В 1956г. была создана Лаборатория эмбриологии под руководством П.Г.Светлова. Изучалось развитие высших позвоночных, и в том числе млекопитающих. В 1960г. П.Г.Светлов сформулировал теорию критических периодов развития. В 1964 г. лаборатория вошла в состав вновь созданного Отдела эмбриологии, который возглавил А.П.Дыбан. Работы Отдела были ориентированы на изучение общих закономерностей нормального и патологического эмбриогенеза с целью разработки научных основ эффективной профилактики врожденных аномалий и пороков развития человека. На протяжении ряда лет изучались механизмы спонтанного и индуцированного тератогенеза млекопитающих. В 1991г. на базе лаборатории биохимической генетики, с 1963г. возглавляемой С.А.Нейфахом, и Отдела эмбриологии создан Отдел молекулярной генетики. Исследовались клеточные механизмы наследственности, генетических функций и биогенеза митохондрий.

Работа Отдела сконцентрирована на структурно-функциональном анализе мутантных генов человека при моногенных наследственных болезнях аутосомно-рецессивного (муковисцидоз, болезнь Вильсона, дефицит альфа-1-антитрипсина) и аутосомно-доминантного (семейная гиперхолистеринемия) типов. Целью этих работ является изучение природы генных мутаций, их молекулярной гетерогенности, генетических особенностей наследственных болезней в российской популяции и экспериментальная разработка подходов к их заместительной генной терапии на культурах клеток и трансгенных животных - модельных объектах. В исследованиях используется комплекс методов анализа структуры мутантных генов и аномальных белков - продуктов их экспрессии (клонирование генов, амплификация генов в полимеразной цепной реакции, определение нуклеотидных последовательностей, иммунохимический и физико- химический анализ природных и рекомбинантных белков).

В результате проведенных исследований идентифицированы специфичные для российской популяции мутации генов рецептора липопротеидов низкой плотности и альфа-1-антитрипсина и локуса кистозного фиброза (муковисцидоза}, выяснена взаимосвязь между специфическими мутациями этого локуса и клинической картиной заболевании. Установлено, что мутация локуса муковисцидоза в гетероэиготном состоянии является фактором риска развития неспецифических заболеваний дыхательной и пищеварительной систем. Впервые выявлены множественные молекулярные формы медь-транспортного белка церулоплазмина и изучена регуляция их синтеза в онтогенезе. Идентифицирован биохимический механизм нарушения метаболизма меди при болезни Вильсона (блок секреции в желчь специфической молекулярной формы перулоплазмина).

С учетом гетерогенности спектров генных мутаций и их популяционной специфичности разработана оптимизированная стратегия определения мутантных аллелей, используемая в пренатальной и пресимптоматической диагностике, а также дифференциальной диагностике нетипичных (стертых) форм наследственных болезней. В модельных системах экспрессии (гетерологические бактериальные и животные клетки, трансгенные животные) продемонстрирована возможность использования полученных генно-инженерных конструкций для моделирования наследственных болезней и их заместительной генной терапии. Разрабатываются подходы к направленной доставке генов в специфические органы-мишени в целостном организме.

Изучаются также молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе нарушений синтеза или структурно-функциональных аномалий мембранных белков при наследственных заболеваниях человека. Исследуются наследственные аномалии мембранных белков- рецепторов (рецепторы церулоплазмина и липопротеинов низкой плотности), компонентов ионных каналов и переносчиков (белок хлоридного канала эпителиальных клеток и белок- продукт локуса болезни Вильсона) и ферментных белков-компонентов внутренней мембраны митохондрий. В этой работе используются методы генно-инженерного комплекса, препаративной и аналитической химии белка, иммунохимического анализа. Будет установлена молекулярная природа генных мутаций, лежащих в основе семейной гиперхолистеринемии (ген рецептора липо-протеида низкой плотности), муковисцидоза (ген белка хлоридного канала), митохондриальные гены, кодирующие белки-ферменты внутренней мембраны митохондрий. Планируется изучение регуляции экспрессии генов, кодирующих мембранные белки-рецепторы, в частности. рецептор церулоплазмина, с целью выяснения биохимических аспектов патогенеза наследственных дефектов метаболизма меди (болезнь Вильсона, болезнь Менкеса, гемосидероз, боковой амиотрофический склероз и др,). Разрабатываются пути направленного модулирования функциональной активности мембранных рецепторов с помощью высокоспецифичных антагонистов-клонированных лиганд-связывающих (растворимых) внеклеточных доменов рецепторных белков.

В Отделе впервые получены линии трансгенных животных, экспрессирующих некоторые гены человека (ген аполипопротеина А1 и ген белка-предшественника амилоида). Эти животные используются как модели для изучения патогенеза наследственных болезней и способов их заместительной генной терапии. Наряду с этим, исследуются некоторые общие закономерности интеграции трансгенов в геном реципиента, роль рекомбинационных событий (в частности, сестринских хроматидных обменов) в хромосомах ранних эмбрионов в интеграции трансгенов, структурная организация трансгенов в метафазных хромосомах зародышей.