International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: Algorithm optimization, amino acid sequences, cyclic peptides
The problem of amino acid sequence reconstruction in cyclic peptides is particularly im-
portant, because such peptides are of special significance in a cell. They include antibiot-
ics, antitumor agents, toxins, immunomodulatory agents, and a variety of peptides with 
still unknown properties. The sequences of many cyclic peptides cannot be reconstructed 
from the DNA sequence, because they are not encoded by genes and their synthesis oc-
curs in a nonribosomal way [1].
De novo sequencing, i.e., the direct reconstruction of the primary sequences of peptide 
chains from mass spectra, has been in use since the early 2000s [2]. Its major advantage 
is that it can be applied when no genomic information is available. The problem of se-
quencing linear and cyclic peptides is reduced to the known turnpike and beltway prob-
lems [3], the latter of which having no polynomial-time algorithm in the general case.
Many algorithms were proposed for de novo sequencing, see the review of [4]. Despite 
the enormous efforts made in recent years, the turnpike and beltway problems are still 
considered open. A new simple approach to reducing overhead costs for the problems, 
based on the sequential removal of redundant information from inputs, is proposed. For 
error-free inputs that simulate de novo sequencing spectra with high accuracy, up to 10
-3
 
Da, the size of inputs decreases drastically, from n
2
 to O(n), which permits one to elimi-
nate exhaustive search from the algorithm almost completely and reconstruct sequences 
in numbers of steps in direct ratio to the input size, n
2
. Computational experiments show 
high efficiency of the algorithm for both the turnpike and beltway cases, with the recon-
struction time for sequences of lengths up to several thousand elements being within one 
second on a modern PC.
References: 
1.  M.A. Marahiel et al. (1993) Regulation of peptide antibiotic production in Bacillus, Mol Microbiol, 
7(5): 631-636.
2.  R.S. Johnson, J.A.Taylor. (2002) Searching sequence databases via de novo peptide sequencing by 
tandem mass spectrometry, Mol Biotechnol, 22: 301-315.
3.  P. Lemke et al. (2003) Reconstructing Sets From Interpoint Distances, Discrete and Computational 
Geometry Algorithms and Combinatorics, 25: 597-631.
4.  J. Allmer (2011) Algorithms for the de novo sequencing of peptides from tandem mass spectra, Expert 
Review of Proteomics, 8(5): 645-657.

85
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MOLECULAR MODELING OF THE INTERACTION  
BETWEEN INDOLE LUPANE DERIVATIVES  
AND C-MYC/MAX HETERODIMER
T.S. Frolova
1, 2, 3
*, D.S. Baev
2
, A.V. Petrova
4
, E.K. Khusnutdinova
4
, O.I. Sinitsyna
1, 3
1
 Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2
 Novosibirsk Institute of Organic Chemistry SB RAS, Novosibirsk, Russia
3
 Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
4
 Bashkir State University, Ufa, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: betulonic acid derivatives, selective cytotoxicity, molecular docking, c-Myc/Max interaction
Motivation and aim: Pentacyclic triterpene acids are one of the most interesting com-
pounds because of their various biological properties, for example, antioxidative, an-
tiviral, antiallergenic, antiangiogenic and antispasmodic activity [1]. One of the most 
promising triterpenes in plant raw material are lupane acids, which are very popular for 
chemical modifications to enhance their biological activity, especially selective cytotox-
icity against cancer cells. According to the literature, one the possible mechanisms of 
this effect is the inhibition of c-Myc/Max interaction [2].
Methods and Algorithms: Previously we synthesized four new lupane derivatives with 
indole functional group, all tested compounds have selective cytotoxic properties. Pres-
ently we assessed binding energy between c-Myc/Max heterodimer and indole lupane 
derivatives using molecular docking.
Results: It was shown that all tested compounds probably could interact with binding site 
of c-Myc and prevent the association of c-Myc/Max heterodimer which results in cell 
death. Conclusion: Considering that c-Myc gene is overexpressed in many cancers, its 
directed inhibition may be used in antineoplastic therapy.
References:
1.  A. Bishayee et al. (2011) Triterpenoids as potential agents for the chemoprevention and therapy of 
breast cancer, Front Biosci, 16: 980–96.
2.  H. Wang et al. (2015) Direct inhibition of c-Myc-Max heterodimers by celastrol and celastrol-inspired 
triterpenoids, Oncotarget, 32:32380-95.

