В первом триместре 15—20% клинически распознаваемых беременностей заканчиваются спонтанными абортами, причиной которых в половине случаев являются хромосомные аномалии у эмбриона. Выявление таких аномалий помогает оценить повторный риск при будущих беременностях. Однако кариотип эмбриона зачастую не может быть установлен методом стандартного цитогенетического анализа вследствие неудач культивирования или контаминации культур клетками материнского происхождения, а также при наличии субмикроскопических перестроек. Матричная сравнительная геномная гибридизация (aCGH) позволяет преодолеть эти ограничения и установить с высоким разрешением реальный хромосомный статус плода. Кроме того, эта технология даёт возможность исследовать вариации крупных блоков повторов (CNV) с целью поиска вариантов, связанных с невынашиванием беременности. В конечном итоге, это поможет выявить гены, нарушения в которых приводят к остановке эмбрионального развития.

The methylation profiles of the placental tissues of human embryos with normal karyotype and trisomy 16 were compared using an Infinium HumanMethylation27 BeadChip array (Illumina, United States). Numerous differences between the extraembryonic tissues with diploid and aneuploid karyotypes were observed. The extraembryonic mesoderm of embryos with trisomy 16 appeared to be less methylated than the diploid tissue, whereas the cytotrophoblast of aneuploid embryos was hypermethylated. The presence of the supernumerary chromosome was shown to influence the epigenetic profile of the genome by changing the level of methylation of CpG sites of all chromosomes. However, the largest number of differentially methylated loci was found on chromosome 16. Furthermore, more often, the epimutations were tissuespecific. In both tissues, the hypomethylated genes belong to the groups of genes responsible for different metabolic processes, whereas the hypermethylated genes control the processes of development, cell adhesion, immune response, and response to stimulus.

Сравнение профиля метилирования ДНК в плацентарных тканях эмбрионов с нормальным кариотипом и эмбрионов с трисомией хромосомы 16, выполненное с использованием платформы “Infinium HumanMethylation27 BeadChip” (“Illumina”, США), выявило существование множественных различий между внезародышевыми тканями с диплоидным и анеуплоидным кариотипом. Показано, что во внезародышевой мезодерме эмбрионов с трисомией 16 ДНК менее метилирована, чем у зародышей с нормальным кариотипом, тогда как в цитотрофобласте ДНК гиперметилирована. Присутствие дополнительной хромосомы влияет на эпигенетический профиль генома, изменяя уровни метилирования CpG-сайтов на всех хромосомах, при этом наибольшее число дифференциально метилированных локусов находится на самой хромосоме 16. Эпимутации в большинстве случаев тканеспецифичны. Гипометилированные гены в обеих тканях относятся к группам генов, ответственных за различные метаболические процессы, тогда как гиперметилированные отвечают за развитие, адгезию клеток, иммунный ответ и ответ на стимул.

For the first time, the epigenetic status of breast benign proliferative processes, malignant breast tumors, and metastases to regional lymph nodes has been studied using the GoldenGate Cancer Panel I DNA methylation microarray (Illumina, United States). The functional groups of differentially methylated genes were identified in each set of samples. The aberrant methylation of genes that regulate cell proliferation and mobility was found in the samples of benign proliferative breast processes. The aberrant methylation of genes responsible for cell differentiation and proliferation, as well as protein phosphorylation and cell mobility, was observed in the samples of malignant breast tumors. The differential methylation of the genes that regulate cell adhesion, the formation of anatomical structures, angiogenesis, immune response, signal transduction, and protein phosphorylation were found in samples with metastases to regional lymph nodes compared to the unaltered breast epithelium. It was found that tissues that range from benign proliferative processes and metastases to regional lymph nodes were generally characterized by a relatively lower level of epigenetic variability compared to the tissues of the primary tumor.

