Лаборатория сравнительной и функциональной геномики

Отдел геномики и постгеномных технологий

Руководитель: Лебедев Юрий Борисович, д. б. н.
+7 (495) 330-42-88 · lebedev_yb@mx.ibch.ru

labcfg.ibch.ru

Геном человека, эволюция и вариабельность генома, ретроэлементы, регуляция экспрессии генов, транскриптом лимфоцитов, аутоиммунные заболевания

Созданная в начале 2006 г. лаборатория объединила часть молодых сотрудников и аспирантов лаборатории структуры и функций генов человека (заведующий — академик Е. Д. Свердлов), занимавшихся исследованием роли ретроэлементов в эволюции и функционировании генома человека. В своем нынешнем (янв 2014 г.) составе лаборатория сравнительной и функциональной геномики включает зав. лабораторией д.б.н. профессора Ю. Б. Лебедева, старшего научного сотрудника к.б.н. И. З. Мамедова, научных сотрудников - к.б.н. И. В. Звягина и к.х.н. А. Ю. Комкова, младшего научного сотрудника А. А. Курносова, аспирантов М. В. Погорелого и Е. А. Комеч, троих студентов МГУ, выполняющих свои бакалаврские и магистерские работы. Текущие тематики проектов, выполняемые в лаборатории по планам НИР или при поддержке грантов программ Президиума РАН, РФФИ и др. фондов, включают:

  • «Исследование адаптивного иммунитета» - плановая НИР (совместно с лаб. Геномики Адаптивного Иммунитета), рук. Ю.Б.Лебедев 2013-2016гг.
  • «Исследование восстановления системы Т-клеточного иммунитета при трансплантации гемопоэтических стволовых клеток у пациентов с аутоиммунными артропатиями и онкологическими заболеваниями крови» - Программа МКБ, рук. Ю.Б.Лебедев 2013-2017гг.
  • «Идентификация соматических инсерций ретроэлементов в нейрональных тканях человека с использованием широкомасштабного секвенирования» - РФФИ 12-04-33065-мол-a-вед, рук. И.З.Мамедов 2013-2014гг.
  • «Изучение процессов формирования клеточного иммунитета организма после трансплантации гемопоэтических стволовых клеток у детей с острыми лейкозами» - РФФИ 13-04-01124-а, рук. И.З.Мамедов 2013-2015гг.
  • «Анализ реформирования системы адаптивного иммунитета при аутологичной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток - перспективном методе терапии аутоиммунных заболеваний» - РФФИ 14-04-01062-а, рук. И.В.Звягин 2014-2015гг.
  • «Динамический анализ индивидуальных репертуаров периферических Т-лимфоцитов при вакцинации» - РФФИ 14-04-01823-а, рук. Ю.Б.Лебедев 2014-2016гг.
  • «Изучение степени влияния генетических факторов на формирование Т-клеточного репертуара» - Фонд Дмитрия Зимина «Династия», рук. И.В.Звягин 2013-2015гг.

Направления исследований

Лаборатория проводит широкий спектр молекулярно-генетические исследований с применением оригинальных экспериментальных подходов к сравнительному анализу геномной ДНК и пулов кДНК. Сферы основных научных интересов лаборатории включают:

  1. изучение молекулярно-генетических причин отдельных типов аутоиммунных заболеваний, сопровождающихся клональной экспансией Т-лимфоцитов; сравнительный анализ транскриптомов субпопуляций периферических лимфоцитов;
  2. определение роли мобильных ретроэлементов в эволюции, индивидуальной и популяционной вариабельности генома человека; изучение взаимодействия видоспецифических и полиморфных инсерций ретроэлементов с системами регуляции экспрессии генов;
  3. разработку новых экспериментальных подходов к глубокому анализу индивидуальных репертуаров Т-клеточных рецепторов;
  4. изучение динамики клонального разнообразия периферических Т- и В-лимфоцитов организма человека при нормальном развитии иммунного ответа и при аутоиммунных или онкологических заболеваниях.
Ф.И.О.ДолжностьЭл. почта
Звягин Иван Владимирович, к. б. н.н.с.
Комеч Екатерина Александровнаасп.
Мамедов Ильгар Зияддинович, к. б. н.с.н.с.
Минервина Анастасия Алексеевнаасп.
Погорелый Михаил Валерьевичасп.
Сычева Анастасия Леонидовнаасп.
Устюгова Светлана Викторовна, к. б. н.м.н.с.

