Аннотация. В настоящей работе впервые проведен комплексный биоинформатический анализ генов человека, связанных с генерацией, чувством и ответом на боль наряду с обезболиванием, которые были представлены 568 генами человека согласно базе данных NCBI Gene (дата обращения 15.09.2024). Ген SCN9A человека (sodium voltage-gated channel α subunit 9) передачи сигналов о повреждении тканей от сенсорных нейронов в центральную нервную систему был единственным среди исследуемых 568 генов, который вовлечен во все анализируемые процессы как ген-интегратор для них. Сначала с использованием созданного нами ранее инструмента OrthoWeb для каждого гена оценили таксон ближайшего общего предка всех организмов, у которого расшифрована ДНК этого гена (т. е. индекс филостратиграфического возраста, PAI). Среднеарифметическая оценка PAI для всех анализируемых генов, а также его значение для гена SCN9A, интегратора генерации, чувства и ответа на боль наряду с анестезией, оказались равными 4. На эволюционной шкале Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG) это соответствует таксону Chordata, у одних из самых древних представителей которого произошла специализация центральной и периферической нервной системы. Далее с помощью созданной нами системы ANDSystem мы выявили фосфорилирование ионных каналов как краеугольного камня в генерации, чувстве, ответе на боль и обезболивание, которое определяет эффективность передачи сигналов из периферической в центральную нервную систему. Этот вывод согласуется с литературными данными о ключевой роли эффективной передачи сигналов периферической нервной системы в центральную при коррекции циркадного ритма человека через фактическую детекцию фоторецепторами смены ночной темноты на дневное освещение, а также при определении направления на источник звука слуховыми ядрами мозга, формировании ответа на холодовой стресс и при координации движений у человека. Затем с использованием ранее созданной нами базы данных Human_SNP_TATAdb был предложен 21 кандидатный SNP-маркер значимого увеличения и уменьшения экспрессии гена SCN9A человека. Наконец, отношение встречаемости этих SNP-маркеров сравнили с полногеномным отношением, которое было оценено консорциумом «1000 геномов». В результате обнаружено, что SCN9A как ген-интегратор генерации, чувства, ответа на боль наряду с анестезией подвержен естественному отбору против снижения его экспрессии для поддержания высокого уровня контроля состояния организма и параметров внешней среды.
Ключевые слова: человек; ТВР; SNP; промотор; ген-интегратор; SCN9A; изменение экспрессии; генерация боли; чувство боли; ответ на боль; анестезия.
Для цитирования: Доценко П.А., Золотарева К.А., Иванов Р.А., Чадаева И.В., Подколодный Н.Л., Иванисенко В.А., Деменков П.С., Лашин С.А., Пономаренко М.П. Кандидатные SNP-маркеры изменения экспрессии гена SCN9A человека в качестве интегратора генерации, чувства, ответа на боль и анестезии. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):808-821. doi 10.18699/vjgb-24-89
Финансирование. Работа выполнена при поддержке Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий России. Авторы выражают благодарность ЦКП «Биоинформатика» за вычислительные ресурсы по бюджетному проекту FWNR-2022-0020.

Аннотация. Технология ChIP-seq, основанная на иммунопреципитации хроматина (ChIP), позволяет картировать набор геномных локусов (пиков), содержащих сайты связывания (СС) для исследуемого (целевого) транскрипционного фактора (ТФ). ТФ может распознавать несколько структурно различных мотивов СС. Мультибелковый комплекс, картируемый в эксперименте ChIP-seq, включает целевой и другие «партнерские» ТФ, связанные белок-белковыми взаимодействиями. Не все из этих ТФ связываются с ДНК напрямую. Поэтому и целевой, и партнерские ТФ распознают обогащенные мотивы СС в пиках. Для поиска обогащенных мотивов по данным ChIP-seq применяется подход de novo поиска. Для пары обогащенных мотивов СС ТФ в наборе пиков может быть обнаружена совместная или взаимоисключающая встречаемость: совместная отражает более частое нахождение двух мотивов СС ТФ в одних пиках, а взаимоисключающая – в разных пиках. Мы предлагаем программный комплекс (ПК) MetArea для выявления пар мотивов СС ТФ со взаимоисключающей встречаемостью по данным ChIP-seq. ПК MetArea предназначен для предсказания структурного разнообразия мотивов СС одного ТФ и функциональной связи мотивов СС разных ТФ. Функциональная связь мотивов двух разных ТФ предполагает, что они взаимозаменяемы в составе мультибелкового комплекса, который использует СС этих ТФ для прямого связывания с ДНК в различных пиках. ПК MetArea рассчитывает оценки точности распознавания pAUPRC (частичная площадь под кривой Precision–Recall) для каждого из двух входных одиночных мотивов, определяет их «объединенный» мотив и оценивает точность для него. Целью анализа является поиск пар одиночных мотивов A и B, для которых точность объединенного мотива A&B выше точностей обоих одиночных мотивов.
Ключевые слова: de novo поиск мотивов; кривая PR; площадь под кривой; структурные варианты мотивов сайтов связывания транскрипционных факторов; кооперативное действие транскрипционных факторов.
Для цитирования: Левицкий В.Г., Цуканов А.В., Меркулова Т.И. Программный комплекс MetArea для анализа взаимоисключающей встречаемости пар мотивов сайтов связывания транскрипционных факторов по данным ChIP-seq. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):822-833. doi 10.18699/vjgb-24-90
Финансирование. Работа поддержана государственным бюджетным проектом № FWNR-2022-0020 Института цитологии и генетики СО РАН.
Благодарности. Разработка программного пакета и анализ данных проведены с использованием вычислительных ресурсов ЦКП «Биоинформатика» (при поддержке бюджетного проекта № FWNR-2022-0020).

Аннотация. Одним из подклассов микроРНК с до сих пор неизвестными специальными функциями являются митомиРы (mitomiRs) – митохондриальные микроРНК, которые в основном происходят из ядерной ДНК и импортируются в митохондрии, при этом изменение уровня их экспрессии ассоциировано с рядом заболеваний. Для выявления характерных особенностей митохондриальных микроРНК, отличающих их от остальных микроРНК, мы провели классификацию этих последовательностей с помощью метода случайного леса. Проведенный анализ впервые выявил достоверные различия между митомиРами и микроРНК по следующим характеристикам (по убыванию степени их важности в классификации): митомиРы имеют достоверно больший эволюционный возраст (низкий индекс филостратиграфического возраста, PAI), большее количество мишеней и ассоциаций с болезнями, в том числе митохондриальными (двусторонний точный тест Фишера, средние p-значения 1.82×10–89/1.13×10–96 для всех мРНК/болезней и 6.01×10–22/1.09×10–9 для митохондриальных); принадлежат к классу «циркулирующих» (среднее p-значение 1.20×10–56). Обнаруженные различия между митомиРами и остальными микроРНК могут помочь раскрыть способ доставки микроРНК в митохондрии, свидетельствуют об эволюционной консервативности и важности митомиРов в регулировании функций и метаболизма митохондрий, а в целом говорят о том, что митомиРы не являются случайными микроРНК. Информация о 1312 экспериментально подтвержденных последовательностях митомиРов для трех организмов (Homo sapiens, Mus musculus и Rattus norvegicus) собрана в базе mitomiRdb (https://mitomiRdb.org).
Ключевые слова: митомиР; митохондрия; микроРНК; эволюция; база данных.
Для цитирования: Ворожейкин П.С., Титов И.И. Компьютерный анализ показывает отличия митохондриальных микроРНК от остальных микроРНК. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):834-842. doi 10.18699/vjgb-24-91
Финансирование. Исследование выполнено за счет средств бюджетного проекта № FWNR-2022-0020.