86
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
ALTERED CATECHOLAMINERGIC, SEROTONERGIC,  
GABAERGICS, AND GLUTAMATERGIC GENES EXPRESSION 
IN THE VENTRAL TEGMENTAL AREA OF MALE MICE 
UNDER CHRONIC SOCIAL DEFEAT STRESS:  
RNA-SEQ DATA
A.G. Galyamina, I.L. Kovalenko, D.A. Smagin, N.N. Kudryavtseva*
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia 
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: RNA-Seq, ventral tegmental area, chronic social defeat stress
Motivations and aims: Chronic social defeat stress (CSDS) leads to the development of 
mixed anxiety/depression-like state in male mice similar to those in humans. It has been 
shown that, under CSDS, the adult brain undergoes numerous changes in the function 
of  neurotransmitter  systems,  including  changes  in  gene  expression  in  different  brain 
regions. In this experiment we are focused on the analysis of genes encoding proteins 
related  with  the  metabolism  and  receptors  of  serotonergic,  catecholaminergic,  GAB-
Aergic and glutamatergic systems in the ventral tegmental area which is important in 
the regulation of cognition, motivation, drug addiction, and emotions relating to several 
psychiatric disorders. 
Methods: Mixed anxiety/depression-like state was generated in male mice by exposure 
to CSDS in daily agonistic interactions [1, 2]. The ventral tegmental area was dissected 
according to the map presented in the Allen Mouse Brain Atlas. The collected samples 
were sequenced at JSC Genoanalytica (http://genoanalytica.ru/, Moscow, Russia). The 
Cufflinks program was used to estimate the gene expression levels in FPKM and then to 
detect the differentially expressed genes in the analyzed and control groups. Genes were 
considered to be differentially expressed at the level of statistical significance p < 0.05 
and q < 0.05.
Results: We found that genes, related with serotonin (Maob, Htr4, Htr1a) were upregu-
lated but expression of Htr3a gene was decreased in the ventral tegmental area of depres-
sive mice. Besides, upregulation of dopaminergic Ddc, Slc6a3, Drd2, and Maob genes 
were upregulated while noradrenergic Slc6a2, Adra2c, and Adra2a genes were down-
regulated. Expression of GABAergic Gabra1, Gabra2, Gabrg2, Gabrg1, Gabrq, Gad1, 
and Gad genes and glutamatergic Gria1, Gria2, Grik2, Grm2, Grm5, and Slc17a8 genes 
were increased under CSDS.
Conclusion. These results are evidences of altered noradrenergic, dopaminergic, seroto-
nergic, GABAergic, and glutamatergic neurotransmissions in the ventral tegmental area 
of chronically defeated mice. 
Acknowledgments. Supported by Russian Science Foundation (No 14-15-00063); Pro-
gram of Presidium RAS “Molecular and Cellular Biology” (No 6.25).
References:
1.  Kudryavtseva N.N. et al. (1991) Social model of depression in mice of C57BL/6J strain. Pharmacol., 
Biochem. Behav. 38: 315-320.
2.  Avgustinovich D.F. et al. (2004) Dynamic changes of brain serotonergic and dopaminergic activities 
during development of anxious depression: Experimental Study. Usp. Fiziol. Nauk. 35(4):19-40.

