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.

Dariusz Plewczynski interests are focused on functional and structural genomics. His functional attempts make use of the vast wealth of data produced by high-throughput genomics projects, such as 4DNucleome (structural genomics consortium), 1000 Genomes Project, UK BioBank, Simons Genome Diversity Project, Earth BioGenome Project, ENCODE, and many others. The major tools that are used in this interdisciplinary research endeavor include statistical data analysis (GWAS studies, clustering, machine learning), genomic variation analysis using diverse data sources (karyotyping, confocal microscopy, aCGH microarrays, next generation sequencing), bioinformatics (protein sequence analysis, protein structure prediction), and finally biophysics (polymer theory and simulations) and genomics (epigenetics, genome domains, three dimensional structure of chromatin). His goal is to combine SV, epigenomic, transcriptional and super-resolution imaging data with spatial and temporal nucleus structure for better understanding of the biological function of genomes, the genomic structural variation within populations of cells and between individuals from different species, the spatial constrains for the natural selection during the evolutionary processes, mammalian cell differentiation, and finally cancer origin and development.

1) "Analiza struktury trójwymiarowej genomu ludzkiego w skali całej populacji: model komputerowy i weryfikacja doświadczalna dla limfoblastów wybranych rodzin z projektu 1000 Genomów" TEAM, FNP 2) "iCell: przetwarzania informacji w organizmach żywych. Rola struktury przestrzennej i hierarchii skal w sterowaniu procesami biofizycznymi w komórce" OPUS, NCN 3) "Zastosowanie wysoko wydajnych metod obliczeniowych do modelowania dynamiki dywersyfikacji hemaglutyniny wirusa grypy" OPUS, NCN Obecnie Dariusz Plewczynski z całym zespołem LGFS jest zaangażowany w kilka projektów Big Data zarówno w USA (4DN w Jackson Laboratory for Genomic Medicine, Earth BioGenome na University of California Davis), UE (INDEPTH, działania INC COST, ENHPATHY ITN) oraz w Polsce (CeNT University of Warsaw i MINI Politechnika Warszawska). Bierze czynny udział w dwóch dużych projektach konsorcjów, a mianowicie w bioinformatyce i analizie genomowej danych populacji 1000 Projektów Genomów dla identyfikacji wariantów strukturalnych (SV) i identyfikacji polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP) w kontekście struktury jądrowej 3D; oraz biofizyczne modelowanie trójwymiarowej konformacji chromatyny w ramach projektu 4Dnucleome dla wielu ludzkich linii komórkowych z wykorzystaniem technik HiC i ChIA-PET.

He is presently involved in several Big Data projects both in US (4DN at Jackson Laboratory for Genomic Medicine, Earth BioGenome at University of California Davis), EU (INDEPTH, INC COST actions, ENHPATHY ITN) and in Poland (CeNT University of Warsaw and MINI Warsaw Technical University). He is actively participating in two large consortia projects, namely bioinformatics and genomic analysis of 1000 Genomes Project population data for structural variants (SV) and single nucleotide polymorphism (SNP) identification in the context of 3D nuclear structure; and biophysical modeling of chromatin three-dimensional conformation within 4Dnucleome project for multiple human cell lines using HiC and ChIA-PET techniques.