Аннотация. Коронавирус SARS-CoV-2 – это вирус, для которого было собрано, секвенировано и сохранено рекордное количество вариантов генома из источников по всему миру. Нуклеотидные последовательности в формате FASTA включают 16.8 млн геномов, каждый длиной ≈29900 нт (нуклеотидов), общим размером ≈500∙109 нт, или 466 Гб. Мы предлагаем способ представления данных, позволяющий разместить без потерь всю эту информацию в оперативной памяти (RAM) обычного персонального компьютера. Более того, будет достаточно всего ≈330 Мб. Выравнивание их всех относительно исходной референсной последовательности Wunah-Hu-1 позволяет представить каждый геном как структуру данных, содержащую списки точечных мутаций, делеций и вставок. Наша реализация такого представления данных привела к коэффициенту сжатия 1:1500 (для сравнения, упаковка данных с помощью популярного архиватора WinRAR дает степень сжатия только 1:62) и обеспечила возможность быстрого вычисления редакционного расстояния между различными вариантами генома. С помощью этого подхода, реализованного в виде программы на C++, мы провели анализ различных свойств набора геномов SARS-CoV-2, содержащихся в NCBI Genbank, собранных за 4.5 года (с 24.12.2019 по 24.06.2024). Были рассчитаны распределение числа геномов от числа неопределенных нуклеотидов “N” в них, число уникальных геномов и кластеров из идентичных геномов, а также распределение кластеров по размеру (числу идентичных геномов) и продолжительности (длине временного интервала между первым и последним геномом каждого кластера). Наконец, эволюция распределений числа изменений (редакционное расстояние между каждым геномом и референсной последовательностью), вызванных заменами, делециями и вставками, была визуализирована в виде 3D поверхностей, наглядно изображающих процесс вирусной эволюции в течение 4.5 лет, с интервалом в одну неделю. Такая визуализация хорошо соотносится с филогенетическими деревьями (обычно рассчитываемыми по 3–4 тыс. представителей вариантов генома), но строится на основе миллионов геномов, отображает больше деталей и не зависит от типа классификации линий/клад.
Ключевые слова: коронавирус; SARS-CoV-2; геном; варианты; эволюция; программная система; большие данные; компактизация; анализ; визуализация.
Для цитирования: Пальянов А.Ю., Пальянова Н.В. Новый подход к анализу эволюции SARS-CoV-2, основанный на визуализации и кластеризации больших объемов генетических данных, компактно представленных в оперативной памяти. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):843-853. doi 10.18699/vjgb-24-92
Финансирование. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 23-64-00005).

Аннотация. Фосфолипазы типа A2 (ФА2) – это семейство гидролаз, которые катализируют процесс гидролиза фосфолипидов, играя ключевую роль во многих молекулярных процессах при функционировании клеток и организма в целом. Данное семейство подразделяется на 16 групп, объединенных в шесть основных типов. Впервые ФА2 были выделены как цитотоксины яда у змей и ферменты панкреатического сока у свиней. Изучение этих ферментов в настоящее время вызывает большой интерес, поскольку было показано, что ряд ФА2 участвует в процессах канцерогенеза. Наиболее хорошо изучены ферменты ФА2 у модельных организмов и человека. Однако их наличие и функциональная роль у немодельных организмов изучены слабо. К таким малоизученным таксонам относятся плоские черви, ряд видов которых является паразитами человека. У паразитических плоских червей ранее было охарактеризовано несколько генов ФА2 и показана их возможная роль во взаимодействии «паразит–хозяин». Но систематической идентификации генов ФА2 у этого таксона не проведено. В работе осуществлены поиск и сравнительный анализ последовательностей ФА2, кодируемых в геномах плоских червей. Исследовано 44 вида, представленных 2 свободноживущими и 42 паразитическими организмами. Анализ выполнен на основе поиска ортологических групп белоккодирующих генов с учетом доменной структуры белков. У плоских червей обнаружено 12 из 13 известных типов фосфолипаз А2, имеющихся в 11 ортологических группах. Часть фосфолипаз нескольких типов попала в одну ортологическую группу, часть типов распалась на несколько ортогрупп в соответствии с особенностями доменной структуры. Показано, что ФА2 кальцийнезависимого типа, ФА2 тромбоцитарноактивирующего типа групп G8 и лизосомальные ФА2 группы G15 представлены во всех крупных таксонах плоских червей и в большинстве изученных нами видов. Для генов, кодирующих ферменты у свободноживущих червей, наблюдается множественное число копий. У паразитических плоских червей, наоборот, происходит потеря основной части генов специфически по отношению как к отдельным таксонам, так и к отдельным группам/подсемействам ФА2. Обнаружена ортологическая группа секретируемых фосфолипаз, которая среди паразитов имеется только у дигенетических сосальщиков, при этом в геномах описторхид это семейство подверглось дупликациям. Интересно, что ранее в ряде экспериментальных работ показано влияние белков Clоnorchis sinensis этой ортогруппы на раковую трансформацию клеток организмахозяина. Наши результаты дали возможность впервые систематически идентифицировать последовательности ФА2 у плоских червей и продемонстрировали, что их эволюция подвержена процессам потерь генов, характерных в целом для геномов паразитов. Кроме того, наш анализ позволил выявить таксонспецифические процессы дупликаций и потерь генов ФА2 у паразитических организмов, которые могут быть связаны с процессами их взаимодействия с организмом хозяина.
Ключевые слова: фосфолипаза А2; плоские черви; многодоменные белки; паразитизм; филогения; структура доменов.
Для цитирования: Бочарникова М.Е., Турнаев И.И., Афонников Д.А. Поиск и функциональная аннотация многодоменных белков семейства ФА2 у плоских червей. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8): 854863. doi 10.18699/vjgb2493
Финансирование. Работа поддержана бюджетным проектом № FWNR20220020. Обработка данных проводилась с использованием вычислительных ресурсов ЦКП «Биоинформатика» ИЦиГ СО РАН.