Впервые в сравнительном аспекте изучен эпигенетический статус доброкачественных пролиферативных процессов, злокачественных новообразований молочной железы и метастазов в регионарные лимфатические узлы (РЛУ) с помощью метилочипа “GoldenGate Cancer Panel I” (“Illumina”, США). В каждой исследованной выборке выявлены дифференциально метилированные функциональные группы генов. При доброкачественных пролиферативных процессах аномалии метилирования обнаружены в генах, регулирующих клеточную пролиферацию и мобильность. В образцах ткани со злокачественным фенотипом аномальное метилирование наблюдали в генах, ответственных за клеточную дифференцировку и пролиферацию, а также за фосфорилирование белков и мобильность клеток. В образцах тканей с метастазами в РЛУ дифференциальное метилирование по отношению к неизмененному эпителию молочной железы выявлено в генах, регулирующих адгезию клеток, формирование анатомических структур, неоангиогенез, иммунный ответ, трансдукцию сигналов и фосфорилирование белков. Установлено, что ткани с доброкачественными пролиферативными процессами и метастазами в РЛУ, в целом, характеризуются относительно низким уровнем эпигенетической вариабельности по сравнению с тканями первичной опухоли.

A biological microchip (biochip) has been developed to study the genetic predisposition to sporadic form of Alzheimer’s disease (AD). The biochip allows of genotyping of ten genetic polymorphisms within APOE, TOMM40, APOJ, EXOC3L2, GAB2, A2M, CR1, BIN1, and PICALM genes. The assay includes the amplification of the loci of interest and subsequent allele-specific hybridization of the fluorescently labeled amplicons with oligonucleotides immobilized on the biochip. The genotyping of 166 patients and 128 controls revealed a significant association of APOE allele ɛ4 with susceptibility to AD (OR = 2.275, 95% CI 1.045–4.954, p = 0.034). Protective effects were observed for APOE allele ɛ2 and CLU (rs11136000) allele T (OR = 0.215, 59% CI 0.090–0.516, p = 0.001 and OR = 0.679, 95% CI 0.47–0.99, p = 0.042, respectively). A gene-gene interaction analysis revealed two AD-associated genotype combinations, APOE ɛ3/ɛ4 GAB2 G/G (OR = 2.49, 95% CI 1.43–4.32, p = 0.001) and APOE ɛ4/ɛ4 GAB2 G/G (OR = 3.55, 95% CI 1.23–10.24, p = 0.015). Based on the results of the combined multivariate analysis, an algorithm was developed to identify the individuals having a higher risk of AD.

Разработан биологический микрочип (биочип), предназначенный для изучения наследственной предрасположенности к спорадической форме болезни Альцгеймера. Биочип способен определять 10 полиморфных маркеров в генах APOE, TOMM40, APOJ, EXOC3L2, GAB2, A2M, CR1, BIN1 и PICALM. Процедура генотипирования включает амплификацию нуклеотидных последовательностей выбранных генов и последующую гибридизацию флуоресцентно меченных участков с аллель-специфичными ДНК-зондами, иммобилизованными на биочипе. Проведено генотипирование 166 и 128 образцов ДНК индивидов с болезнью Альцгеймера и здоровых доноров соответственно, определены частоты аллелей и генотипов. Выявлена ассоциация аллеля 4 гена APOE с риском развития болезни Альцгеймера (OR = 2.275, 95% CI = 1.045–4.954, p = 0.034). Показана протективная роль аллеля 2 гена APOE и аллеля T (rs11136000) гена CLU (OR = 0.215, 95% CI = = 0.090–0.516, p = 0.001 и OR = 0.679, 95% CI = 0.47–0.99, p = 0.042 соответственно). В результате анализа межгенных взаимодействий обнаружены две комбинации генотипов, ассоциированные с риском развития болезни Альцгеймера: APOE 3/ 4 GAB2 G/G (OR = 2.49, CI = 1.43–4.32, p = 0.001) и APOE 4/ 4 GAB2 G/G (OR = 3.55, CI = 1.23–10.24, p = 0.015). По данным комбинированного многофакторного анализа разработан алгоритм выявления индивидов, у которых повышен риск развития болезни Альцгеймера.

