Центр геномных исследований

Центр занимается аналитикой геномных данных в областях старения, популяционной и молекулярной генетики, а также эволюции. Основным объектом исследования является митохондриальный геном

Уникальные характеристики митохондриального генома, а именно ключевой контроль энергетического баланса, передача по материнской линии, высокая плоидность и частота мутаций в 100 раз выше, чем у ядерного генома, играют важную роль в оплодотворении, развитии нервно-мышечных заболеваний и старении. Из-за очень разнообразных правил мутагенеза, отбора и дрейфа данные мтДНК в большинстве проектов, которые в первую очередь сосредоточены на ядерном геноме, не анализируются всесторонне, что приводит к неправильному использованию и неправильному пониманию очень ценной информации о митохондриях, содержащейся в данных NGS. Мы стремимся восполнить этот пробел.

Создавая плодотворную и структурированную экосистему, объединяющую исследователей митохондрий и врачей по всему миру, мы планируем решить сложную природу ассоциаций генотип-фенотип для митохондриального генома. Мы представляем уникальная команду из более чем 25 биоинформатиков и молекулярных биологов, а также 15 коллабораторов по всему миру.

Проекты

1	Поиск и анализ детерминант соматической митохондриальной гетероплазмии пожилых людей Данный проект, реализуемый в сотрудничестве с Кардиоцентром, направлен на выявление митохондриальных маркеров старения среди выборки пожилого населения Калининградской области
2	Мутационный спектр митохондриального генома: от сравнительно-видовых эволюционных исследований к механизмам болезней человека В рамках данного проекта мы изучаем особенности мутагенеза митохондриальных геномов у животных и человека
3	Создание панели геномных маркеров высокой продуктивности и болезнеустойчивости как основа для геномной селекции и геномного редактирования при создании новых отечественных пород и линий семги, форели и карпа В сотрудничестве с ВНИРО и Музеем мирового океана наш центр проводит эксперименты по селекции нескольких видов промысловых рыб и дафний с целью очищения данных популяции от генетического груза
4	Биобанк тканей немодельных животных В сотрудничестве с калининградским зоопарком мы занимаемся созданием биобанка более чем 30 тканей различных диких животных
5	Митохондриальная компонента здоровья эмбрионов человека В коллаборации со Сколтехом и клиникой женского здоровья Фомина мы анализируем митохондриальный геном (плоидность и мутации) как биомаркер здоровья эмбрионов