Аннотация. Холестерин – это незаменимая структурная компонента клеточных мембран, предшественник витамина D и стероидных гормонов. У человека и других видов животных холестерин поступает в организм с пищей, а также синтезируется в клетках многих тканей de novo. Ранее нами была реконструирована генная сеть регуляции внутриклеточного уровня холестерина, включавшая регуляторные контуры, функционирующие при участии транскрипционных факторов подсемейства SREBP (sterol regulatory element-binding proteins). Активность транскрипционных факторов подсемейства SREBP регулируется в обратной зависимости от уровня холестерина в клетке. Этот механизм реализуется при участии белков «холестеринового сенсора», включающего белки SCAP, INSIG1, INSIG2, MBTPS1/S1P, MBTPS2/S2P и транскрипционные факторы подсемейства SREBP. Повышенный уровень холестерина является фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний, а также сопутствующим фактором многих патологических состояний. Систематизация сведений о молекулярных механизмах, контролирующих активность факторов подсемейства SREBP и биосинтез холестерина, в формате генной сети и получение новых знаний о генной сети как едином объекте чрезвычайно важны в контексте понимания молекулярных механизмов развития заболеваний. Средствами компьютерной системы ANDSystem нами построена генная сеть регуляции биосинтеза холестерина в клетке. Генная сеть включает данные: (1) о ферментах, осуществляющих биосинтез холестерина; (2) белках, функционирующих в составе «холестеринового сенсора»; (3) белках, регулирующих активность белков «холестеринового сенсора»; (4) генах, кодирующих белки этих групп; (5) генах, транскрипция которых регулируется при участии транскрипционных факторов подсемейства SREBP (генах-мишенях). Проведен анализ генной сети и выявлены замкнутые регуляторные контуры, контролирующие активность транскрипционных факторов подсемейства SREBP. Эти контуры реализуются с участием генов PPARG, NR0B2/SHP1, LPIN1, AR и кодируемых ими белков. Исследование филостратиграфического возраста генов показало, что предковые формы большинства генов человека, кодирующих ферменты биосинтеза холестерина и белки «холестеринового сенсора», могли возникнуть на достаточно ранних эволюционных этапах (Cellular organisms (корень филостратиграфического дерева) и этапах дивергенции Eukaryota и Metazoa). Однако механизм регуляции транскрипции генов в ответ на изменение уровня холестерина мог сформироваться только на более поздних эволюционных этапах, поскольку филостратиграфический возраст генов транскрипционных факторов подсемейства SREBP соответствует более позднему этапу эволюции (стадии дивергенции Vertebrata).
Ключевые слова: биосинтез холестерина; транскрипционные факторы; SREBP; генные сети; регуляторые обратные связи; эволюция; филостратиграфия; возраст гена.
Для цитирования: Михайлова А.Д., Лашин С.А., Иванисенко В.А., Деменков П.С., Игнатьева Е.В. Реконструкция и компьютерный анализ структурно-функциональной организации генной сети регуляции биосинтеза холестерина у человека и эволюционная характеристика участвующих в ней генов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):864-873. doi 10.18699/vjgb-24-94
Финансирование. Исследование выполнено за счет средств бюджетного проекта ФИЦ ИЦиГ СО РАН «Системная биология и биоинформатика: реконструкция, анализ и моделирование структурно-функциональной организации и эволюции генных сетей человека, животных, растений и микроорганизмов», № FWNR-2022-0020.
Благодарности. Авторы выражают благодарность З.С. Мустафину, предоставившему данные по индексам PAI для белок-кодирующих генов человека.

Аннотация. В данной статье описывается Orthoweb (https://orthoweb.sysbio.cytogen.ru/) – программный комплекс, разработанный для вычисления эволюционных индексов, включая филостратиграфические индексы и индексы дивергенции (Ka/Ks) как отдельных генов, так и генных сетей. Индекс филостратиграфического возраста (PAI) позволяет оценить эволюционную стадию появления гена (при этом косвенно оценив приблизительное время его возникновения – так называемый эволюционный возраст) на основе анализа ортологичных генов у близкородственных и дальнородственных таксонов. Кроме того, Orthoweb поддерживает расчет индексов возраста транскриптома (TAI) и дивергенции транскриптома (TDI). Эти индексы важны для понимания динамики экспрессии генов и ее последствий для развития и адаптации организмов. Orthoweb содержит также дополнительные аналитические функции, такие как возможность анализа терминов Gene Ontology (GO), что позволяет проводить функциональное обогащение и связывать эволюционное происхождение генов с биологическими процессами. Помимо этого, доступна возможность анализа обогащения по однонуклеотидным полиморфизмам (SNP), который помогает исследовать эволюционное значение генетических вариантов в конкретных геномных регионах. Одной из ключевых особенностей Orthoweb является интеграция перечисленных индексов с анализом генетических сетей. Программный пакет предлагает расширенные средства визуализации, такие как картирование генетических сетей и графическое представление распределения филостратиграфических индексов элементов сетей, что облегчает интуитивную интерпретацию сложных эволюционных связей. Для упрощения рабочих процессов в Orthoweb включена база данных с предварительно рассчитанными индексами для множества таксонов, доступная через API. Эта функция позволяет эффективно получать готовые данные по филостратиграфическим индексам и индексам дивергенции, значительно сокращая время вычислений.
Ключевые слова: генные сети; эволюция; филостратиграфия.
Для цитирования: Иванов Р.А., Мухин А.М., Казанцев Ф.В., Мустафин З.С., Афонников Д.А., Матушкин Ю.Г., Лашин С.А. Orthoweb: программный комплекс для эволюционного анализа генных сетей. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):874-881. doi 10.18699/vjgb-24-95
Финансирование. Работа выполнена при поддержке бюджетного проекта № FWNR-2022-0020.

Аннотация. В ходе исследования проведен комплексный анализ метаболомных профилей глиобластомы и прилегающей ткани головного мозга, включавший 17 образцов глиобластомы и 15 образцов перитуморальной ткани. С использованием метода ВЭЖХ-МС/МС было проанализировано более 400 метаболитов, что позволило выявить значимые различия в их содержании между опухолевой и перитуморальной тканями. Статистический анализ, включавший тесты Манна–Уитни и Куккони, показал, что существенное количество метаболитов, в частности церамиды, значимо различается в тканях глиобластомы и перитуморального пространства. Анализ метаболических путей из базы данных KEGG, выполненный с помощью MetaboAnalyst 6.0, выявил статистически значимую перепредставленность метаболизма сфинголипидов, что указывает на важную роль этих липидных молекул в патогенезе глиобластомы. С использованием методов компьютерной системной биологии и искусственного интеллекта, реализованных в когнитивной системе ANDSystem, реконструированы молекулярно-генетические регуляторные пути, описывающие потенциальные механизмы нарушения функции ферментов метаболизма сфинголипидов. Реконструированные пути были объединены в регуляторную генную сеть. Данная сеть включала 15 генов, 329 белков и 389 взаимодействий, при этом 119 из 294 белков, регулирующих ключевые ферменты сфинголипидного метаболизма, оказались ассоциированы с глиобластомой. Анализ перепредставленности биологических процессов Gene Ontology показал статистическую значимость 184 процессов, в том числе апоптоза, сигнального пути NF-κB, пролиферации, миграции, ангиогенеза и пироптоза, многие из которых играют важную роль в онкогенезе. Результаты исследования подчеркивают ключевую роль метаболизма сфинголипидов в развитии глиобластомы и открывают новые перспективы для разработки терапевтических подходов, направленных на его модуляцию.
Ключевые слова: глиобластома; перитуморальная ткань; маркеры; метаболомика; ВЭЖХ-МС/МС; сфинголипиды; метаболические пути; генные сети; когнитивная система ANDSystem.
Для цитирования: Басов Н.В., Адамовская А.В., Рогачев А.Д., Гайслер Е.В., Деменков П.С., Иванисенко Т.В., Вензель А.С., Мишинов С.В., Ступак В.В., Чересиз С.В., Олешко О.С., Бутикова Е.А., Осечкова А.Е., Сотникова Ю.С., Патрушев Ю.В., Поздняков А.С., Лаврик И.Н., Иванисенко В.А., Покровский А.Г. Изучение особенностей метаболизма тканей глиобластомы и перитуморального пространства при использовании таргетированного метаболомного скрининга методом ВЭЖХ-МС/МС и генных сетей. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):882-896. doi 10.18699/vjgb-24-96
Финансирование. Изготовление монолитных колонок для HPLC поддержано средствами проекта № FWUR2024-0032. Отбор, пробоподготовка и анализ образцов методом ВЭЖХ-МС/МС поддержаны средствами государственного задания № FSUS-2020-0035. Биоинформатический анализ поддержан бюджетным проектом FWNR-2022-0020.