Single-nucleotide polymorphisms (SNPs) are the most common type of genetic polymorphisms. Despite the progress in sequencing and postgenomic technologies, targeted SNP genotyping continues to be in highest demand in the approach to human and medical genetics. In this work, we describe the application of multiple SNP genotyping by MALDI-TOF mass spectrometry for analysis of genetic diversity of immune response genes in human populations. It was shown that MALDI-TOF mass spectrometry is a rapid, accurate, and efficient method of medium-scale SNP genotyping. Allele frequencies of 56 SNPs in 41 genes implicated in the regulation of immune response were similar in four populations studied (Russians, Komi, Khanty, and Buryats). These populations had similar levels of genetic diversity and were clustered according to their geographic location. The cost efficiency of MALDI-TOF mass spectrometry was evaluated compared to real-time PCR technology.

Однонуклеотидные полиморфные маркеры (SNP) – наиболее распространенный тип генетического полиморфизма. Несмотря на прогресс в технологиях секвенирования и постгеномных технологиях, точечное генотипирование SNP остается самым востребованным подходом в генетике человека и медицинской генетике. В работе описан опыт применения мультиплексного генотипирования SNP с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF для анализа генетического разнообразия генов иммунного ответа в популяциях человека. Показано, что масс-спектрометрия MALDI-TOF – это быстрый, точный и эффективный метод для среднемасштабного генотипирования SNP. В четырех исследованных российских популяциях (русские, коми, ханты и буряты) выявлен близкий спектр аллельных частот 56 SNP в 41 гене, продукты которых участвуют в регуляции иммунного ответа. В изученных популяциях зафиксирован сходный уровень генетического разнообразия и обнаружена кластеризация популяций в соответствии с их географической локализацией. Оценена экономическая эффективность генотипирования с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF в сравнении с технологией ПЦР в реальном времени.

The calcineurin signaling pathway plays a crucial role in the heart remodeling of a different nature, in the development of left ventricular dilatation, and in the progression of heart failure. Components of the calcineurin pathway are involved in the regulation of cardiomyocyte hypertrophy, angiogenesis, and apoptosis. In this study, quantitative expression profiles were determined for major calcineurin pathway genes PPP3CA, PPP3R1, PPP3CB, GATA4, and NFATC4 in the myocardium of the right atrium auricle in patients with ischemic heart disease who underwent different types of surgery depending on the severity of clinical symptoms as follows: surgical reconstruction of left ventricle (LV) geometry (post-infarction aneurysm) or coronary artery bypass grafting (unaltered LV morphology). In patients with sizable post-infarction LV dilatation (n = 21), the expression levels of calcineurin catalytic subunit genes PPP3CA and PPP3CB were 1.3 and 1.6 times lower (p = 0.018 and 0.023, respectively) than in patients with unaltered heart shape (n = 34). The differences in expression levels of PPP3R1, which encodes calcineurin regulatory subunit B and levels of GATA4 and NFATC4, which encode transcription factors, were not significant. Thus, decreased PPP3CA and PPP3CB expression in the atrial myocardium may be a marker of significant post-infarction LV remodeling. The further investigation of the relationship between expression levels of calcineurin pathway genes and the degree of myocardial damage may provide useful insights for predicting adverse events in cardiosurgical treatment of patients with post-infarction heart remodeling.