Избранные публикации

  1. Bolotin D.A., Shugay M., Mamedov I.Z., Putintseva E.V., Turchaninova M.A., Zvyagin I.V., Britanova O.V., Chudakov D.M. (2013). MiTCR: software for T-cell receptor sequencing data analysis. Nat. Methods 10 (9), 813–4 ID:886
  2. Bolotin D.A., Mamedov I.Z., Britanova O.V., Zvyagin I.V., Shagin D., Ustyugova S.V., Turchaninova M.A., Lukyanov S., Lebedev Y.B., Chudakov D.M. (2012). Next generation sequencing for TCR repertoire profiling: platform-specific features and correction algorithms. European journal of immunology , [+]

    The T-cell receptor (TCR) repertoire is a mirror of the human immune system that reflects processes caused by infections, cancer, autoimmunity, and aging. Next generation sequencing (NGS) is becoming a powerful tool for deep TCR profiling; yet, questions abound regarding the methodological approaches for sample preparation and correct data interpretation. Accumulated PCR and sequencing errors along with library preparation bottlenecks and uneven PCR efficiencies lead to information loss, biased quantification, and generation of huge artificial TCR diversity. Here, we compare Illumina, 454, and Ion Torrent platforms for individual TCR profiling, evaluate the rate and character of errors, and propose advanced platform-specific algorithms to correct massive sequencing data. These developments are applicable to a wide variety of NGS applications. We demonstrate that advanced correction allows the removal of the majority of artificial TCR diversity with concomitant rescue of most of the sequencing information. Thus, this correction enhances the accuracy of clonotype identification and quantification as well as overall TCR diversity measurements.

    ID:733
  3. Britanova O.V., Bochkova A.G., Staroverov D.B., Fedorenko D.A., Bolotin D.A., Mamedov I.Z., Turchaninova M.A., Putintseva E.V., Kotlobay A.A., Lukyanov S., Novik A.A., Lebedev Y.B., Chudakov D.M. (2012). First autologous hematopoietic SCT for ankylosing spondylitis: a case report and clues to understanding the therapy. Bone marrow transplantation , ID:732
  4. Mamedov I.Z., Britanova O.V., Bolotin D.A., Chkalina A.V., Staroverov D.B., Zvyagin I.V., Kotlobay A.A., Turchaninova M.A., Fedorenko D.A., Novik A.A., Sharonov G.V., Lukyanov S., Chudakov D.M., Lebedev Y.B. (2011). Quantitative tracking of T cell clones after haematopoietic stem cell transplantation. EMBO Mol Med 3 (4), 201–7 [+]

    Autologous haematopoietic stem cell transplantation is highly efficient for the treatment of systemic autoimmune diseases, but its consequences for the immune system remain poorly understood. Here, we describe an optimized RNA-based technology for unbiased amplification of T cell receptor beta-chain libraries and use it to perform the first detailed, quantitative tracking of T cell clones during 10 months after transplantation. We show that multiple clones survive the procedure, contribute to the immune response to activated infections, and form a new skewed and stable T cell receptor repertoire.

    ID:453
  5. Zvyagin I.V., Mamedov I.Z., Britanova O.V., Staroverov D.B., Nasonov E.L., Bochkova A.G., Chkalina A.V., Kotlobay A.A., Korostin D.O., Rebrikov D.V., Lukyanov S., Lebedev Y.B., Chudakov D.M. (2010). Contribution of functional KIR3DL1 to ankylosing spondylitis. Cellular & molecular immunology , [+]

    Increasing evidence points to a role for killer immunoglobulin-like receptors (KIRs) in the development of autoimmune diseases. In particular, a positive association of KIR3DS1 (activating receptor) and a negative association of KIR3DL1 (inhibitory receptor) alleles with ankylosing spondylitis (AS) have been reported by several groups. However, none of the studies analyzed these associations in the context of functionality of polymorphic KIR3DL1. To better understand how the KIR3DL1/3DS1 genes determine susceptibility to AS, we analyzed the frequencies of alleles and genotypes encoding functional (KIR3DL1*F) and non-functional (KIR3DL1*004) receptors. We genotyped 83 AS patients and 107 human leukocyte antigen (HLA)-B27-positive healthy controls from the Russian Caucasian population using a two-stage sequence-specific primer PCR, which distinguishes KIR3DS1, KIR3DL1*F and KIR3DL1*004 alleles. For the patients carrying two functional KIR3DL1 alleles, those alleles were additionally genotyped to identify KIR3DL1*005 and KIR3DL1*007 alleles, which are functional but are expressed at low levels. KIR3DL1 was negatively associated with AS at the expense of KIR3DL1*F but not of KIR3DL1*004. This finding indicates that the inhibitory KIR3DL1 receptor protects against the development of AS and is not simply a passive counterpart of the segregating KIR3DS1 allele encoding the activating receptor. However, analysis of genotype frequencies indicates that the presence of KIR3DS1 is a more important factor for AS susceptibility than the absence of KIR3DL1*F. The activation of either natural killer (NK) or T cells via the KIR3DS1 receptor can be one of the critical events in AS development, while the presence of the functional KIR3DL1 receptor has a protective effect. Nevertheless, even individuals with a genotype that carried two inhibitory KIR3DL1 alleles expressed at high levels could develop AS.Cellular & Molecular Immunology advance online publication, 6 September 2010; doi:10.1038/cmi.2010.42.