Аннотация. Технологии производства различных соединений с применением микроорганизмов приобретают все большую популярность в промышленном производстве. Создание современных высокопродуктивных штаммов, метаболизм которых ориентирован на синтез конкретного целевого продукта, невозможно без комплексной направленной модификации генома c применением методов математического и компьютерного моделирования. Одним из видов бактерий, активно используемых в биотехнологическом производстве, является Corynebacterium glutamicum. Для него существует уже пять полногеномных потоковых моделей, которые можно использовать для задач исследования и оптимизации метаболизма. В работе представлен программный модуль развиваемого в Институте цитологии и генетики СО РАН инструмента FluxMicrobiotech, в рамках которого реализована серия вычислительных протоколов, предназначенных для массового компьютерного анализа потоковых моделей C. glutamicum на высокопроизводительных вычислительных компьютерах. Программный модуль реализован на языке Python с применением библиотек Pandas, cobraPy и Escher и настроен на работу по принципу «файл на вход/файл на выход». Модель, условия среды и ограничения модели задаются как отдельные текстовые табличные файлы, что позволяет заготовить серию файлов для каждого из разделов, создавая базы доступных сценариев испытаний для вариаций модели. Или, наоборот, позволяет испытывать одну модель в серии разных условий культивирования. Настроены инструменты постобработки данных моделирования, обеспечивающие визуализацию сводных диаграмм и метаболических карт.
Ключевые слова: потоковые модели; метаболизм бактерии; оптимизация метаболизма; рациональная метаболическая инженерия.
Для цитирования: Казанцев Ф.В., Трофимова М.Ф., Хлебодарова Т.М., Матушкин Ю.Г., Лашин С.А. Программный модуль для оценки метаболического потенциала мутантных штаммов бактерии Corynebacterium glutamicum. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):897-903. doi 10.18699/vjgb-24-97
Финансирование. Работа поддержана проектом Курчатовского геномного центра ИЦиГ СО РАН № 075-15- 2019-1662.

Аннотация. Недостаток влаги – критический фактор, ограничивающий продуктивность мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), одной из ключевых сельскохозяйственных культур. Адаптация пшеницы к водному дефициту обеспечивается комплексными молекулярно-генетическими механизмами, включающими согласованную работу множества генов, регулируемых транскрипционными факторами и сигнальными некодирующими РНК, в частности микроРНК. микроРНК – опосредованная регуляция экспрессии генов – рассматривается как один из основных механизмов устойчивости растений к абиотическим стрессам. Изучение этих сложных молекулярно-генетических механизмов требует применения методов компьютерной системной биологии. Цель данной работы – реконструкция и компьютерный анализ генной сети, связанной с микроРНК-регуляцией адаптации мягкой пшеницы к условиям недостаточного увлажнения. Для достижения этой цели использованы программно-информационная система ANDSystem и специализированная база знаний Smart crop, адаптированная для области генетики и селекции пшеницы. Нами была реконструирована генная сеть ответа пшеницы на водный дефицит, включающая 144 гена, 1017 белков и 21 микроРНК пшеницы. Анализ сети выявил, что микроРНК преимущественно регулируют гены, контролирующие процессы морфогенеза побегов и корней растений, что играет важную роль в морфологических адаптациях к засухе. Ключевыми компонентами генной сети, регулируемыми микроРНК, оказались транскрипционные факторы семейств MYB и WRKY, а также белок теплового шока HSP90 и белок RPM1. Эти белки связаны с сигнальными путями фитогормонов и кальций-зависимыми протеинкиназами, играющими существенную роль в адаптации растений к водному дефициту. Было идентифицировано несколько микроРНК (MIR7757, MIR9653a, MIR9671, MIR9672b), ранее не обсуждавшихся в контексте адаптации пшеницы к засухе, которые являются кандидатами для дальнейших экспериментальных исследований, направленных на усиление устойчивости пшеницы к недостатку влаги. Полученные результаты могут быть полезными для создания новых сортов пшеницы с повышенной устойчивостью к водному дефициту, что имеет существенное значение для сельского хозяйства в условиях изменения климата.
Ключевые слова: микроРНК; мягкая пшеница; дефицит влаги; гены; генетическая регуляция; ассоциативные генные сети; биоинформатика растений; база знаний Smart сrop; программно-информационная система ANDSystem.
Для цитирования: Клещев М.А., Мальцева А.В., Антропова Е.А., Деменков П.С., Иванисенко Т.В., Орлов Ю.Л., Чао Х., Чэнь М., Колчанов Н.А., Иванисенко В.А. Реконструкция и компьютерный анализ генной сети, отражающей роль микроРНК в регуляции ответа пшеницы на засуху. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):904-917. DOI 10.18699/vjgb-24-98
Финансирование. Работа МАК, АВМ, ЕАА, ПСД, ТВИ, ЮЛО, НАК и ВАИ поддержана российско-китайским грантом Российского научного фонда № 23-44-00030. Работа HCh и MCh поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (№ 32261133526).

Аннотация. Ризосфера (почва, окружающая корни растения) – это экологическая ниша, внутри которой полезные микроорганизмы и патогены конкурируют друг с другом за органические углеродные соединения и возможность колонизации корней. Для взаимодействия с микробиотой корни выделяют в ризосферу ризодепозиты, к которым относят пограничные клетки, продукты гибели клеток корня и секретируемые живыми клетками жидкости (корневые экссудаты). Пограничные клетки, получившие свое название ввиду их локализации в почве рядом с корнем (на границе корня и почвы), представляют собой конечный этап дифференцировки клеток корневого чехлика. Слущивание пограничных клеток с поверхности корневого чехлика может происходить как одиночными клетками, так и рядами клеток. Пограничные клетки постоянно поставляются в почву на протяжении всей жизни растения, а тип и интенсивность слущивания пограничных клеток определяются как видом растений, так и почвенными условиями. В настоящее время появились данные о факторах, контролирующих тип слущивания, а также исследования этого процесса и его регуляции у разных видов растений. Пограничные клетки специализированы для взаимодействия с внешней средой, в частности, они служат живым барьером между корнем и почвенной микробиотой. После отделения от кончика корня в пограничных клетках снижается уровень первичного метаболизма и повышается число транскриптов генов вторичного метаболизма, усиливаются синтез компонентов и выделение слизи, содержащей вторичные метаболиты, внеклеточную ДНК, протеогликаны и другие вещества. Слизь, в которую пограничные клетки оказываются погруженными, служит как для привлечения микроорганизмов, способствующих росту растения, так и для защиты корня от патогенов. В настоящем обзоре описаны взаимодействия пограничных клеток с различными видами микроорганизмов и продемонстрирована их важность для роста растений и их устойчивости к болезням. Эти аспекты могут быть использованы в генной инженерии и селекции для усиления полезных функций пограничных клеток, что, в свою очередь, откроет новые горизонты для повышения урожайности и устойчивости сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: корень; пограничные клетки; биотический стресс; защита растений от патогенов; почвенные симбионты.
Для цитирования: Омельянчук Н.А., Черенко В.А., Землянская Е.В. Пограничные клетки корневого чехлика как регулятор ризосферной микробиоты. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):918-926. doi 10.18699/vjgb-24-99
Финансирование. Работа выполнена в рамках бюджетного проекта FWNR-2022-0005.