87
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
RECONSTRUCTION OF TRANSCRIPTION CONTROL  
NETWORK IN GENOME-REDUCED BACTERIA  
BY HIGH-THROUGHPUT PROMOTERS IDENTIFICATION
I.A. Garanina*, G.U. Fisunov, D.V. Evsutina, V.M. Govorun
Scientific Research Institute of Physical-Chemical Medicine SRI PCM, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: mollicutes, genome reduction, transcription, promoters
Motivation and Aim:  Class Mollicutes is a specialized clade of gram-positive bac-
teria that lack cell wall and feature significant genome reduction. Genome reduction 
resulted in the loss of most of the conserved transcriptional regulators. Attempts to eluci-
date transcriptional regulation in Mollicutes using high-throughput technologies resulted 
in a limited progress. In current work we aimed to investigate transcription regulation 
and reveal most important transcription factors for Mollicutes. 
Methods and Algorithms: We utilized comparative genomics methods and algorithms 
to analyze conservation of regulators throughout Mollicutes phylogeny. For regulation 
network reconstruction we prepared and sequenced RNA 5`-ERS libraries of 4 samples 
of every bacteria analyzed. To identify transcription start sites we searched for a local 
maximum in the read coverage that was supported by at least 5 reads. Then, we modeled 
the coverage at each local maximum while considering 5 nt in each direction as back-
ground using a GLM with a quasi-binomial distribution. 
Results: We described all transcription factors and DNA-binding proteins of 47 Mol-
licutes and found that there is only one common function requiring transcriptional con-
trol in all species: protein folding maintenance via chaperones. We carried out whole-
genome mapping of transcription start sites of Acholeplasma laidlawii and Spiroplasma 
melliferum and compared promoter structure between three bacteria. A. laidlawii dem-
onstrate the most organized promoter structure, whether M. gallisepticum show some 
extent of promoter degeneration. Based on comparative genomics approach we predict-
ed binding sites of transcription factors and probable targets of these regulators. Most 
of the transcription factors with identified binding sites in the three species are involved 
in the metabolism control. Progressive loss of the conserved TFs from A. laidlawii to S. 
melliferum and M. gallisepticum is associated with drastic loss of metabolic pathways. 
Conclusion: We suggests that only one regulatory component is conserved between ana-
lyzed bacteria. This fact reflects high plasticity and adaptive potential of Mollicutes. Our 
study thus provides insight into evolution and organization of transcriptional regulation 
of genome-reduced bacteria.

88
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
GENOME-WIDE TRANSCRIPTOMICS AS A PLATFORM  
FOR UNDERSTANDING THE UNUSUAL RESISTANCE  
TO MUSCLE ATROPHY IN HIBERNATING DORMICE
G.R. Gazizova
1
*, O.V. Tyapkina
2
, O.S. Kozlova
1
, M.D. Logacheva
1, 3
, L.F. Nurullin
2
, 
I.M. Vikhlyantsev
4
, O.A. Gusev
1, 5
 
1 
Kazan Federal University, Kazan, Russia
2 
Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics KSC RAS, Kazan, Russia
3 
Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
4 
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics RAS, Puschino, Russia
5 
RIKEN, Yokohama, Japan
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: hibernation, immobilization, muscle atrophy, transcriptomics, dormice
Motivation and Aim:  Muscle  atrophy  during  prolonged  periods  of  immobilization  or 
microgravity remains an unsolved problem in public health, physiology and space medi-
cine. At the same time, some animals are able to experience long periods of hypokinesia 
without any significant changes in muscle structure during hibernation. Thus, hibernat-
ing mammals are convenient objects for studying the mechanisms that prevent atrophy 
or trigger skeletal muscle recovery. The aim of present research is to identify molecular 
mechanisms of protective muscular adaptation via analysis of whole-transcriptome se-
quencing of muscle and lumbar spinal cord samples of hibernator edible dormice (Glis 
glis; Rodentia).
Methods and Algorithms: We performed mRNA and total RNA sequencing of dormice’ 
muscles and spinal cord using HiSeq 2500 Illumina platform. Four groups of animals 
(n=12) were examined: 1) active animals, 2) animals immobilized in special fixing cages 
in laboratory, to estimate the effect of general muscle disuse 3) hibernated animals and 4) 
animals just aroused after 14 days of hibernation. For the reference, de novo transcrip-
tome was assembled to yield 30000 + primary contigs.
Results: To test hypothesis that dormice are able to resist muscle atrophy independently 
of type of limb immobilization, we conducted morphometric and molecular analysis of 
skeletal muscle. Based on sequencing data, profiles of differential gene expression in 
different types of muscles and lumbar spinal cord were determined. Enriched by differ-
entially expressed genes molecular signaling pathways were identified. Status of expres-
sion of sarcomeric and muscle-specific proteins was analyzed. Remarkably, associated 
with muscle atrophy process in mammalian muscles E3-ubiquitin ligases MuRF1 and 
MAFbx revealed no changes in mRNA expression both in response to hibernation and 
induced hypokinesia in dormice.
Conclusion: Obviously, edible dormice have distinct regulatory mechanisms preventing 
muscle atrophy during immobilization. Whole-genome analysis of gene expression has 
allowed determining transcriptional program in response to different types of muscle 
disuse. Further studies, including genome sequencing, would lead a deeper understand-
ing of the strategies of hibernators to survive extreme environmental conditions.
Acknowledgements: The work is performed according to the Russian Government Pro-
gram  of  Competitive  Growth  of  Kazan  Federal  University  and  supported  by  RFBR 
JSPS_a №14-04- 92116.