Опубликованные работы (2018–2023)
A mitochondria-specific mutational signature of aging: increased rate of A > G substitutions on the heavy strand Alina G Mikhailova, Alina A Mikhailova, Kristina Ushakova, Evgeny O Tretiakov, Dmitrii Iliushchenko, Victor Shamansky, Valeria Lobanova, Ivan Kozenkov, Bogdan Efimenko, Andrey A Yurchenko. Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue 18, 14 October 2022, Pages 10264–10277, https://academic.oup.com/nar/article/50/18/10264/6709245 Dynamics of the most common pathogenic mtDNA variant m.3243A > G demonstrate frequency-dependency in blood and positive selection in the germline Melissa Franco, Sarah J Pickett, Zoe Fleischmann, Mark Khrapko, Auden Cote-L’Heureux, Dylan Aidlen, David Stein, Natasha Markuzon, Konstantin Popadin, Maxim Braverman ... https://academic.oup.com/hmg/article-abstract/31/23/4075/6644887?redirectedFrom=fulltext Mitochondrial Pseudogenes Suggest Repeated Inter-Species Hybridization among Direct Human Ancestors by Konstantin Popadin,Konstantin Gunbin,Leonid Peshkin,Sofia Annis,Zoe Fleischmann,Melissa Franco,Yevgenya Kraytsberg,Natalya Markuzon,Rebecca R. Ackermann andKonstantin Khrapko https://www.mdpi.com/2073-4425/13/5/810 Molecular design of hypothalamus development Roman A. Romanov, Evgenii O. Tretiakov, Maria Eleni Kastriti, Maja Zupancic, Martin Häring, Solomiia Korchynska, Konstantin Popadin, Marco Benevento, Patrick Rebernik, Francois Lallemend, Katsuhiko Nishimori, Frédéric Clotman, William D. Andrews, John G. Parnavelas, Matthias Farlik, Christoph Bock, Igor Adameyko, Tomas Hökfelt, Erik Keimpema & Tibor Harkany https://www.nature.com/articles/s41586-020-2266-0 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ДЕТЕРМИНАНТ СОМАТИЧЕСКОЙ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ГЕТЕРОПЛАЗМИИ ПОЖИЛЫХ ЛЮДЕЙ А.Г. Гончаров, К.Ю. Попадьин, И.И. Козенков, А.Г. Михайлова, В.В. Лобанова, М.А. Татаркина, Д.В. Ильющенко, И.В. Реверчук, А.М. Тынтерова, А.А. Двирский, А.Х. Джигкаев, Е.В. Тимофеева, К.В. Гунбин http://vestnikural.ru/article/metodologicheskie-podhody-k-izucheniu-determinant-somaticheskoymitohon... ImtRDB: a database and software for mitochondrial imperfect interspersed repeats annotation Viktor N. Shamanskiy, Valeria N. Timonina, Konstantin Yu. Popadin & Konstantin V. Gunbin https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-019-5536-1 Chromatin three-dimensional interactions mediate genetic effects on gene expression O Delaneau, M Zazhytska, C Borel, G Giannuzzi, G Rey, C Howald, S Kumar, H Ongen, K Popadin, D Marbach, G Ambrosini, D Bielser , D Hacker , L Romano , P Ribaux1, M Wiederkehr , E Falconnet , P Bucher, S Bergmann, S E Antonarakis, A Reymond, E T Dermitzakis https://www.science.org/doi/10.1126/science.aat8266 Iron oxide nanoparticles synthesized by a glycine-modified coprecipitation method: Structure and magnetic properties A. Omelyanchik, A.S. Kamzin, A.A. Valiullin, V.G. Semenov, S.N. Vereshchagin, M. Volochaev, A. Dubrovskiy, T. Sviridova, I. Kozenkov, E. Dolan, D. Peddis, A. Sokolov, V. Rodionova https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129090 Live Birth of a Healthy Child in a Couple with Identical mtDNA Carrying a Pathogenic c.471_477delTTTAAAAinsG Variant in the MOCS2 Gene by Maria Tofilo,Natalia Voronova,Leila Nigmatullina,Elena Kuznetsova,Valeria Timonina,Bogdan Efimenko,Oybek Turgunkhujaev,Svetlana Avdeichik,Muhammad Ansar,Konstantin Popadin,Anastasia Kirillova, and Ilya Mazunin, https://www.mdpi.com/2073-4425/14/3/720 ВЫДЕЛЕНИЕ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК ЧЕЛОВЕКА ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ДЛЯ СЕКВЕНИРОВАНИЯ НА ПЛАТФОРМАХ NGS Татаркина М.А, Лобанова В.В. