Laboratorium Genomiki Funkcjonalnej i Strukturalnej

Profil

prof. dr hab. Dariusz Plewczyński
e-mail: d.plewczynski@cent.uw.edu.pl
telefon: +48 22 55 43654
pokój: 03.63
ORCID: 0000-0002-3840-7610
SCOPUS ID: 6602719966

W Laboratorium Genomiki Funkcjonalnej i Strukturalnej prowadzone są badania teoretyczne, których głównym celem jest analiza i przewidywanie struktury trójwymiarowej genomu ludzkiego, oraz jej związku ze zróżnicowaniem genomicznym populacji ludzkiej, zarówno naturalnym jak i patologicznym.

W szczególności badamy zależność obserwowanych w różnych populacjach oraz grupach pacjentów wariantów strukturalnych, zmiany ilości kopii genów od ich lokalizacji w strukturze jądra komórkowego. Badamy również zależność ekspresji wybranych genów od ich umiejscowienia w przestrzeni trójwymiarowej. Dodatkowo wykorzystujemy informację strukturalną do wzbogacenia analiz sekwencyjnych w celu lepszego określenia funkcji wybranych regionów genomicznych o istotnym znaczeniu dla medycyny spersonalizowanej.
W tym celu po pierwsze rozwijamy szereg wielko-skalowych narzędzi obliczeniowych służących do analizy sekwencji pełnych genomów, identyfikacji występujących w nich wariantów strukturalnych, określania istotności statystycznej obserwowanej ilości kopii regionów genomicznych w wybranych kohortach pacjentów. Po drugie w celu określenia ich unikalności porównujemy zaobserwowane zmiany z typowym i naturalnym zróżnicowaniem genomicznym, które zostało skatalogowane np. w konsorcjum 1000 Genomes Project. Po trzecie określamy funkcję biologiczną pełnioną przez te regiony genomiczne. Po czwarte identyfikujemy unikalne otoczenie genomiczne w przestrzeni trójwymiarowej dla tak wybranych miejsc, np. regulatorowych. W piątym kroku przewidujemy wpływ re-aranżacji struktury trójwymiarowej tak określonych lokalnych sąsiedztw w jądrze komórkowym, związaną np. z obecnością fabryk transkrypcyjnych, na ekspresję genów.

Zainteresowania Dariusza Plewczyńskiego koncentrują się na genomice funkcjonalnej i strukturalnej. Genomika funkcjonalna stara się wykorzystać ogromne bogactwo danych generowanych przez wysokoprzepustowe projekty genomiczne, takie jak konsorcja genomiki strukturalnej, Human Genome Project, 1000 Genomes Project, ENCODE i wiele innych. Główne narzędzia, które są wykorzystywane w tym interdyscyplinarnym przedsięwzięciu badawczym, obejmują analizę danych statystycznych (badania GWAS, klastrowanie, uczenie maszynowe), analizę zmienności genomowej przy użyciu różnych źródeł danych (kariotypowanie, mikroskopia konfokalna, mikromacierze aCGH, sekwencjonowanie nowej generacji: zarówno całego genomu, jak i całego egzomu), bioinformatykę (analiza sekwencji białek, przewidywanie struktury białek), a wreszcie biofizykę (teoria i symulacje polimerów) i genomikę (epigenetyka, domeny genomowe, trójwymiarowa analiza struktury chromatyny). Obecnie jest zaangażowany w kilka projektów Big Data w trzech instytutach: Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego (jego główna afiliacja), Jackson Laboratory for Genomic Medicine (międzynarodowy partner projektu TEAM) oraz Centrum Badań Innowacyjnych (w ramach Krajowego Naukowego Ośrodka Wiodącego KNOW 2012-2017) na Uniwersytecie Medycznym w Białymstoku (UMB).Uczestniczy w dwóch dużych projektach, a mianowicie 1000 Genomes Project (NIH) poprzez bioinformatyczną analizę danych genomowych z macierzy aCGH i eksperymentów NGS (sekwencjonowanie nowej generacji, głębokie pokrycie) w celu identyfikacji wariantów strukturalnych (SV); oraz biofizyczne modelowanie trójwymiarowej konformacji chromatyny wewnątrz ludzkich komórek przy użyciu technik HiC i ChIA-PET w ramach projektu 4D Nucleome finansowanego przez NIH w USA. Jego celem jest połączenie danych SV z trójwymiarową strukturą jądra komórkowego w celu lepszego zrozumienia normalnej zmienności genomowej wśród populacji ludzkich, procesu selekcji naturalnej podczas ewolucji człowieka, różnicowania komórek ssaków, a wreszcie pochodzenia, ścieżek, progresji i rozwoju raka i chorób autoimmunologicznych.

