Шайтан Алексей Константинович
Факультет компьютерных наук
Профессиональные интересы
Должности
- Ведущий научный сотрудник — Факультет компьютерных наук, Институт искусственного интеллекта и цифровых наук, Центр биомедицинских исследований и технологий
- Профессор — Факультет компьютерных наук, Департамент больших данных и информационного поиска
Био
- · Начал работать в НИУ ВШЭ в 2021 году.
- · Научно-педагогический стаж: 17 лет.
Образование
- 2022 · Ученое звание: Профессор РАН
- 2022 · Член-корреспондент РАН
- 2021 · Доктор физико-математических наук: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- 2010 · Кандидат физико-математических наук
- 2007 · Специалитет: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, специальность «Физика конденсированного состояния вещества», квалификация «Физик»
Опыт работы
- · 02.2021-Н/В
- · Научный сотрудник
- · Международная лаборатория биоинформатики, Высшая Школа Экономики
- · Visiting fellow
- · Национальный центр биотехнологической информации, Национальные институты здоровья, США
- · Ведущий научный сотрудник
- · МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биоинженерии
- · Научный сотрудник
- · МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биоинженерии
- · Ученый секретарь
- · Технологическая платформа «Стратегические информационные технологии»
- · Ведущий инженер
- · МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биоинженерии
- · Научный сотрудник
- · Университет Ульма, Германия, Институт Полимерных Наук
- · Учитель
- · ГОУ СОШ 1326/Лицей 1586, предметы: компьютерное моделирование (10-11 классы), компьютерные методы в биологии и физике (7-9 классы)
Награды и поощрения
- · Персональная надбавка ректора (2021–2022)
- · Надбавка за публикацию в журнале из Списка А (и приравненном к нему научном издании) (2025–2026)
Гранты и проекты
- — · В Китае дан старт работе Российско-китайского института фундаментальных исследований. В его состав вошли исследовательские центры по математике, физике, химии, науках о жизни и науках о Земле, в их работе будут участвовать ученые НИУ ВШЭ. Также в рамках конференции был представлен проект «Россия и Китай: математика» по изданию 100 учебников и монографий в течение десяти лет. Членами редколлегии стали представители НИУ ВШЭ Иван Аржанцев и Сергей Ландо.
Идентификаторы исследователя
- ORCID:
0000-0003-0312-938X - ResearcherID:
D-7306-2012 - SPIN РИНЦ:
6275-5481 - Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=Ug0JSXEAAAAJ
- Scopus AuthorID:
26635808600
Публикации (19)
Electron microscopy analysis of ATP-independent nucleosome unfolding by FACT
2022 · ARTICLE · en
FACT является шапероном гистонов, который участвует в удалении и повторной сборке нуклеосом во время транскрипции и репликации. Мы использовали электронную микроскопию для изучения комплексов FACT, FACT:Nhp6 и FACT:Nhp6:нуклеосома и обнаружили, что все комплексы принимают широкий диапазон конфигураций, что указывает на высокую гибкость. Мы неожиданно обнаружили, что ДНК-связывающий белок Nhp6 также связывается с С-концевыми хвостами субъединиц FACT, индуцируя более открытую геометрию FACT даже в отсутствие нуклеосом. Следовательно, Nhp6 поддерживает развертывание нуклеосом путем изменения как структуры FACT, так и свойств нуклеосом. Комплексы, образованные с FACT, Nhp6 и нуклеосомами, также продуцируют широкий спектр структур, обнаруживая большое количество потенциальных промежуточных соединений вдоль предполагаемого пути разворачивания. Данные предполагают, что Nhp6 играет несколько ролей до и во время разворачивания нуклеосом с помощью FACT, и что этот процесс протекает через ряд энергетически сходных промежуточных структур, что в конечном итоге приводит к экстенсивно развернутой форме.