89
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
SYSTEMIC RESPONSE TO GENETIC AND CHEMICAL  
MODULATION OF DDR REGULATING WILD TYPE  
P53-INDUCED PHOSPHATASE IN SKIN, INTESTINE  
AND HEMATOPOIETIC SYSTEM
A.R. Goloudina
2
, B.B. Grigorash
1
, E.Y. Kochetkova
1
, E. Appella
3
, V.A. Pospelov
1
, 
O.N. Demidov
1,2
*
1
 Institute of Cytology RAS, St. Petersburg, Russia 
2 
University of Burgundy, France 
3
 NCI, NIH, Bethesda, USA
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: cell death, DNA damage, aging, senescence, tumor suppressor, genetic models
Motivation and Aim: Wild type p53-induced phosphatase is one of the key regulators 
of DNA damage response in cancer cells. It is also involved in regulation of various 
processes including cell death and senescence. The aim of our study was to analyze the 
expression patterns of wild type p53-induced phosphatase gene, Ppm1d, in normal epi-
thelial tissues and hematopoietic system and consequences of modulation of its expres-
sion or activity. 
Methods and Algorithms: The Ppm1d reporter and conditional deletion animal models 
were created to study Ppm1d expression and Ppm1d- deficient phenotypes. GSK2830371 
was used to study effects of chemical modulation of Ppm1d activity. Ppm1d expression 
in  tissues  was  studied  with  RNA-FISH  techniques  and  staining  for  LacZ  activity  as 
Ppm1d reporter.
Results: Ppm1d expression was observed in skin, intestinal epithelium and hematopoi-
etic cells at mRNA and protein levels. In skin and intestine Ppm1d expressed mainly 
in the compartment of epithelial progenitor cells. In hematopoietic system Ppm1d ex-
pression was an important factor in regulation of differentiation at the different stages 
in various hematopoietic lineages. The genetic deletion of Ppm1d gene sensitized all 
tissues to DNA –damage inducing agents such as UVB or chemotherapeutic agents. It 
is also increased spontaneous cell death and senescent phenotype with age in mentioned 
tissues and affected normal aging in comparison with wild type animals. Another con-
sequence of Ppm1d deletion was more severe pro-inflammatory response to UVB and 
other agents. The phenotypical changes after Ppm1d deletion correlated with changes in 
gene expression profiles. Chemical or genetic modulation of Ppm1d activity activated 
anti-tumor defense and led to tumor suppression in several animal models of human 
cancer.
Conclusion: Ppm1d was confirmed to be an important regulator of DNA damage re-
sponse, cell death, aging, inflammation and tumorigenesis in epithelial and hematopoiet-
ic tissues. The development of new therapeutic strategies based on modulation of Ppm1d 
activity would help to improve the treatment of several types of human pathologies.