Аннотация. Болезнь Паркинсона (БП) и сосудистый паркинсонизм (СП) характеризуются схожими неврологическими синдромами, но различаются патогенезом, морфологией и терапевтическими подходами. Их молекулярно-генетические механизмы многофакторны и задействуют множество биологических процессов. Для комплексного анализа патофизиологии этих заболеваний необходимо применение методов системной биологии и реконструкции генных сетей. В данном исследовании проведен метаболомный скрининг аминокислот и ацилкарнитинов в плазме крови трех групп испытуемых: пациентов с БП, пациентов с СП и контрольной группы. Сравнительный статистический анализ метаболомных профилей групп пациентов по сравнению с контролем определил значимо измененные уровни метаболитов при болезни Паркинсона и при сосудистом паркинсонизме. Для выявления потенциальных механизмов нарушения метаболизма аминокислот и ацилкарнитинов при БП и СП были реконструированы регуляторные генные сети с помощью когнитивной системы ANDSystem. Пути регуляции ферментов метаболизма значимых метаболитов были найдены для трех групп генетических маркеров: специфических для БП, специфических для СП, а также группы общих маркеров двух заболеваний. Сравнительный анализ молекулярно-генетических путей в генных сетях позволил выявить как специфические, так и общие для БП и СП молекулярные механизмы, ассоциированные с изменением метаболомного профиля. Обнаружены регуляторные пути, функция которых потенциально нарушена при этих патологиях. Специфическими для генетических маркеров БП оказались пути регуляции ферментов ALDH2, BCAT1, AL1B1 и UD11, а для генетических маркеров СП – пути регуляции ферментов OCTC, FURIN и S22A6. Регуляторные пути к ферментам BCAT2, ODPB и P4HA1 были связаны с общими для обоих заболеваний генетическими маркерами. Полученные результаты углубляют понимание патологических процессов при БП и СП и могут быть использованы для применения диагностических систем на основе оценки метаболомного профиля аминокислот и ацилкарнитинов в плазме крови пациентов с болезнью Паркинсона и сосудистым паркинсонизмом.
Ключевые слова: метаболомика; аминокислоты; ацилкарнитины; генные сети; генетический маркер; болезнь Паркинсона; сосудистый паркинсонизм; нейродегенерация; сухие пятна плазмы крови; биомаркер.
Для цитирования: Макарова А.А., Мельникова П.М., Рогачев А.Д., Деменков П.С., Иванисенко Т.В., Предтеченская Е.В., Карманов С.Ю., Коваль В.В., Покровский А.Г., Лаврик И.Н., Колчанов Н.А., Иванисенко В.А. Метод генных сетей и метаболомный анализ позволили выявить специфические пути изменения профиля аминокислот и ацилкарнитинов в плазме крови при болезни Паркинсона и сосудистом паркинсонизме. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):927-939. doi 10.18699/vjgb-24-100
Финансирование. Авторы выражают благодарность компании «Новартис Фарма» за финансовую поддержку, благодаря которой были приобретены наборы реактивов для анализа аминокислот и ацилкарнитинов в рамках данной работы. Экспериментальные исследования выполнены при поддержке государственного задания ИХБФМ СО РАН № 121031300045-2. Биоинформатический анализ проведен при поддержке бюджетного проекта FWNR-2022-0020.

Аннотация. Для систематизации и эффективного использования огромного объема экспериментальных данных, накопленных в области биоинформатики и биомедицины, необходимы новые подходы, основанные на онтологиях, включая автоматизированные методы семантической интеграции гетерогенных экспериментальных данных, методы создания больших баз знаний и самоинтерпретируемые методы анализа больших разнородных данных на основе глубокого обучения. В статье кратко представлены особенности предметной области (биоинформатика, системная биология, биомедицина), формальные определения понятия онтологии и графов знаний, приведены примеры применения онтологий для семантической интеграции гетерогенных данных и создания больших баз знаний, а также интерпретации результатов глубокого обучения на больших данных. В качестве примера успешного проекта описана база знаний Gene Ontology, которая помимо терминологических знаний и аннотаций генов (GOA) включает модели причинных влияний (GO-CAM). Это делает ее полезной не только для геномной биологии, но и для системной биологии, а также для интерпретации крупномасштабных экспериментальных данных. Обсуждается подход к созданию больших онтологий с использованием шаблонов проектирования на примере онтологии биологических атрибутов (OBA). Здесь большая часть классификации автоматически вычисляется на основе ранее созданных эталонных онтологий с помощью автоматизированного логического вывода, за исключением небольшого числа высокоуровневых понятий. Одной из основных проблем глубокого обучения является отсутствие интерпретируемости, поскольку нейронные сети часто функционируют как «черные ящики», не способные объяснить свои решения. В нашей статье описаны подходы к созданию методов интерпретации моделей глубокого обучения и представлены два примера самообъясняемых моделей глубокого обучения на основе онтологий. Модель Deep GONet, которая интегрирует Gene Ontology в иерархическую архитектуру нейронной сети, где каждый нейрон представляет биологическую функцию. Эксперименты с наборами данных диагностики рака показывают, что Deep GONet легко интерпретируется и обладает высокой производительностью для различения раковых и нераковых образцов. Модель ONN4MST, использующая онтологии биома для отслеживания микробных источников образцов, ниши которых ранее были мало изучены или неизвестны, и обнаружения микробных загрязнителей. ONN4MST может отличать образцы от онтологически близких биомов и, таким образом, предлагает количественный способ охарактеризовать развитие микробного сообщества кишечника человека. Оба примера демонстрируют высокую производительность и интерпретируемость, что делает их ценными инструментами для анализа и интерпретации больших данных в биологии.
Ключевые слова: онтологии; биоинформатика; системная биология; анализ больших данных; глубокое обучение; интерпретируемость.
Для цитирования: Подколодный Н.Л., Подколодная О.А., Иванисенко В.А., Марченко М.А. Онтологии в моделировании и анализе больших генетических данных. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):940-949. doi 10.18699/vjgb-24-101
Финансирование. Работа выполнена при поддержке бюджетных проектов FWNR-2022-0020 и FWNM-2022-0005.

