernardes, J. P., Krämer, B., Bonaguro, L., Schulte-Schrepping, J., Domenico, E. D., Siever, C., Kraut, M., Desai, M., Monnet, B., Saridaki, M., Siegel, C. M., Drews, A., Nuesch-Germano, M., Theis, H., Heyckendorf, J., Schreiber, S., Kim-Hellmuth, S., […], Deutsche COVID-19 Omics Initiative (DeCOI), Giamarellos-Bourboulis, E. J., Kox, M., Becker, M., Cheran, S., Woodacre, M. S., Goh, E. L. & Schultze, J. L. Swarm Learning for decentralized and confidential clinical machine learning. Nature 1–7 (2021).
6. de Goede, O. M., Nachun, D. C., Ferraro, N. M., Gloudemans, M. J., Rao, A. S., Smail, C., Eulalio, T. Y., Aguet, F., Ng, B., Xu, J., Barbeira, A. N., Castel, S. E., Kim-Hellmuth, S., Park, Y., Scott, A. J., Strober, B. J., GTEx Consortium, Brown, C. D., Wen, X., Hall, I. M., Battle, A., Lappalainen, T., Im, H. K., Ardlie, K. G., Mostafavi, S., Quertermous, T., Kirkegaard, K. & Montgomery, S. B. Population-scale tissue transcriptomics maps long non-coding RNAs to complex disease. Cell (2021).
7. Barbeira, A. N.*, Bonazzola, R.*, Gamazon, E. R.*, Liang, Y.*, Park, Y.*, Kim-Hellmuth, S., Wang, G., Jiang, Z., Zhou, D., Hormozdiari, F., Liu, B., Rao, A., Hamel, A. R., Pividori, M. D., Aguet, F., GTEx GWAS working group, Bastarache, L., Jordan, D. M., Verbanck, M., Do, R., GTEx Consortium, Stephens, M., Ardlie, K., McCarthy, M., Montgomery, S. B., Segre, A. V., Brown, C. D., Lappalainen, T., Wen, X. & Im, H. K. Exploiting the GTEx resources to decipher the mechanisms at GWAS loci. Genome Biol. 22, 49–24 (2021).
8. GTEx Consortium#. The GTEx Consortium atlas of genetic regulatory effects across human tissues. Science 369, 1318-1330 (2020). #Lead analyst: Kim-Hellmuth, S.
>> Science cover and Introduction to Special Issue
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9. Kim-Hellmuth, S.†*, Aguet, F.*, Oliva, M., Muñoz-Aguirre, M., Kasela, S., Wucher, V., Castel, S. E., Hamel, A. R., Viñuela, A., Roberts, A. L., Mangul, S., Wen, X., Wang, G., Barbeira, A. N., Garrido-Martin, D., Nadel, B., Zou, Y., Bonazzola, R., Quan, J., Brown, A., Martinez-Perez, A., Soria, J. M., GTEx Consortium, Getz, G., Dermitzakis, E., Small, K. S., Stephens, M., Xi, H. S., Im, H. K., Guigó, R., Segre, A. V., Stranger, B. E., Ardlie, K. G. & Lappalainen, T. Cell type specific genetic regulation of gene expression across human tissues. Science 369 (2020).
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10. Oliva, M.*, Muñoz-Aguirre, M.*, Kim-Hellmuth, S.*, Wucher, V., Gewirtz, A., Cotter, D., Parsana, P., Kasela, S., Balliu, B., Viñuela, A., Castel, S. E., Mohammadi, P., Aguet, F., Zou, Y., Khramtsova, E., Skol, A., Garrido-Martin, D., Reverter, F., Brown, A., Evans, P., Gamazon, E., Payne, A., Bonazzola, R., Barbeira, A. N., Hamel, A. R., Martinez-Perez, A., Soria, J. M., GTEx Consortium, Pierce, B., Stephens, M., Eskin, E., Dermitzakis, E., Segre, A. V., Im, H. K., Engelhardt, B., Ardlie, K. G., Montegomery, S., Battle, A., Lappalainen, T., Guigó, R. & Stranger, B. E. The impact of sex on gene expression and its genetic regulation across human tissues. Science 369 (2020).
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11. Demanelis, K., Jasmine, F., Chen, L. S., Chernoff, M., Tong, L., Delgado, D., Zhang, C., Shinkle, J., Sabarinathan, M., Lin, H., Ramirez, E., Oliva, M., Kim-Hellmuth, S., Stranger, B. E., Lai, T.-P., Aviv, A., Ardlie, K. G., Aguet, F., Ahsan, H., GTEx Consortium, Doherty, J. A., Kibriya, M. G. & Pierce, B. L. Determinants of telomere length across human tissues. Science 369 (2020).