    ID:370
  6. Shagina I., Bogdanova E., Mamedov I., Lebedev Y., Lukyanov S., Shagin D. (2010). Normalization of genomic DNA using duplex-specific nuclease. BioTechniques 48 (6), 351–355 [+]

    An application of duplex-specific nuclease (DSN) normalization technology to whole-genome shotgun sequencing of genomes with a large proportion of repetitive DNA is described. The method uses a thermostable DSN from the Kamchatka crab that specifically hydrolyzes dsDNA. In model experiments on human genomic DNA, we demonstrated that DSN normalization of double-stranded DNA formed during C0t analysis is effective against abundant repetitive sequences with high sequence identity, while retaining highly divergent repeats and coding regions at baseline levels. Thus, DSN normalization applied to C0t analysis can be used to eliminate evolutionarily young repetitive elements from genomic DNA before sequencing, and should prove invaluable in studies of large eukaryotic genomes, such as those of higher plants.

    ID:339
  7. Mamedov I.Z., Shagina I.A., Kurnikova M.A., Novozhilov S.N., Shagin D.A., Lebedev Y.B. (2010). A new set of markers for human identification based on 32 polymorphic Alu insertions. EJHG , [+]

    A number of genetic systems for human genetic identification based on short tandem repeats or single nucleotide polymorphisms are widely used for crime detection, kinship studies and in analysis of victims of mass disasters. Here, we have developed a new set of 32 molecular genetic markers for human genetic identification based on polymorphic retroelement insertions. Allele frequencies were determined in a group of 90 unrelated individuals from four genetically distant populations of the Russian Federation. The mean match probability and probability of paternal exclusion, calculated based on population data, were 5.53 x 10(-14) and 99.784%, respectively. The developed system is cheap and easy to use as compared to all previously published methods. The application of fluorescence-based methods for allele discrimination allows to use the human genetic identification set in automatic and high-throughput formats.European Journal of Human Genetics advance online publication, 24 February 2010; doi:10.1038/ejhg.2010.22.

    ID:338
  8. Mamedov I.Z., Britanova O.V., Chkalina A.V., Staroverov D.B., Amosova A.L., Mishin A.S., Kurnikova M.A., Zvyagin I.V., Mutovina Z.Y., Gordeev A.V., Khaidukov S.V., Sharonov G.V., Shagin D.A., Chudakov D.M., Lebedev Y.B. (2009). Individual characterization of stably expanded T cell clones in ankylosing spondylitis patients. Autoimmunity 42 (6), 525–36 [+]

    Ankylosing spondylitis (AS) is commonly characterized by clonal expansions of T cells. However, these clonal populations are poorly studied and their role in disease initiation and progression remains unclear. Here, we performed mass sequencing of TCR V beta libraries to search for the expanded T cell clones for two AS patients. A number of clones comprising more than 5% of the corresponding TCR V beta family were identified in both patients. For the first time, expanded clones were shown to be stably abundant in blood samples of AS patients for the prolonged period (1.5 and 2.5 years for two patients, correspondingly). These clones were individually characterized in respect to their differentiation status using fluorescent cell sorting with CD27, CD28, and CD45RA markers followed by quantitative identification of each clone within corresponding fraction using real time PCR analysis. Stable clones differed in phenotype and several were shown to belong to the proinflammatory CD27 - /CD28 - population. Their potentially cytotoxic status was confirmed by staining with perforin-specific antibodies. Search for the TCR V beta CRD3 sequences homologous to the identified clones revealed close matches with the previously reported T cell clones from AS and reactive arthritis patients, thus supporting their role in the disease and proposing consensus TCR V beta CDR3 motifs for AS. Interestingly, these motifs were also found to have homology with earlier reported virus-specific CDR3 variants, indicating that viral infections could play role in development of AS.