Nucleosomes and their complexes in the cryoEM era: Trends and limitations
2022 · ARTICLE · en
С момента появления первой атомистической модели строения нуклеосомы прошло 25 лет, и с тех пор количество новых структур постепенно увеличивалось. С появлением криомикроскопии скорость накопления моделей значительно увеличилась. Появляются новые структуры с различными вариантами гистонов и множеством белков, которые связываются с нуклеосомами. На данный момент в Protein Data Bank насчитывается более четырехсот структур, содержащих нуклеосомы. Многие из этих структур представляют собой сходные комплексы, другие отличаются по составу, конформации и качеству. С этой точки зрения мы исследуем разнообразие известных структур нуклеосом, анализируем данные и качество модели, вариации содержания гистонов/ДНК в нуклеосомах и спектр их взаимодействующих факторов. Мы выделяем те части нуклеосомного «структурома», которые уже изучены, и те, которые ожидают дальнейшего изучения.
From DNA-protein interactions to the genetic circuit design using CRISPR-dCas systems
2022 · ARTICLE · en
В последнее десятилетие технология CRISPR-Cas приобрела широкую популярность в самых разных областях: от редактирования генома и обнаружения специфических последовательностей ДНК/РНК до контроля экспрессии генов. В основе этой технологии лежит способность комплексов CRISPR-Cas программироваться для нацеливания на определенные локусы ДНК даже при использовании каталитически неактивных dCasпротеинов. Репертуар природных и сконструированных dCas-белков, включая слитые белки, представляет собой многообещающий инструментарий, который можно использовать для конструирования функциональных синтетических генетических цепей. Рациональный дизайн генетических цепей, помимо практической значимости, является важным шагом на пути к более глубокому количественному пониманию основных принципов, управляющих регуляцией экспрессии генов и функционированием живых организмов. В этом мини-обзоре мы представляем краткий обзор применения систем на основе CRISPR-dCas в новой области проектирования синтетических генетических цепей. Мы обсуждаем разнообразие инструментов на основе dCas, их свойства и их применение в различных типах генетических цепей, а также намечаем проблемы и направления дальнейших исследований в этой области.
Analysis of Ion Atmosphere Around Nucleosomes Using Supercomputer MD Simulations
2022 · ARTICLE · en
The nucleosome is the basic unit of eukaryotic DNA compaction. It consists of about 147 base pairs wrapped around an octamer of histone proteins. Nucleosomal dynamics provides the availability of packaged DNA for various factors that carry out the vital processes associated with chromatin. It is not completely known how the structure and dynamics of the nucleosome depends on the ionic environment. The current researches do not give an unambiguous answer and often contradict each other. In this paper, we demonstrate supercomputer molecular dynamics simulations of nucleosome models surrounded by monovalent sodium and potassium cations. Analyzing the trajectories, we showed the details of the distribution of sodium and potassium ions around the linker DNA, nucleosomal DNA at the sites of nucleosomal opening, and histone residues involved in the process of nucleosomal breathing. We have demonstrated the mobility of DNA linkers and the process of nucleosomal unwrapping in various ionic environments, and also assessed the probable mechanisms of the dependence of nucleosome unwrapping on the type of ions in the system. Our study is intended to emphasize the importance of understanding the role of the ionic environment in the functioning of chromatin.
Histone dynamics mediate DNA unwrapping and sliding in nucleosomes
2021 · ARTICLE · en
Nucleosomes are elementary building blocks of chromatin in eukaryotes. They tightly wrap ∼147 DNA base pairs around an octamer of histone proteins. How nucleosome structural dynamics affect genome functioning is not completely clear. Here we report all-atom molecular dynamics simulations of nucleosome core particles at a timescale of 15 micro- seconds. At this timescale, functional modes of nucleosome dynamics such as spontaneous nucleosomal DNA breathing, unwrapping, twisting, and sliding were observed. We identified atomistic mechanisms of these processes by analyzing the accompanying structural rear- rangements of the histone octamer and histone-DNA contacts. Octamer dynamics and plasticity were found to enable DNA unwrapping and sliding. Through multi-scale modeling, we showed that nucleosomal DNA dynamics contribute to significant conformational variability of the chromatin fiber at the supranucleosomal level. Our study further supports mechanistic coupling between fine details of histone dynamics and chromatin functioning, provides a framework for understanding the effects of various chromatin modifications.