Аннотация. Описание пути от гена к признаку как основная задача многих отраслей биологии в настоящее время оснащается новыми методами не только в технике экспериментов, но и в системном анализе их результатов. Плейотропный эффект гена осуществляется за счет его участия во многих биологических процессах, вовлеченных в разные признаки. Широкое распространение полногеномного секвенирования транскриптов и районов связывания транскрипционных факторов (ТФ) сделало актуальными задачи установления плейотропных эффектов ТФ за счет знаний о функциях их мишеней, составление списков ТФ, регулирующих интересующие исследователя биологические процессы, описание путей их действия (первичные и вторичные мишени, мишени следующих порядков, взаимодействие между ТФ в исследуемом процессе). Ранее мы разработали метод реконструкции регуляторных сетей ТФ и предложили подход, позволяющий выявлять, какие биологические процессы и каким образом эти сети регулируют. В данной работе мы реализовали этот подход в виде программы PlantReg, доступной пользователям через веб-интерфейс. В статье описан принцип работы программы. На вход подаются список генов и список ТФ – известных или предполагаемых регуляторов транскрипции этих генов. На выходе программа выдает список биологических процессов, которые обогащены в этих генах, а также информацию о том, какими ТФ и через какие гены эти процессы регулируются. Работа PlantReg проиллюстрирована на примере исследования регуляции процессов, инициируемых на начальных этапах ответа на солевой стресс у Arabidopsis thaliana L. С помощью программы PlantReg нами выявлены биологические процессы, стимулируемые в раннем ответе на солевой стресс, и специфический набор ТФ, активирующих каждый из этих процессов. На примере одного из таких процессов – ответа на фитогормон абсцизовую кислоту – мы показали, что солевой стресс активирует в основном сигнальный путь этого гормона, и выделили ключевые ТФ в этой регуляции. Таким образом, программа PlantReg – удобный инструмент для создания гипотез о молекулярных механизмах регуляции признаков растений.
Ключевые слова: генная онтология; биологические процессы; регуляторные генные сети; Arabidopsis thaliana.
Для цитирования: Лавреха В.В., Омельянчук Н.А., Богомолов А.Г., Землянская Е.В. PlantReg: реконструкция связей между регуляторными сетями транскрипционных факторов и контролируемыми ими признаками. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):950-959. doi 10.18699/vjgb-24-102
Финансирование. Работа выполнена в рамках бюджетного проекта FWNR-2022-0020.

Аннотация. Азотные удобрения, повышающие урожайность риса, при избытке могут снижать устойчивость растений к заболеваниям, в частности к ризоктониозу, вызываемому Rhizoctonia solani. Этот патоген способен уничтожить до 50 % урожая, однако механизмы, лежащие в основе снижения устойчивости при избытке азота, остаются малоизученными. Данное исследование направлено на выявление потенциальных генов-маркеров для повышения устойчивости риса к R. solani в условиях избытка азота. Применен комплексный биоинформатический подход, включающий анализ дифференциальной экспрессии генов, реконструкцию генных сетей, анализ перепредставленности биологических процессов, филостратиграфический анализ и анализ коэкспрессии некодирующих РНК. Использованы когнитивная система Smart crop, ANDSystem, база данных ncPlantDB и другие биоинформатические ресурсы. Анализ молекулярно-генетической сети взаимодействий выявил три потенциальных механизма, объясняющих снижение устойчивости риса к R. solani при избытке азота: OsGSK2-опосредованный путь, путь OsMYB44- OsWRKY6-OsPR1 и путь SOG1-Rad51-PR1/PR2. Идентифицированы потенциальные маркеры для селекции: 7 генов, контролирующих ответы риса на широкий круг стрессов, и 11 генов-модуляторов иммунной системы. Особое внимание уделено ключевым участникам регуляторных путей в условиях избытка азота. Анализ некодирующих РНК выявил 30 микроРНК, мишенями которых являются гены из реконструированной генной сети. Для двух микроРНК (Osa-miR396 и Osa-miR7695) обнаружено около 7400 тыс. уникальных длинных некодирующих РНК (днРНК) с различными индексами коэкспрессии. Выделены топ-50 днРНК с наибольшим индексом коэкспрессии для каждой микроРНК, что открывает новые перспективы в изучении регуляторных механизмов устойчивости риса к патогенам. Полученные результаты создают теоретическую основу для экспериментальных работ по созданию новых сортов риса с повышенной устойчивостью к патогенам в условиях избыточного азотного питания.
Ключевые слова: Oryza sativa; Rhizoctonia solani; биоинформатика растений; дифференциально экспрессируемые гены; генетическая регуляция; ассоциативные генные сети; база знаний Smart crop; программно-информационная система ANDSystem; азотные удобрения; ответ на грибную инфекцию.
Для цитирования: Антропова Е.А., Волянская А.Р., Адамовская A.В., Деменков П.С., Яцык И.В., Иванисенко Т.В., Орлов Ю.Л., Чао Х., Чэнь М., Иванисенко В.А. Поиск перспективных генетических маркеров, ассоциированных с молекулярными механизмами снижения устойчивости риса к Rhizoctonia solani при избытке азотных удобрений, методом реконструкции и анализа генных сетей. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):960-973. doi 10.18699/vjgb-24-103
Финансирование. Работа ЕАА, АРВ, АВА, ПСД, ИВЯ, ТВИ, ЮЛО и ВАИ поддержана российско-китайским грантом Российского научного фонда № 23-44-00030. Работа ХЧ и МЧ поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (№ 32261133526).

Аннотация. Генные регуляторные сети – интерпретируемые графовые модели регуляции экспрессии генов – являются важным инструментом для понимания и исследования механизмов, которые клетки реализуют в процессе развития и при ответе на различные внутренние и внешние стимулы. Исторически первый подход для реконструкции генных регуляторных сетей основывался на анализе литературных сведений, в том числе обобщенных в базах данных. В настоящее время основной способ системной реконструкции генных регуляторных сетей – анализ омиксных (в первую очередь транскриптомных) данных; разработан ряд математических подходов для решения этой задачи. Развитие технологий получения омиксных данных для отдельных клеток сделало возможным проведение широкомасштабных молекулярно-генетических исследований с беспрецедентно высоким уровнем разрешения. В частности, появилась возможность реконструировать генные регуляторные сети для отдельных клеточных типов и для различных стадий развития клеток. Однако технические и биологические особенности омиксных данных отдельных клеток требуют специальных программ для решения этой задачи. В обзоре описаны подходы и программы, которые разработаны и используются для построения генных регуляторных сетей по транскриптомным данным отдельных клеток (scRNA-seq). Разбираются преимущества применения транскриптомных данных для отдельных клеток по сравнению с транскриптомами многоклеточных образцов, а также их недостатки в рамках решения задачи реконструкции регуляторных генных сетей. Существенное внимание уделяется повышению точности генных регуляторных сетей, построенных по транскриптомным данным отдельных клеток с помощью привлечения других омиксных данных, в первую очередь данных по сайтам связывания транскрипционных факторов и профилирования районов открытого хроматина (scATAC-seq). Рассматриваются вопросы применимости получаемых сетей в молекулярно-генетических исследованиях, приводятся примеры успешного использования генных регуляторных сетей, реконструированных различными методами с применением омиксных данных отдельных клеток для решения конкретных биологических задач. Обсуждаются перспективные направления развития этой области.
Ключевые слова: регуляторная генная сеть; данные для отдельных клеток; секвенирование РНК; scRNA-seq; scATAC-seq.
Для цитирования: Рыбаков М.А., Омельянчук Н.А., Землянская Е.В. Методы реконструкции генных регуляторных сетей на основе транскриптомных данных отдельных клеток. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024; 28(8):974-981. doi 10.18699/vjgb-24-104
Финансирование. Работа выполнена в рамках бюджетного проекта FWNR-2022-0020.

