Tatiana Merkoulova-Rainon a obtenu son doctorat en biologie moléculaire à l'Institut Engelhardt de Biologie Moléculaire (Académie des Sciences de Russie, Moscou) et le deuxième doctorat à l'Université Pierre et Marie Curie (Paris 6). Ses deux thèses portaient sur l'analyse structure-fonction des enzymes, l'une impliquée dans la biosynthèse des protéines, l'autre dans le métabolisme énergétique des muscles striés. Après avoir contribué pendant 6 ans aux recherches précliniques dans le domaine de l'immunologie et de l'immunopharmacologie, elle s'est à nouveau consacrée aux études biochimiques et fonctionnelles des protéines, dans le cadre de ses stages post- doctoraux en France, au sein du Laboratoire de Biochimie Cellulaires de Pr F. Gros au Collège de France et au Laboratoire de Signalisation Intracellulaire et Oncogenèse de Pr. A. Tavitian à l'Institut Curie.
T. Merkoulova-Rainon travaille à l'IVS depuis 2000 où elle s'intéresse aux mécanismes moléculaires de l'angiogenèse et participe à la formation d'étudiants. Ces recherches ont permis notamment de préciser le rôle de l'HGF, un facteur angiogénique puissant, et de son récepteur MET dans l'angiogenèse et enrichir les connaissances sur le rôle et le mécanisme d'action de la neuropiline-1, un récepteur du VEGF. T. Merkoulova-Rainon contribue également au développement de nouvelles thérapies ciblant les vaisseaux pathologiques dans le but de traiter les cancers. Ces travaux ont permis d'identifier un nouveau polypeptide anti-angiogénique pouvant devenir un nouveau médicament anti-cancéreux. Depuis 2009, elle contribue aux recherches dans le domaine des thérapies cellulaires.