12. Kim-Hellmuth, S.†, Bechheim, M., Pütz, B., Mohammadi, P., Nédélec, Y., Giangreco, N., Becker, J., Kaiser, V., Fricker, N., Beier, E., Boor, P., Castel, S. E., Nöthen, M. M., Barreiro, L. B., Pickrell, J. K., Müller-Myhsok, B., Lappalainen, T., Schumacher, J. & Hornung, V. Genetic regulatory effects modified by immune activation contribute to autoimmune disease associations. Nat Commun 8, 266 (2017).
13. Kim-Hellmuth, S. & Lappalainen, T. Concerted Genetic Function in Blood Traits. Cell 167, 1167–1169 (2016).
14. Kim, S., Becker, J., Bechheim, M., Kaiser, V., Noursadeghi, M., Fricker, N., Beier, E., Klaschik, S., Boor, P., Hess, T., Hofmann, A., Holdenrieder, S., Wendland, J. R., Fröhlich, H., Hartmann, G., Nöthen, M. M., Müller-Myhsok, B., Pütz, B., Hornung, V. & Schumacher, J. Characterizing the genetic basis of innate immune response in TLR4-activated human monocytes. Nat Commun 5, 5236 (2014).
15. Kim, S., Kaiser, V., Beier, E., Bechheim, M., Guenthner-Biller, M., Ablasser, A., Berger, M., Endres, S., Hartmann, G. & Hornung, V. Self-priming determines high type I IFN production by plasmacytoid dendritic cells. Eur. J. Immunol. 44, 807–818 (2014).
16. Kim, S., Bauernfeind, F., Ablasser, A., Hartmann, G., Fitzgerald, K. A., Latz, E. & Hornung, V. Listeria monocytogenes is sensed by the NLRP3 and AIM2 inflammasome. Eur. J. Immunol. 40, 1545–1551 (2010).
17. Hornung, V., Ellegast, J., Kim, S., Brzózka, K., Jung, A., Kato, H., Poeck, H., Akira, S., Conzelmann, K.-K., Schlee, M., Endres, S. & Hartmann, G. 5'-Triphosphate RNA is the ligand for RIG-I. Science 314, 994–997 (2006).
†Corresponding author, *Equally contributing author
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09/2024
Neues Labormitglied:
Senior Bioinformatician Susanne Horn, PhD
Neues Labormitglied:
PhD Student Furkan Büyükgöl
07/2024
Neues Labormitglied:
Clinician Scientist Dr. med. Paula Rothämel
04/2024
Neues Labormitglied:
Wissenschaftliche Mitarbeiterin Juliane Klein
Neues Labormitglied:
Clinician Scientist Dr. med. Jessica Jin
03/2024
Offizieller Beginn unseres ImmGenDC-Uganda Teams in Kyamulibwa
Neues Labormitglied:
Masterstudentin Franziska Schweiger
Neues Labormitglied:
Masterstudentin Deniz Eser
Neues Labormitglied:
Medizinstudentin Sophia Grotz
01/2024
Start unseres ERC Starting Grant Projektes ImmGenDC in Uganda
Neues Labormitglied:
Postdoc Marie Bourdon, PhD
Neues Labormitglied:
Dr. cand. med. Aleksandra Jucha
12/2023
Neues Labormitglied:
Medizinstudentin Mara Franzl
11/2023
10/2023
Podiumsdiskussion beim Retreat des LMU Medical & Clinician Scientist Programmes (MCSP)
Neues Labormitglied:
PhD Student Alessandro Mattia
09/2023
Sathya Darmalinggam's Posterpräsentation auf der ersten Joint-Konferenz der Société Française d’Immunologie und der Deutschen Gesellschaft für Immunologie
Tuguldur Tumurbaatar's Posterpräsentation auf der ersten Joint-Konferenz der Société Française d’Immunologie und der Deutschen Gesellschaft für Immunologie
06/2023
Neues Labormitglied:
Medizinstudentin Laura Jänisch
05/2023
Das Kinderbuch “Young Scientists” der Jungen Akademie erscheint mit Sarah Kim-Hellmuth als eine von 30 Forschenden
04/2023
Neues Labormitglied:
Dr. cand. med. Mirjam Schobel
Neues Labormitglied:
Masterstudentin Pauline Kuschel
03/2023
Neues Labormitglied:
Bioinformatician Nicolás Lichilín, PhD
Neues Labormitglied:
Medizinstudentin Lea Steinberg
02/2023
Neues Labormitglied:
Research Fellow Dr. med. Tobias Franz
01/2023
Neues Labormitglied:
Masterstudentin Preeti Thiyagarajan
Neues Labormitglied:
Medizinstudentin Ekin Yaman
202211/2022
Neues Labormitglied:
Masterstudent Tuguldur Tumurbaatar
Neues Labormitglied:
Medizinstudentin Jana Wiesel
09-10/2022
07-08/2022
Neues Labormitglied:
Masterstudent Nishant Chintalagiri
05-06/2022
Podiumsdiskussion mit Sarah Kim-Hellmuth beim Festakt zum 175. Geburtstages des Hauner