Molecular Mechanisms of Oncogenesis through the Lens of Nucleosomes and Histones
2021 · ARTICLE · en
At the cellular level, cancer is the disease of both the genome and the epigenome, and the interplay between genetic mutations and epigenetic states may occur at the level of elementary chromatin units, the nucleosomes. They are formed by a segment of DNA wrapped around an octamer of histone proteins. In this review, we survey various mechanisms of cancer etiology and progression mediated by histones and nucleosomes. In particular, we discuss the effects of mutations in histones, changes in their expression and slicing on epigenetic dysregulation and carcinogenesis. The links between cancer phenotypes and differential expression of histone variants and isoforms are summarized. Finally, we discourse the geometric and steric effects of DNA compaction in nucleosomes on DNA mutation rate, interactions with transcription factors, including pioneer transcription factors, and prospects of cancer cells’ genome and epigenome editing.
Linking chromatin composition and structural dynamics at the nucleosome level
2019 · ARTICLE · en
Nucleosomes are fundamental units of chromatin compaction, which organize ∼200 DNA base pairs using an octamer of histone proteins. Their ubiquitous presence in the cell nucleus since the first eukaryotes compelled the chromatin machinery to coevolve and learn how to exploit various modes of nucleosome dynamics and sense differences in nucleosome composition. Alterations to histone or DNA sequences, post-translational modifications (PTM) of histones, recruitment of chromatin proteins modulate nucleosome dyn amics and provide epigenetic regulation to the DNA processing pathways (transcription, replication, repair, etc.). Our understanding of this complex interplay between nucleosome composition, dynamics and functioning is constantly evolving through new insights and discoveries. In this review, we highlight recent contributions to the field while attempting to organize them in a unified framework.
Histone Octamer Structure Is Altered Early in ISW2 ATP-Dependent Nucleosome Remodeling
2019 · ARTICLE · en
Nucleosomes are the fundamental building blocks of chromatin that regulate DNA access and are composed of histone octamers. ATP-dependent chromatin remodelers like ISW2 regulate chromatin access by translationally moving nucleosomes to different DNA regions. We find that histone octamers are more pliable than previously assumed and distorted by ISW2 early in remodeling before DNA enters nucleosomes and the ATPase motor moves processively on nucleosomal DNA. Uncoupling the ATPase activity of ISW2 from nucleosome movement with deletion of the SANT domain from the C terminus of the Isw2 catalytic subunit traps remodeling intermediates in which the histone octamer structure is changed. We find restricting histone movement by chemical crosslinking also traps remodeling intermediates resembling those seen early in ISW2 remodeling with loss of the SANT domain. Other evidence shows histone octamers are intrinsically prone to changing their conformation and can be distorted merely by H3-H4 tetramer disulfide crosslinking.
Structural interpretation of DNA-protein hydroxyl-radical footprinting experiments with high resolution using HYDROID
2018 · ARTICLE · en
Hydroxyl-radical footprinting (HRF) is a powerful method to probe structures of nucleic acid-protein complexes with single nucleotide resolution in solution. To tap the full quantitative potential of HRF, we describe a protocol HYDroxyl-Radical footprinting Interpretation for DNA (HYDROID) to quantify HRF data and integrate it with atomistic structural models. The stages of the HYDROID protocol include extraction of the lane profiles from gel images, quantification of the DNA cleavage frequency at every nucleotide, and theoretical estimation of the DNA cleavage frequency from atomistic structural models followed by comparison of experimental and theoretical results. Example scripts for every step of HRF data analysis and interpretation are provided for several nucleosome systems; they can be easily adapted to analyze user data. As input HYDROID requires polyacrylamide gel electrophoresis images of HRF products and optionally may use a molecular model of the DNA-protein complex. The HYDROID protocol can be used to quantify HRF over DNA regions of up to 100 nucleotides per gel image. In addition it can be applied to the analysis of RNA-protein complexes and free RNA or DNA molecules in solution. Compared to other methods, HYDROID is unique in its ability to simultaneously integrate HRF data with the analysis of atomistic structural models. HYDROID is freely available at https://github.com/ncbi/HYDROID. The complete protocol takes approximately ~ 3 hours. Users should be familiar with the command line interface, the Python scripting language and PDB file formats. A graphical user interface with basic functionality (HYDROID_GUI) is also available.
Курсы (2)
-
Молекулярное моделирование · 3 раза
2025/2026, 2024/2025, 2023/2024 · Магистратура / Маго-лего · рус
-
Биоинформатика
2021/2022 · Бакалавриат · рус