Сигнальный путь кальцинейрина играет важнейшую роль в ремоделировании сердца различного генеза, развитии дилатации камер сердца и прогрессировании сердечной недостаточности. Компоненты сигнального пути кальцинейрина вовлечены в регуляцию гипертрофии кардиомиоцитов, в ангиогенез и апоптоз. Определен уровень экспрессии основных генов сигнального пути кальцинейрина (PPP3CA, PPP3R1, PPP3CB, GATA4 и NFATC4) в миокарде ушка правого предсердия у больных ишемической болезнью сердца, подвергнутых хирургическому лечению, тип которого определяется тяжестью клинической картины: операция по восстановлению формы левого желудочка (постинфарктная аневризма) или операция аортокоронарного шунтирования при сохраненной морфологии левого желудочка. У больных с выраженной постинфарктной дилатацией левого желудочка (n = 21) уровень экспрессии генов каталитической субъединицы кальцинейрина PPP3CA и PPP3CB был в 1.3 и 1.6 раза (p = 0.018 и 0.023) ниже, чем у больных ишемической болезнью с сохраненной формой сердца (n = 34). Уровень экспрессии гена PPP3R1, кодирующего регуляторную субъединицу кальцинейрина B, и генов факторов транскрипции GATA4 и NFATC4 не отличался статистически значимо в изученных группах больных. Таким образом, снижение уровня экспрессии генов PPP3CA и PPP3CB в миокарде предсердий может служить маркером выраженного постинфарктного ремоделирования левого желудочка. Изучение связи между уровнем экспрессии генов сигнального пути кальцинейрина и степенью повреждения миокарда позволит, возможно, в дальнейшем найти подходы к прогнозированию отдаленных неблагоприятных последствий хирургического лечения у больных с постинфарктным ремоделированием.

Currently, the question of epigenetic mechanisms of gene regulation in the context of cardiovascular diseases is of considerable interest. Here, DNA methylation profiles of vascular tissues of atherosclerotic patients have been analyzed for the first time using the Infinium Human Methylation27 BeadChip microarray (Illumina, United States). As the result, within 286 genes, 314 CpG sites that varied significantly in the level of DNA methylation between the tissue samples of carotid (in the area of atherosclerotic plaques and nearby macroscopically intact tissues of the vascular wall) and mammary arteries, as well as saphenous veins have been identified. The most pronounced differences in the methylation level was registered for CpG sites of homeobox genes HOXA2 and HOXD4, as well as the imprinted MEST gene. In particular, these genes were found to be hypomethylated in the carotid atherosclerotic plaques compared to their methylation patterns in intact tissues of internal mammary arteries and saphenous veins.

В настоящее время вопрос эпигенетических механизмов регуляции функциональной активности генов при сердечно-сосудистых заболеваниях вызывает большой интерес. В данной работе впервые проведен анализ профиля метилирования ДНК в тканях сосудистого русла различной локализации у больных атеросклерозом с использованием микрочипа Infinium HumanMethylation27 BeadChip (“Illumina”, США). При сравнении образцов тканей из сонной (область атеросклеротических бляшек и предлежащей макроскопически неизмененной стенки) и внутренней грудной артерий, а также большой подкожной вены нижней конечности установлено дифференциальное метилирование 314 CpG-сайтов 286 генов. Наиболее существенные изменения уровня метилирования зарегистрированы в отношении CpG-динуклеотидов гомеобоксных генов HOXA2 и HOXD4, а также импринтированного гена MEST. В частности, в тканях из области атеросклеротических бляшек сонных артерий отмечалось гипометилирование этих генов по сравнению с паттерном их метилирования в неизмененных тканях внутренней грудной артерии, а также большой подкожной вены нижней конечности.

The present work was aimed at generating the dynamic standard reference intervals (DSRI) and their application for chromosomal-aberration (CA) analysis. The evaluation of the generated DSRI was performed using the DNA samples from four patients with already known CA. High-resolution comparative genomic hybridization analysis (HR-CGH) allowed us to not only identify all of the CAs that were not revealed by CGH, but also to detect the breakpoints and to determine the size of chromosomal imbalance.

Целью данного исследования являлось создание динамических стандартных референсных интервалов (ДСРИ) и их использование для диагностики хромосомных аномалий (ХА). Оценка полученных ДСРИ была проведена на образцах ДНК четырeх пациентов с известными ХА. Анализ HR-CGH позволил не только идентифицировать все эти ХА, которые не были выявлены при анализе CGH, но и определить точки разрывов и установить размер хромосомного дисбаланса.