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48457355&pff=1 From Normal to Obesity and Back: The Associations between Mitochondrial DNA Copy Number, Gender, and Body Mass Index by Daria Skuratovskaia,Larisa Litvinova,Maria Vulf,Pavel Zatolokin,Konstantin Popadin and Ilia Mazunin, https://www.mdpi.com/2073-4409/8/5/430 Slightly deleterious genomic variants and transcriptome perturbations in Down syndrome embryonic selection Konstantin Popadin, Stephan Peischl, Marco Garieri, M. Reza Sailani, Audrey Letourneau, Federico Santoni, Samuel W. Lukowski, Georgii A. Bazykin, Sergey Nikolaev, Diogo Meyer, Laurent Excoffier, Alexandre Reymondand Stylianos E. Antonarakis https://genome.cshlp.org/content/28/1/1 mtProtEvol: the resource presenting molecular evolution analysis of proteins involved in the function of Vertebrate mitochondria Anastasia A. Kuzminkova, Anastasia D. Sokol, Kristina E. Ushakova, Konstantin Yu. Popadin & Konstantin V. Gunbin https://bmcecolevol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12862-019-1371-x Buffering role of HSP shapes the molecular evolution of mammalian and human genomes at short and long-term scales Valeriia Timonina, Evgenii Tretiakov, Andrey Goncharov, Konstantin Gunbin, Jacques Fellay, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.11.516130v2 Isolation of highly purified genomic material from mitochondria of muscle tissue cells M.A. Tatarkina, V.V. Lobanova, I. Kozenkov, B.E. Efimenko, A. K. Dzhigkaev, K.Y. Popadin, K.V. Gunbin, A.G. Goncharov https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.12.520064v1 Reanalysis of mtDNA mutations of human primordial germ cells (PGCs) reveals NUMT contamination and suggests that selection in PGCs may be positive Zoë Fleischmann, Auden Cote-L’Heureux, Melissa Franco, Sergey Oreshkov, Sofia Annis, Mark Khrapko, Dylan Aidlen, Konstantin Popadin, Dori C. Woods, Jonathan L. Tilly, Konstantin Khrapko https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.12.520138v2 Aneuploidy in human embryos is associated with a maternal age-independent increase in mitochondrial DNA content and an enrichment of ultra-rare mitochondrial DNA variants Maxim Ri, Natalia Ree, Sergey Oreshkov, Maria Tofilo, Irina Zvereva, Anastasia Kirillova, Konstantin Gunbin, Valerian Yurov, Andres Salumets, Dori C. Woods, Konstantin Khrapko, Jacques Fellay, Jonathan L. Tilly, Ilya Mazunin, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.14.512116v2 Improving genome quality through artificial truncating purifying selection using heat shock: case of carps Aleksandr Kuzmin, Vinogradov Evgenii, Dmitrii Balashov, Elena Kozenkova, Dmitrii Iliushchenko, Alina G. Mikhailova, Nataliya Patlay, Zakharenko Ekaterina, Kozenkov Ivan, Ptashnik Ivan, Valeriia Timonina, Evgenii Tretiakov, Yan Galimov, Christoph Haag, Bogdan Efimenko, Konstantin Gunbin, Igor Mizgirev, Nikolai Mugue, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.01.20.524958v2 Direction mutation pressure of SARS-CoV-2 helps to understand the past and predict the future evolution: C>U and G>U biased mutagenesis forces the majority of amino-acid substitutions to be from CG-rich losers to U-rich gainers Alexandr Voronka, Bogdan Efimenko, Sergey Oreshkov, Melissa Franco, Zoe Fleischmann, Valerian Yurov, Arina Trufanova, Valeria Timonina, Natalia Ree, Arthur Zalevsky, Emma Penfrat, ProfileThomas Junier, Alexey Agranovsky, Konstantin Khrapko, Konstantin Gunbin, Jacques Fellay, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.08.22.504819v2 Analysis of Skin Cancers from Xeroderma Pigmentosum Patients Reveals Heterogeneous UV-Induced Mutational Profiles Shaped by DNA Repair Andrey A. Yurchenko, Fatemeh Rajabi, Tirzah Braz-Petta, Hiva Fassihi, Alan Lehmann, Chikako Nishigori, Ismael Padioleau, Konstantin Gunbin, Leonardo Panunzi, Fanny Morice-Picard, Pierre Laplante, Caroline Robert, Patricia L. Kannouche, Carlos F. M. Menck, Alain Sarasin, Sergey I. Nikolaev https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.14.512263v1 Shamanskiy, V., Mikhailova, A.A., Tretiakov, E.O. et al. Secondary structure of the human mitochondrial genome affects formation of deletions. BMC Biol 21, 103 (2023). https://doi.org/10.1186/s12915-023-01606-1 A>G substitutions on a heavy chain of mitochondrial genome marks an increased level of aerobic metabolism in warm versus cold vertebrates Alina G. Mikhailova, Dmitrii Iliushchenko, Victor Shamansky, Alina A. Mikhailova, Kristina Ushakova, Evgenii Tretyakov, Sergey Oreshkov, Dmitry Knorre, Leonard Polishchuk, Dylan Lawless, Aleksandr Kuzmin, Stepan Denisov, Ivan Kozenkov, Ilya Mazunin, Wolfram Kunz, Masashi Tanaka, Vsevolod Makeev, Rita Castilho, Valerian Yurov, Alexander Kuptsov, Jacques Fellay, Konstantin Khrapko, Konstantin Gunbin, Konstantin Popadin bioRxiv 2020.07.25.221184; doi: https://doi.org/10.1101/2020.07.25.221184

