| Название НИОКТР |
Пространственная организация и динамика хроматина с точки зрения неравновесной полимерной физики и теории информации
|
| Аннотация |
Одной из наиболее сложных задач современной Биофизики является проблема пространственной организации ДНК в ядре эукариотической клетки и ее перестройки в переходе между фазами клеточного цикла. Несмотря на то, что индивидуализированные хромосомы впервые были обнаружены в оптической микроскопии более 100 лет назад, некоторые особенности их структуры и ее реорганизации при переходе между фазами клеточного цикла в широком диапазоне геномных масштабов до сих пор остаются далекими от полного понимания с точки зрения биофизических механизмов. Вместе с этим, корректная трансформация структуры хромосом и воспроизведение особенностей их конформационной организации в интерфазе и митозе необходимы для успешного биологического функционирования клетки.
Всплеск экспериментальных высокопроизводительных методов последнего десятилетия, в основном, Hi-C, обнаружил, что интерфазные хромосомы у высших эукариот организуются статистически аналогично незаузленным кольцам в расплаве колец. В рамках недавнего проекта РНФ руководителем проекта было установлено, что в процессе перехода из митоза в интерфазу происходит качественное изменение топологического состояния хромосомы из заузленного в незаузленное; также был предложен механизм направленной активности топоизомеразы-II как ключевого медиатора этого изменения. Эти результаты ставят под сомнение превалирующее объяснение незаузленности интерфазных хромосом как «эффект структурной памяти» митотической конформации. Почему же эукариотические хромосомы ведут себя как топологически-стабилизированные кольца, хотя представляют собой линейные цепочки?
Настоящий проект посвящен исследованию структурной и динамической организации хромосом в различных стадиях клеточного цикла с использованием теории, моделирования и анализа экспериментальных данных. В частности, мы количественно проверим нашу новую гипотетическую модель организации интерфазной хромосомы в виде петель размером в несколько мегабаз, формирующихся стохастически при выходе из митоза. Эта модель призвана объяснить наблюдаемую крупномасштабную незаузленность хромосом, а также предлагает новый биофизический механизм распутывания при переходе из митоза в интерфазу, не требующий специальной регуляции топоизомеразы-II. Кроме этого, мы исследуем статистические и теоретико-информационные свойства петель, формирующиеся в результате активной экструзии моторами, и применим нашу модель на данных в интерфазе и митозе для получения новой информации о свойствах петель хроматина в живой клетке. Одновременно с этим, мы разработаем новые аналитически-решаемые модели динамики фрактальных цепей, согласующиеся с недавними экспериментальными наблюдениями раузовской динамики и реологии хроматина.
Для проверки формулируемых биофизических гипотез перспективными являются данные, полученные из единичных клеток, такие как single cell карты контактов Hi-C и карты расстояний из флуоресцентной микроскопии FISH. Для извлечения информации о возможных корреляциях и совместной статистике контактов между различными парами геномных локусов мы планируем привлечение теоретико-информационного и графового подходов анализа карт контактов. Чтобы обойти известную проблему разреженности данных, мы займемся задачей оптимального восстановления значений, отсутствующих в данных в силу артефактов экспериментальных методик. Для этих целей мы разработаем концептуально новые инструменты анализа высокопроизводительных экспериментальных данных с использованием современных генеративных технологий искусственного интеллекта для естественных изображений, учитывающих физические особенности организации хроматина в клетке.
|
| Доступ к ОКОГУ исполнителя |
False
|
| Количество связанных РИД |
0
|
| Количество завершенных ИКРБС |
0
|
| Сумма бюджета |
21000.0
|
| Дата начала |
2025-05-29
|
| Дата окончания |
2027-12-31
|
| Номер контракта |
25-13-00277
|
| Дата контракта |
2025-05-29
|
| Количество отчетов |
1
|
| УДК |
577.3"32/."36
|
| Количество просмотров |
9
|
| Руководитель работы |
Половников Кирилл Евгеньевич
|
| Руководитель организации |
Романова Дарья Александровна
|
| Исполнитель |
АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СКОЛКОВСКИЙ ИНСТИТУТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ"
|
| Заказчик |
Российский научный фонд
|
| Федеральная программа |
Отсутствует
|
| Госпрограмма |
—
|
| Основание НИОКТР |
Грант
|
| Последний статус |
2025-09-18 09:46:22 UTC, 2025-09-18 09:46:22 UTC
|
| ОКПД |
Нет
|
| Отраслевой сегмент |
—
|
| Минздрав |
—
|
| Межгосударственная целевая программа |
—
|
| Ключевые слова |
хроматин; фолдинг хромосом; Hi-C; карта контактов; фрактальная глобула; генеративная модель диффузии; инпейнтинг; метод максимизации энтропии; взаимная информация; дробно-броуновское движение
|
| Соисполнители |
—
|
| Типы НИОКТР |
Фундаментальное исследование
|
| Приоритетные направления |
—
|
| Критические технологии |
—
|
| Рубрикатор |
34.17.23 - Биофизика клетки
|
| OECD |
—
|
| OESR |
Физика конденсированного состояния (включая физику твердого тела, сверхпроводимость); Прикладная математика; Полимеры; Биохимия и молекулярная биология; Биофизика
|
| Приоритеты научно-технического развития |
а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
|
| Регистрационные номера |
—
|