    ID:276
  9. Lebedev Y.B., Amosova A.L., Mamedov I.Z., Fisunov G.Y., Sverdlov E.D. (2007). Most recent AluY insertions in human gene introns reduce the content of the primary transcripts in a cell type specific manner. Gene 390 (1-2), 122–9 [+]

    Предложена общая стратегия широко масштабного анализа влияния ретроэлементов на функционирование генома приматов, использующая явление инсерционного полиморфизма Alu элементов генома человека. Предложен метод сравнения транскрипционной активности аллельных вариантов генов человека, отличающихся по интронным инсерциям AluY элементов. Открыт ингибиторный эффект диморфных AluY инсерций на экспрессию пораженного аллеля и показан тканеспецифический характер проявления обнаруженного эффекта.

    ID:100
  10. Mamedov I.Z., Arzumanyan E.S., Amosova A.L., Lebedev Y.B., Sverdlov E.D. (2005). Whole-genome experimental identification of insertion/deletion polymorphisms of interspersed repeats by a new general approach. Nucleic Acids Res. 33 (2), e16 [+]

    Разработана уникальная технология экспериментального сравнительно-структурного анализа смесевых образцов геномной ДНК, направленная на полногеномную идентификацию полиморфных инсерций отдельных классов ретроэлементов. Эффективность нового экспериментального подхода к изучению инсерционного полиморфизма ретроэлементов генома человека доказана открытием обширной группы диморфных инсерций AluY элементов, до 40% представителей которой не могли быть идентифицированы биоинформатическими методами анализа.

    ID:99
  11. Buzdin A., Ustyugova S., Gogvadze E., Lebedev Y., Hunsmann G., Sverdlov E. (2003). Genome-wide targeted search for human specific and polymorphic L1 integrations. Hum. Genet. 112 (5-6), 527–33 [+]

    Эффективное применение оригинального метода вычитающей гибридизации геномной ДНК для идентификации видоспецифических инсерций LINE ретропозонов.

    ID:97
  12. Buzdin A., Ustyugova S., Khodosevich K., Mamedov I., Lebedev Y., Hunsmann G., Sverdlov E. (2003). Human-specific subfamilies of HERV-K (HML-2) long terminal repeats: three master genes were active simultaneously during branching of hominoid lineages. Genomics 81 (2), 149–56 [+]

    Полный структурный анализ специфичных для генома человека LTR-элементов. Впервые доказана множественная ретропозиция эндогенных ретровирусов в ходе эволюции генома человека.

    ID:96
  13. Mamedov I., Batrak A., Buzdin A., Arzumanyan E., Lebedev Y., Sverdlov E.D. (2002). Genome-wide comparison of differences in the integration sites of interspersed repeats between closely related genomes. Nucleic Acids Res. 30 (14), e71 [+]

    Представлен окончательный вариант экспериментального подхода к полногеномному сравнительному анализу распределения участков интеграции LTR-элементов в геномах близкородственных видов. Впервые идентифицировано и предварительно охарактеризовано 11 инсерций LTR-элементов, отличающих геном человека от генома шимпанзе.

    ID:18
  14. Buzdin A., Khodosevich K., Mamedov I., Vinogradova T., Lebedev Y., Hunsmann G., Sverdlov E. (2002). A technique for genome-wide identification of differences in the interspersed repeats integrations between closely related genomes and its application to detection of human-specific integrations of HERV-K LTRs. Genomics 79 (3), 413–22 [+]

    В статье опубликован новый метод, позволяющий сравнивать распределение геномных повторов между близкородственными геномами при помощи метода вычитающей гибридизации

    ID:17
  15. Lebedev Y.B., Belonovitch O.S., Zybrova N.V., Khil P.P., Kurdyukov S.G., Vinogradova T.V., Hunsmann G., Sverdlov E.D. (2000). Differences in HERV-K LTR insertions in orthologous loci of humans and great apes. Gene 247 (1-2), 265–77 [+]

    Впервые предложена техника селективной ПЦР-амплификации участков интеграции ретроэлементов. По результатам сравнительно-сруктурного и эволюционного анализа LTR-элементов разработана детальная систематика эндогенных ретровирусов семейства К (HERV-K) и показано существование волн ретропозиций HERV-K в эволюции генома, совпадающих по времени со временем дивергенции основных линий приматов. Доказано существование специфичной для генома человека группы LTR-элементов

    ID:98

Руководитель подразделения

Лебедев Юрий Борисович

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 72, комн. 655
  • Тел.: +7 (495) 330-42-88
  • Эл. почта: lebedev_yb@mx.ibch.ru