Опубликованные работы (2018–2023)

A mitochondria-specific mutational signature of aging: increased rate of A > G substitutions on the heavy strand Alina G Mikhailova, Alina A Mikhailova, Kristina Ushakova, Evgeny O Tretiakov, Dmitrii Iliushchenko, Victor Shamansky, Valeria Lobanova, Ivan Kozenkov, Bogdan Efimenko, Andrey A Yurchenko. Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue 18, 14 October 2022, Pages 10264–10277, https://academic.oup.com/nar/article/50/18/10264/6709245

Dynamics of the most common pathogenic mtDNA variant m.3243A > G demonstrate frequency-dependency in blood and positive selection in the germline Melissa Franco, Sarah J Pickett, Zoe Fleischmann, Mark Khrapko, Auden Cote-L’Heureux, Dylan Aidlen, David Stein, Natasha Markuzon, Konstantin Popadin, Maxim Braverman ... https://academic.oup.com/hmg/article-abstract/31/23/4075/6644887?redirectedFrom=fulltext

Mitochondrial Pseudogenes Suggest Repeated Inter-Species Hybridization among Direct Human Ancestors by Konstantin Popadin,Konstantin Gunbin,Leonid Peshkin,Sofia Annis,Zoe Fleischmann,Melissa Franco,Yevgenya Kraytsberg,Natalya Markuzon,Rebecca R. Ackermann andKonstantin Khrapko https://www.mdpi.com/2073-4425/13/5/810

Molecular design of hypothalamus development Roman A. Romanov, Evgenii O. Tretiakov, Maria Eleni Kastriti, Maja Zupancic, Martin Häring, Solomiia Korchynska, Konstantin Popadin, Marco Benevento, Patrick Rebernik, Francois Lallemend, Katsuhiko Nishimori, Frédéric Clotman, William D. Andrews, John G. Parnavelas, Matthias Farlik, Christoph Bock, Igor Adameyko, Tomas Hökfelt, Erik Keimpema & Tibor Harkany https://www.nature.com/articles/s41586-020-2266-0

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ДЕТЕРМИНАНТ СОМАТИЧЕСКОЙ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ГЕТЕРОПЛАЗМИИ ПОЖИЛЫХ ЛЮДЕЙ А.Г. Гончаров, К.Ю. Попадьин, И.И. Козенков, А.Г. Михайлова, В.В. Лобанова, М.А. Татаркина, Д.В. Ильющенко, И.В. Реверчук, А.М. Тынтерова, А.А. Двирский, А.Х. Джигкаев, Е.В. Тимофеева, К.В. Гунбин http://vestnikural.ru/article/metodologicheskie-podhody-k-izucheniu-determinant-somaticheskoymitohon...

ImtRDB: a database and software for mitochondrial imperfect interspersed repeats annotation Viktor N. Shamanskiy, Valeria N. Timonina, Konstantin Yu. Popadin & Konstantin V. Gunbin https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-019-5536-1

Chromatin three-dimensional interactions mediate genetic effects on gene expression O Delaneau, M Zazhytska, C Borel, G Giannuzzi, G Rey, C Howald, S Kumar, H Ongen, K Popadin, D Marbach, G Ambrosini, D Bielser , D Hacker , L Romano , P Ribaux1, M Wiederkehr , E Falconnet , P Bucher, S Bergmann, S E Antonarakis, A Reymond, E T Dermitzakis https://www.science.org/doi/10.1126/science.aat8266

Iron oxide nanoparticles synthesized by a glycine-modified coprecipitation method: Structure and magnetic properties A. Omelyanchik, A.S. Kamzin, A.A. Valiullin, V.G. Semenov, S.N. Vereshchagin, M. Volochaev, A. Dubrovskiy, T. Sviridova, I. Kozenkov, E. Dolan, D. Peddis, A. Sokolov, V. Rodionova https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129090

Live Birth of a Healthy Child in a Couple with Identical mtDNA Carrying a Pathogenic c.471_477delTTTAAAAinsG Variant in the MOCS2 Gene by Maria Tofilo,Natalia Voronova,Leila Nigmatullina,Elena Kuznetsova,Valeria Timonina,Bogdan Efimenko,Oybek Turgunkhujaev,Svetlana Avdeichik,Muhammad Ansar,Konstantin Popadin,Anastasia Kirillova, and Ilya Mazunin, https://www.mdpi.com/2073-4425/14/3/720

ВЫДЕЛЕНИЕ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК ЧЕЛОВЕКА ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ДЛЯ СЕКВЕНИРОВАНИЯ НА ПЛАТФОРМАХ NGS Татаркина М.А, Лобанова В.В. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48457355&pff=1

From Normal to Obesity and Back: The Associations between Mitochondrial DNA Copy Number, Gender, and Body Mass Index by Daria Skuratovskaia,Larisa Litvinova,Maria Vulf,Pavel Zatolokin,Konstantin Popadin and Ilia Mazunin, https://www.mdpi.com/2073-4409/8/5/430

Slightly deleterious genomic variants and transcriptome perturbations in Down syndrome embryonic selection Konstantin Popadin, Stephan Peischl, Marco Garieri, M. Reza Sailani, Audrey Letourneau, Federico Santoni, Samuel W. Lukowski, Georgii A. Bazykin, Sergey Nikolaev, Diogo Meyer, Laurent Excoffier, Alexandre Reymondand Stylianos E. Antonarakis https://genome.cshlp.org/content/28/1/1

mtProtEvol: the resource presenting molecular evolution analysis of proteins involved in the function of Vertebrate mitochondria Anastasia A. Kuzminkova, Anastasia D. Sokol, Kristina E. Ushakova, Konstantin Yu. Popadin & Konstantin V. Gunbin https://bmcecolevol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12862-019-1371-x

