Научно-исследовательская лаборатория «Регуляторная геномика»

Хаяшизаки Йошихиде Япония

Номер договора

075-15-2021-601

Период реализации проекта

2021-2023

Сайт лаборатории

По данным на 01.12.2023

Количество специалистов

научных публикаций

Название проекта: Регуляторные генетические и эпигенетические механизмы развития и функционирования скелетных и сердечной мышц человека и приматов в норме и патологии

Цель проекта:

Основной целью данного исследования является определение ландшафта активности регуляторных элементов генома во взрослых и развивающихся скелетных и сердечных мышцах человека и приматов в норме и патологии. Для достижения этой цели необходимо будет провести сбор образцов разных типов скелетных и сердечных мышц человека и млекопитающих (макак). Организация биобанка образцов мышц будет одной из важных задач. С использованием современных методов оценки активности генов на уровне целого генома (CAGE-seq RNA-seq) и их регуляторных элементов (ATAC-seq), а также их вариаций на уровне отдельных клеток, будет решаться задача получения массива данных секвенирования. Полученные данные будут обрабатываться группой биоинформатиков, имеющих опыт выполнения крупных международных проектов, а также используя для сравнения результаты серии проектов FANTOM (2000-2018), базирующихся на той же технологической платформе (CAGE-seq).

В результате планируется создать атлас экспрессионной активности, реконструкцию генных сетей, регулирующих молекулярные процессы в мышечных клетках и тканях в норме и патологии.

Научные результаты:

В рамках подготовки пилотного проекта по запуску научно-клинического мышечного биобанка, был продолжен анализ генов активных в скелетных и сердечных мышцах и, одновременно, связанных с развитием миопатий. При консультативной поддержке МГНЦ им Бочкова была оценена экспрессия таких генов в cсозданном лабораторией атласе экспрессии скелетных мышц FANTOMUS и выявлены закономерности взаимосвязи экспрессии таких генов и устойчивости скелетных мышц к дистрофии.

В партнерстве с ГНЦ ИБМБ РАН с использованием атласа FANTOMUS в качестве референса проведен анализ транскрипционных изменений в мышцах человека под действием искусственной микрогравитации (с применением сухой иммерсии). Впервые выделены ключевые транскрипционные факторы, связанные с сигнальными молекулярными путями, отвечающими на гравитационную разгрузку. Подготовлена статья в журнал Q1.

Проводится комплексный анализ генов, кодирующих миозины и регуляторные участки таких генов. Показана экспрессия “эмбриональных” миозинов в ряде скелетных мышц взрослого человека. Проведен анализ изоформ миозинов транскрибируемых с различных промоторов.

Разработан новый алгоритм прямого сопоставления регуляторных участков генома человека и макак. Данный подход будет использован на следующем этапе анализа – характеристики эволюционных изменений в регуляторных участках генома и связанных с функциональными особенностями ортологичных мышц человека и приматов.

Внедрение результатов исследования:

По итогам реализации проекта подготовлена дорожная карта по внедрению биоинформатического анализа регуляторных элементов генома человека активных в мышцах в программу генетической диагностики миопатий неясной природы. Прорабатывается концепция проекта мышечного научно-клинического биобанка (с привлечением транскриптоного анализа).

Сотрудничество:

Kumamoto University, Japan
МФТИ, РФ
Институт Биологии Белка, РАН, РФ
МКНЦ им. А.С.Логинова, Москва, РФ
ГНЦ ИМБП РАН, Москва РФ

Скрыть Показать полностью

Penzar D, Nogina D, Noskova E, Zinkevich A, Meshcheryakov G, Lando A, Rafi AM, de Boer C, Kulakovskiy IV.

LegNet: a best-in-class deep learning model for short DNA regulatory regions. Bioinformatics. 2023 Aug 1;39(8):btad457. doi:10.1093/bioinformatics/btad457

Deviatiiarov, R.M., Gams, A., Kulakovskiy, I.V. et al.

An atlas of transcribed human cardiac promoters and enhancers reveals an important role of regulatory elements in heart failure. Nat Cardiovasc Res 2, 58–75 (2023). https://doi.org/10.1038/s44161-022-00182-x

Vorontsov IE, Eliseeva IA, Zinkevich A, Nikonov M, Abramov S, Boytsov A, Kamenets V, Kasianova A, Kolmykov S, Yevshin IS, Favorov A, Medvedeva YA, Jolma A, Kolpakov F, Makeev VJ, Kulakovskiy IV

HOCOMOCO in 2024: a rebuild of the curated collection of binding models for human and mouse transcription factors. Nucleic Acids Res. 2024 Jan 5;52(D1):D154-D163. doi: 10.1093/nar/gkad1077

Aitova A, Berezhnoy A, Tsvelaya V, Gusev O, Lyundup A, Efimov AE, Agapov I, Agladze K.

Biomimetic Cardiac Tissue Models for In Vitro Arrhythmia Studies. Biomimetics (Basel). 2023 Oct 14;8(6):487. doi: 10.3390/biomimetics8060487.

Лаборатория, принимающая организация	Область наук	Город	Приглашенный ученый	Период реализации проекта
Центр интегративной структурной биологии (10) НИЦ «Курчатовский институт» - (Курчатовский институт)	Биология	Москва	Юсупов Марат Миратович Россия, Франция	2024-2028
Лаборатория эволюционной трофологии Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН - (ИПЭЭ РАН)	Биология	Москва	Энрике Жизберт Касас Испания	2022-2024
Лаборатория статистической мультиомики и биоинформатики Уфимский федеральный исследовательский центр РАН - (УФИЦ РАН)	Биология	Уфа	Прокопенко Инга Анатольевна Великобритания	2021-2023