Zespół

Kierownik
prof. dr hab. Dariusz Plewczyński

Postdocy
dr Joanna Borkowska
Anup Kumar Halder
dr Karolina Jodkowska

Doktoranci
mgr Abhishek Agarwal
mgr Krzysztof Banecki
mgr, inż. Mateusz Chiliński
mgr Sachin Gadakh
mgr Sebastian Korsak
mgr Zofia Tojek
mgr Maciej Wiśniewski

Studenci
Jakub Józefowicz
Jędrzej Kubica
Joanna Młodziejewska
inż. Marek Sokołowski

Wybrane projekty

Wybrane publikacje

• Korsak S., Banecki K., Plewczynski D.
  Multiscale molecular modeling of chromatin with MultiMM: From nucleosomes to the whole genome
  (2024) Computational and Structural Biotechnology Journal, 23, pp. 3537 – 3548
  DOI: 10.1016/j.csbj.2024.09.025
• Kumar Halder A., Agarwal A., Jodkowska K., Plewczynski D.
  A systematic analyses of different bioinformatics pipelines for genomic data and its impact on deep learning models for chromatin loop prediction
  (2024) Briefings in Functional Genomics, 23 (5), pp. 538 – 548
  DOI: 10.1093/bfgp/elae009
• Fichna J.P., Chiliński M., Halder A.K., Cięszczyk P., Plewczynski D., Żekanowski C., Janik P.
  Structural Variants and Implicated Processes Associated with Familial Tourette Syndrome
  (2024) International Journal of Molecular Sciences, 25 (11), art. no. 5758
  DOI: 10.3390/ijms25115758
• Banecki K., Korsak S., Plewczynski D.
  Advancements and future directions in single-cell Hi-C based 3D chromatin modeling
  (2024) Computational and Structural Biotechnology Journal, 23, pp. 3549 – 3558
  DOI: 10.1016/j.csbj.2024.09.026
• Chiliński M., Plewczynski D.
  HiCDiffusion – diffusion-enhanced, transformer-based prediction of chromatin interactions from DNA sequences
  (2024) BMC Genomics, 25 (1), art. no. 964
  DOI: 10.1186/s12864-024-10885-z
• Kadlof M., Banecki K., Chiliński M., Plewczynski D.
  Chromatin image-driven modelling
  (2024) Methods, 226, pp. 54 – 60
  DOI: 10.1016/j.ymeth.2024.04.006
• Kokot A., Gadakh S., Saha I., Gajda E., Łaźniewski M., Rakshit S., Sengupta K., Mollah A.F., Denkiewicz M., Górczak K., Claesen J., Burzykowski T., Plewczynski D.
  Unveiling the Molecular Mechanism of Trastuzumab Resistance in SKBR3 and BT474 Cell Lines for HER2 Positive Breast Cancer
  (2024) Current Issues in Molecular Biology, 46 (3), pp. 2713 – 2740
  DOI: 10.3390/cimb46030171
• Chiliński M., Lipiński J., Agarwal A., Ruan Y., Plewczynski D.
  Enhanced performance of gene expression predictive models with protein-mediated spatial chromatin interactions
  (2023) Scientific Reports, 13 (1), art. no. 11693
  DOI: 10.1038/s41598-023-38865-5
• Korsak S., Plewczynski D.
  LoopSage: An energy-based Monte Carlo approach for the loop extrusion modeling of chromatin
  (2024) Methods, 223, pp. 106 – 117
  DOI: 10.1016/j.ymeth.2024.01.015
• Ghosh N., Saha I., Plewczynski D.
  Editorial: Unveiling novel aspects of SARS-CoV-2 to combat COVID-19
  (2024) Frontiers in Genetics, 15, art. no. 1383640
  DOI: 10.3389/fgene.2024.1383640

Kontakt

prof. dr hab. Dariusz Plewczyński
e-mail: d.plewczynski@cent.uw.edu.pl
telefon: +48 22 55 43654
pokój: 03.63