Buffering role of HSP shapes the molecular evolution of mammalian and human genomes at short and long-term scales Valeriia Timonina, Evgenii Tretiakov, Andrey Goncharov, Konstantin Gunbin, Jacques Fellay, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.11.516130v2

Isolation of highly purified genomic material from mitochondria of muscle tissue cells M.A. Tatarkina, V.V. Lobanova, I. Kozenkov, B.E. Efimenko, A. K. Dzhigkaev, K.Y. Popadin, K.V. Gunbin, A.G. Goncharov https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.12.520064v1

Reanalysis of mtDNA mutations of human primordial germ cells (PGCs) reveals NUMT contamination and suggests that selection in PGCs may be positive Zoë Fleischmann, Auden Cote-L’Heureux, Melissa Franco, Sergey Oreshkov, Sofia Annis, Mark Khrapko, Dylan Aidlen, Konstantin Popadin, Dori C. Woods, Jonathan L. Tilly, Konstantin Khrapko https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.12.12.520138v2

Aneuploidy in human embryos is associated with a maternal age-independent increase in mitochondrial DNA content and an enrichment of ultra-rare mitochondrial DNA variants Maxim Ri, Natalia Ree, Sergey Oreshkov, Maria Tofilo, Irina Zvereva, Anastasia Kirillova, Konstantin Gunbin, Valerian Yurov, Andres Salumets, Dori C. Woods, Konstantin Khrapko, Jacques Fellay, Jonathan L. Tilly, Ilya Mazunin, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.14.512116v2

Improving genome quality through artificial truncating purifying selection using heat shock: case of carps Aleksandr Kuzmin, Vinogradov Evgenii, Dmitrii Balashov, Elena Kozenkova, Dmitrii Iliushchenko, Alina G. Mikhailova, Nataliya Patlay, Zakharenko Ekaterina, Kozenkov Ivan, Ptashnik Ivan, Valeriia Timonina, Evgenii Tretiakov, Yan Galimov, Christoph Haag, Bogdan Efimenko, Konstantin Gunbin, Igor Mizgirev, Nikolai Mugue, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.01.20.524958v2

Direction mutation pressure of SARS-CoV-2 helps to understand the past and predict the future evolution: C>U and G>U biased mutagenesis forces the majority of amino-acid substitutions to be from CG-rich losers to U-rich gainers Alexandr Voronka, Bogdan Efimenko, Sergey Oreshkov, Melissa Franco, Zoe Fleischmann, Valerian Yurov, Arina Trufanova, Valeria Timonina, Natalia Ree, Arthur Zalevsky, Emma Penfrat, ProfileThomas Junier, Alexey Agranovsky, Konstantin Khrapko, Konstantin Gunbin, Jacques Fellay, Konstantin Popadin https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.08.22.504819v2

Analysis of Skin Cancers from Xeroderma Pigmentosum Patients Reveals Heterogeneous UV-Induced Mutational Profiles Shaped by DNA Repair Andrey A. Yurchenko, Fatemeh Rajabi, Tirzah Braz-Petta, Hiva Fassihi, Alan Lehmann, Chikako Nishigori, Ismael Padioleau, Konstantin Gunbin, Leonardo Panunzi, Fanny Morice-Picard, Pierre Laplante, Caroline Robert, Patricia L. Kannouche, Carlos F. M. Menck, Alain Sarasin, Sergey I. Nikolaev https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.14.512263v1

Shamanskiy, V., Mikhailova, A.A., Tretiakov, E.O. et al. Secondary structure of the human mitochondrial genome affects formation of deletions. BMC Biol 21, 103 (2023). https://doi.org/10.1186/s12915-023-01606-1
A>G substitutions on a heavy chain of mitochondrial genome marks an increased level of aerobic metabolism in warm versus cold vertebrates Alina G. Mikhailova, Dmitrii Iliushchenko, Victor Shamansky, Alina A. Mikhailova, Kristina Ushakova, Evgenii Tretyakov, Sergey Oreshkov, Dmitry Knorre, Leonard Polishchuk, Dylan Lawless, Aleksandr Kuzmin, Stepan Denisov, Ivan Kozenkov, Ilya Mazunin, Wolfram Kunz, Masashi Tanaka, Vsevolod Makeev, Rita Castilho, Valerian Yurov, Alexander Kuptsov, Jacques Fellay, Konstantin Khrapko, Konstantin Gunbin, Konstantin Popadin bioRxiv 2020.07.25.221184; doi: https://doi.org/10.1101/2020.07.25.221184