Аннотация. Нейровычислительные технологии – область междисциплинарных исследований и разработок, которая находит широкое применение в современной цифровой медицине. Одна из задач нейровычислительных технологий состоит в создании методик изучения мозговой активности человека в условиях социально-ориентированной деятельности при помощи современных информационных подходов. Цель предлагаемого исследования – разработать методику сбора и обработки психофизиологических данных, позволяющую изучать функциональные состояния головного мозга человека, ассоциированные с отнесением внешней информации к самому субъекту или другим людям. Под самоотнесением (самореференцией) понимается субъективная оценка человеком поступающей из внешней среды информации как имеющей отношение к нему самому. Отнесение информации к другим людям или неодушевленным объектам – это оценка информации как сообщения о ком-то другом или о вещах. В современной нейрофизиологии сложились два подхода к исследованию самореференции: 1 – регистрация мозговой активности в условиях покоя с последующим опросом участника на предмет выявления самоотнесенных мыслей; 2 – регистрация мозговой активности, вызванной самоотнесенными стимулами. В представленной работе была апробирована технология, сочетающая регистрацию и анализ ЭЭГ с просмотром видеозаписей изображений лица самого испытуемого или незнакомого ему человека. Новизна нашего подхода состоит в использовании видеозаписей человеческого лица, полученных на первом этапе обследования, для индукции состояний покоя, ассоциированных с распознаванием информации о разных субъектах, на более поздних этапах обследования. Нами был разработан программно-аппаратный модуль, т. е. комплект связанных друг с другом программ и процедур их применения, состоящий из блоков, позволяющих проводить полный цикл регистрации и обработки психологических и нейрофизиологических данных. При помощи этого модуля показатели электрической активности головного мозга (ЭЭГ), отражающие индивидуальные особенности распознавания информации, отнесенной к самому себе и другим людям, были сопоставлены между группами из 30 китайских (14 мужчин и 16 женщин, средний возраст 23.2±0.4 года) и 32 российских (15 мужчин, 17 женщин, средний возраст 22.1±0.4 года) участников. Мы проверили гипотезу, что различия в мозговой активности в интервалах функционального покоя между китайскими и российскими участниками зависят от их психологических различий в показателях коллективизма. Было выявлено, что функциональная активность мозга зависит от субъектной отнесенности лицевого видео, которое участники просматривали между интервалами покоя. Межнациональные различия наблюдались в активности переднего и заднего хабов дефолт-системы и зависели от субъектной отнесенности информации. У китайских, но не у российских участников выявлены достоверные положительные корреляции между уровнем коллективизма и спектральной плотностью в переднем хабе дефолт-системы во всех экспериментальных условиях для широкого ряда частотных диапазонов. Разработанный программно-аппаратный модуль включен в интегрированную цифровую платформу для проведения исследований в области системной биологии и цифровой медицины.
Ключевые слова: нейровычислительные технологии; программно-аппаратный модуль; методы обработки данных; самоотнесенные процессы; ЭЭГ покоя; дефолт-система мозга; межнациональные различия; коллективизм.
Для цитирования: Сы Ц., Тянь Ц., Савостьянов В.А., Лебедкин Д.А., Бочаров А.В., Савостьянов А.Н. Сопоставление показателей мозговой активности у китайских и российских студентов в условиях распознавания информации, отнесенной к себе и другим людям. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):982-992. doi 10.18699/vjgb-24-105
Финансирование. Разработка программно-аппаратного модуля проведена в рамках бюджетного проекта ИЦиГ СО РАН № FWNR-2022-0020. Часть исследования, касающаяся подготовки психологических тестов и подбора экспериментальных групп, выполнена при финансовой поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030).

Аннотация. В настоящей части исследования доказывается первая составляющая концепции «природной реконструкции генома». На модельных организмах мышь и человек показано, что CD34+ гемопоэтические предшественники костного мозга захватывают фрагменты экстраклеточной двуцепочечной ДНК естественным природным механизмом. Известно, что в процессе интернализации экстраклеточных фрагментов ДНК принимают участие структуры гликокаликса, в состав которых входят гликопротеины/протеогликаны, гликозилфосфатидилинозитол-заякоренные белки и скавенджер-рецепторы. Проведенный биоинформационный анализ свидетельствует, что основные поверхностные маркерные белки гемопоэтических стволовых клеток относятся к указанным группам факторов и содержат специфические сайты связывания ДНК, включающие гепарин-связывающий домен и кластеры положительно заряженных аминокислотных остатков. С использованием системы Electrophoretic mobility shift assay показано прямое взаимодействие CD34 и CD84 (SLAMF5) гликопротеинов, маркеров гемопоэтических стволовых клеток, с фрагментами двуцепочечной ДНК. В клетках, негативных по CD34, также интернализующих фрагменты, происходит конкатемеризация доставленных внутрь клетки фрагментов. При этом в одну структуру сшивается до пяти мономеров олигонуклеотидов, содержащих девять теломерных повторов TTAGGG. Доставленные в гемопоэтические стволовые клетки экстраклеточные фрагменты инициируют деление исходной гемопоэтической стволовой клетки таким образом, что одна из дочерних клеток уходит в терминальную дифференцировку, а вторая сохраняет свой низкодифференцированный статус. В составе колоний после обработки клеток костного мозга препаратом hDNAgr количество СD34+ клеток возрастает до 3 % (модельный организм – человек). Одновременно обработка препаратом hDNAgr индуцирует пролиферацию стволовых клеток крови и их ближайших потомков и стимулирует колониеобразование (модельные организмы – мышь, крыса, человек). Наиболее часто в результате обработки экстраклеточной двуцепочечной ДНК активируется гранулоцитарно-макрофагальный росток кроветворения. Процесс коммитирования манифестируется появлением и репарацией пангеномных одноцепочечных разрывов. Время перехода в направлении дифференцировки (время появления и репарации пангеномных одноцепочечных разрывов) составляет около 7 суток. Предполагается, что в момент инициации пангеномных одноцепочечных разрывов в клетке создается «рекомбиногенная ситуация» и активируются молекулярные репаративно-рекомбинационные механизмы. Во всех проведенных экспериментах по анализу индивидуальных молекул в качестве фактора сравнения использовался ангиогенин рекомбинантный человеческий. Во всех других экспериментах одной из сравниваемых групп являлись гемопоэтические стволовые клетки, обработанные ангиогенином.
Ключевые слова: гемопоэтические стволовые клетки; экстраклеточная ДНК; интернализация; терминальная дифференцировка; одноцепочечные разрывы.
Для цитирования: Рузанова В.С., Ошихмина С.Г., Проскурина А.С., Риттер Г.С., Кирикович С.С., Левитес Е.В., Ефремов Я.Р., Карамышева Т.В., Мещанинова М.И., Мамаев А.Л., Таранов О.С., Богачев А.С., Сидоров С.В., Никонов С.Д., Леплина О.Ю., Останин А.А., Черных Е.Р., Колчанов Н.А., Долгова Е.В., Богачев С.С. Концепция природной реконструкции генома. Часть 2. Влияние фрагментов экстраклеточной двуцепочечной ДНК на гемопоэтические стволовые клетки. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):993-1007. doi 10.18699/vjgb-24-106
Финансирование. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в Институте цитологии и генетики СО РАН (государственный бюджетный проект № FWNR-2022- 0016) и при поддержке И.Н. Зайцевой, А.А. Пуртова и ООО «ЭС.ЛАБ ДИАГНОСТИК».