03-04/2022
Neues Labormitglied:
Dr. cand. med. Theresa Haslbeck
202111/2021
Neues Labormitglied:
PhD Studentin Barbara Puzek
10/2021
09/2021
Neues Labormitglied:
PhD Studentin Luise Zeckey
05-06/2021
Carola Kaltenhauser's Posterpräsentation auf der 15. Kongress für Infektionskrankheiten und Tropenmedizin
04/2021
Offizieller Start der Helmholtz-Nachwuchsgruppe "Immunogenomics"
03/2021
202011-12/2020
Unsere COVID-19 Fallbeschreibung in einem Patienten mit Down-Syndrom im Wissenschaftsmagazin JPIDS
Neues Labormitglied:
Dr. cand. med. Alina Czwienzek
10/2020
Neues Labormitglied:
PhD Studentin Sathya Darmalinggam
Neues Labormitglied:
Modul 6 Student Jöran Sarazzin
09/2020
Neues Labormitglied:
Dr. cand. med. Ben Wendel
08/2020
Neues Labormitglied:
Modul 6 Studentin Anda Ardeoan
06/2020
04/2020
Neues Labormitglied:
Dr. cand. med. Carola Kaltenhauser
03/2020
Gründung der Päd-COVID-19 Studie
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ImmGenDC Uganda Team-Meeting
Cake-Day nach ESHG 2024
Teilnahme an SFI-DGfI 2023 in Strasbourg
ITG Retreat 2023 am Starnberger See
Sathya und Barbara beim CGSI 2022
Gruppenfoto nach unserem ersten Päd-COVID-19 Symposium
Erster Biergartenbesuch nach einem langen Lockdown
Teilnahme am CSAMA Summer School in Brixen
Unsere Gruppe beim ESHG 2024
Besuch auf der Oide Wiesn
Willkommen in der Gruppe, Jana und Tuulu!
Vielen Dank für Euren Einsatz beim Benefizkonzert für Kinder in der Ukraine!
Willkommen in der Gruppe, Luise!
Posterpräsentation beim CoPILOT Retreat
Marie und Jessica am Wellcome Genome Campus
Laborausflug Sommer 2023
Laborausflug Sommer 2022
CompHealth Retreat 2021 am Helmholtz Zentrum München
Willkommen in der Gruppe, Theresa!
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Open positions:
We are actively looking to expand our group at all levels (postdocs, senior and junior staff scientists, graduate students, interns). Given our interdisciplinary work we offer both dry and wet lab projects and are looking for highly motivated individuals with diverse scientific backgrounds (immunologists, clinicians, computational biologists, statistical geneticists, data scientists).
- Fascinated by the immune system and its complexity and diversity among us human beings?
- Driven to better understand genetic gene regulation and its role in immune-related diseases?
- Interested in applying cutting-edge genomics technologies and analytical approaches to answer some of the pressing questions in genetics & genomics and immunology?
- Enjoy working in an interdisciplinary and collaborative team surrounded by a vibrant scientific environment?
Then look no more!
Our group is dedicated to better understand the genetic basis of human immune response variation and translate those insights into the clinic to improve every day medical decision-making. Located both at Helmholtz Munich and the LMU University hospital we are embedded and collaborate in a wide scientific network, in particular with the Computational Health Center, the Department of Pediatrics, the Biomedical Center, the Gene Center Munich and of course nationally and internationally.
If you are interested in discussing projects or job opportunities please get in touch via email. This can be even very early before your potential start or before major conferences to meet informally.
Diversity and inclusivity are key values in our group. We welcome applicants from all backgrounds especially from underrepresented and underprivileged backgrounds.
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Kim-Hellmuth Lab
Kinderklinik und Kinderpoliklinik im Dr. von Haunerschen Kinderspital Klinikum der Universität München, LMU München
Lindwurmstraße 4+49-89-4400-519821 +49-89-4400-57418
80337 MünchenRgpgz Ülvzi;äävfbzvimefulrSnvJfiuyziu mi