Аннотация. Данные в области генетики и молекулярной биологии сахарного диабета стремительно накапливаются. Это ставит задачу создания исследовательских инструментов для быстрого поиска, структурирования и анализа информации в этой области. Мы разработали базу данных о генах и белках человека, ассоциированных с высоким уровнем глюкозы (гипергликемией), низким уровнем глюкозы (гипогликемией) и обоими нарушениями. Сведения были собраны с помощью текст-майнинга научных публикаций, проиндексированных в PubMed и PubMed Central, и анализа генных сетей гипергликемии, гипогликемии и вариабельности гликемии, выполненного с помощью биоинформатической системы ANDSystems. Созданный ресурс (GlucoGenes®) доступен по адресу: https://glucogenes.sysbio.ru/ genes/main. Ресурс предоставляет информацию о генах и белках, связанных с риском развития гипергликемии и гипогликемии; регуляторных молекулах с гипергликемической и антигипергликемической активностью; генах, экспрессия которых повышается при высоком и/или низком уровне глюкозы; генах, экспрессия которых снижается при высоком и/или низком уровне глюкозы, а также о молекулах, связанных с нарушениями метаболизма глюкозы иным образом. На основе ресурса проведен эволюционный анализ генов, ассоциированных с нарушениями метаболизма глюкозы. Результаты анализа выявили значительное увеличение (до 40 %) доли генов, имеющих филостратиграфический индекс (phylostratigraphy age index, PAI), соответствующий времени происхождения многоклеточных организмов. Анализ консервативности последовательностей белков по индексу дивергенции (divergency index, DI) показал, что большинство соответствующих генов высококонсервативны (DI < 1). При анализе однонуклеотидного полиморфизма (SNP) в проксимальных районах промоторов, влияющих на сродство ТАТА-связывающего белка, в базе данных GlucoGenes® найден 181 SNP-маркер, который может снижать (45 SNP-маркеров) или повышать (136 SNР-маркеров) экспрессию 52 генов. Мы полагаем, что разработанный ресурс станет полезным инструментом для дальнейших исследований в области молекулярной биологии диабета. Ключевые слова: ген; белок; cахарный диабет; гипергликемия; гипогликемия; вариабельность глюкозы; база данных; филостратиграфический индекс; однонуклеотидный полиморфизм. Для цитирования: Климонтов В.В., Шишин К.С., Иванов Р.А., Пономаренко М.П., Золотарева К.А., Лашин С.А. База данных о генах и белках, ассоциированных с нарушениями метаболизма глюкозы (GlucoGenes®): описание и возможности применения в биоинформатических исследованиях. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):1008- 1017. doi 10.18699/vjgb-24-107
Финансирование. Создание базы данных и веб-ресурса GlucoGenes® выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№ 20-15-00057-П).
Благодарности. Фрагменты по эволюционному анализу генов и анализу SNP реализованы за счет государственного задания ИЦиГ СО РАН (бюджетный проект № FWNR-2022-0006). Авторы выражают искреннюю признательность О.В. Сайк (НИИКЭЛ – филиал ИЦиГ СО РАН) за огромный вклад в сбор данных и ценные советы по формированию базы данных. Мы также благодарим А.М. Мухина (ИЦиГ СО РАН) за техническую помощь в создании веб-ресурса.

Аннотация. В рамках проводимого исследования разработан и апробирован программно-информационный модуль экспериментально-компьютерной платформы “EEG_Self-Construct”, позволяющий выявлять нейрофизиологические маркеры самореферентных процессов на основе совместного использования ЭЭГ и регистрации видеозаписей лица для индукции функциональных состояний головного мозга, ассоциированных с личностными особенностями участников. Этот модуль был апробирован на группе неклинических участников с разной степенью выраженности аутистических личностных черт (АЛЧ), измеренных с помощью опросника расширенного фенотипа аутизма. Степень индивидуальной выраженности АЛЧ – это количественный показатель, который характеризует затруднения, возникающие у человека при коммуникации с другими людьми. У каждого человека имеется некоторая индивидуальная степень выраженности таких черт. Высокие значения аутистических черт определяются у пациентов с аутизмом. Однако существуют также люди, у которых высокие значения АЛЧ не сопровождаются клинической симптоматикой. Разработанный нами модуль дает возможность индуцировать функциональные состояния головного мозга, в которых ЭЭГ-показатели людей с разным уровнем АЛЧ достоверно различаются. Кроме того, модуль включает комплект программного обеспечения для регистрации и анализа индексов мозговой активности. Нами установлено, что зависимости между мозговой активностью и индивидуальным уровнем выраженности АЛЧ у неклинических испытуемых могут быть выявлены в условиях функционального покоя, следующих за распознаванием самоотнесенной информации, тогда как распознавание социально нейтральной информации не индуцирует процессы, связанные с аутистичностью. Показано, что у людей с высокими значениями АЛЧ наблюдаются повышенные показатели спектральной плотности в диапазонах дельта- и тета-ритмов в лобных отделах обоих полушарий в сравнении с людьми с низкой степенью аутистичности. Это может быть гипотетически интерпретировано как индекс сниженной мозговой активности, ассоциированной с распознаванием самоотнесенной информации у людей с высокой аутистичностью. Разрабатываемый нами программный модуль может быть интегрирован с модулями, позволяющими выявлять молекулярно-генетические маркеры личностных черт, включая черты, определяющие предрасположенность к психиатрическим патологиям. Ключевые слова: информационно-цифровые платформы в медицине; нейровычислительные технологии; ЭЭГ покоя; аутистические черты; расширенный аутистический фенотип; самореференция; дефолт-система мозга.
Для цитирования: Савостьянов А.Н., Кулешов Д.А., Клемешова Д.И., Власов М.С., Сапрыгин А.Е. Ассоциация аутистических личностных черт у неклинических испытуемых с показателями ЭЭГ в условиях просмотра видеозаписей лица. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2024;28(8):1018-1024. doi 10.18699/vjgb-24-108
Финансирование. Часть исследования, касающаяся подготовки психологических тестов, подбора экспериментальных групп и регистрации ЭЭГ, выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, научный проект № 22-15-00142: «фМРТ и ЭЭГ корреляты фокуса внимания на собственной персоне как фактора предрасположенности к аффективным расстройствам».
Благодарности. Разработка программно-аппаратного модуля проведена в рамках бюджетного проекта ИЦиГ СО РАН № FWNR-2022-0020.