90
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PREDICTING OF THERMODYNAMIC DATA OF MORPHO-
LINO ANALOGOUS OF NA BY COMPUTER APPROACH 
AND COMPARING WITH EXPERIMENTS
V.M. Golyshev*, A.A. Lomzov
Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: molecular dynamics (MD), novel analogous of NA, thermodynamics of binding and cooperativity
Motivation and aim: Development  of  approaches  for  reliable  calculations  of  physic-
chemical properties of novel analogous of nucleic acids (NA) is a big challenge. Re-
cently, the ability to calculate enthalpy of binding ΔH
0
 for native oligonucleotides (ON) 
with DNA was shown. The applicability of proposed method for NA derivatives is under 
dissuasion. A new morholino derivative [1] is an attractive object for verification of the 
predictive capacity. In this work the hybridization enthalpy of native and morpholino 
derivative oligonucleotide complexes were calculated using MD simulation and deter-
mined experimentally.
Methods and Algorithms: The structures of the two isomers of morpolino adenine was 
minimized using QM calculation at HF/6-311+G(d,p) in Gaussian’09 and particular at-
oms charges were calculated using RESP method. Based on this data the library files for 
MD simulation were prepares. MD simulations of native and the morpholino derivative 
(two isomer and one isomer mixed chain) oligonucleotide complexes were performed 
using AMBER12 software. The 1 µs trajectories were obtained in the explicit solvent 
in periodic condition (TIP3P water model, 12Å cuboid box) and NPT ensemble (1 bar, 
300K). MD data we analyzed using MMGBSA calculation.
Thermal stability of pentamers of adenine and morhpholino derivative of adenine with 
oligothymidines (15, 20, 25 and ~300 base) was studied by thermal denaturation with 
optical registration of signal method. The data analyses were performed with originally 
developed method which includes simultaneous fitting of three different complex dena-
turation curves. 
Results: The values of enthalpy changes of binding (ΔH
0
 in kcal/mol) and cooperative 
interaction (ΔH
0
k
 in kcal/mol) obtained by MD were ΔH
0
 = 28.3±0.2, ΔH
0
k
 = 11.1±0.4 
for native and ΔH
0
 = 25.3±0.2, ΔH
0
k
 = 14.0±0.2 for morpholino complexes . Correspond-
ing values, obtained by experimental techniques were ΔH
0
 = 37.7±2.1, ΔH
0
k
 = 27.2±3.2 
for deoxyriboadenosine and ΔH
0
 = 22.6±1.1, ΔH
0
k
 = 15.5±0.7 morpholino derivative 
complexes. 
Conclusion: We have shown that thermodynamics parameters of binding and oligonucle-
otide cooperative interaction in tandem duplexes can be determined by proposed using 
experimental and computer simulation techniques. Thermodynamics data obtained with 
MD and thermal denaturation approaches are perfectly matched. Thus the MD simula-
tions are compatible for prediction of hybridization enthalpy of analogous of NA.
References: 
1.  Abramova, T. V., et al. (2012). Synthesis and properties of nucleic acid methylene carboxamide mimics 
derived from morpholine nucleosides. Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 38(4) 400-411.

91
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
TUMOR-SPECIFIC CELL FREE DNA AS A BIOMARKER  
OF METASTASIS
T.M. Gorbacheva
1
*, S.A. Solodskikh
1
, V.Yu. Bashmakov
1
, V.Yu. Panevina
1
, 
 A.Y. Maslov
2
, V.N. Popov
1
1
 Voronezh State University, Voronezh, Russia 
2
 Albert Einstein College of Medicine of Yeshiva, USA 
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: RNA-seq, aggressive behavior, differential gene expression, brain, laboratory animals, rat
Motivation and Aim: The development of novel techniques for the evaluation of blood 
biomarkers (liquid biopsies) in cancer such as circulating tumor cells (CTCs) and cir-
culating tumor DNA (ctDNA) or tumor-specific cell free DNA (cfDNA) have changed 
the translational medicine as a non-invasive biomarker. Circulating biomarkers might 
represent both primary tumor and metastatic deposits and provide ways for investigating 
metastatic processes. 
Methods and Algorithms: The present study investigated the levels of patient-specific 
mutations in circulating cell-free DNA (cfDNA) in plasma from patients with clear-cell 
renal cell carcinoma. Pairs of normal-tumor tissues were collected and sequenced, ana-
lyzed to establish the mutation profile for each patient based on which the primers were 
designed. 
Results: Allele-specific PCR were conducted to monitor mutations in cfDNA in plasma 
of different points – cfDNA from blood taken in 1, 3 and 6 months after the operation. It 
was observed that there is a tendency of increasing the level of mutant alleles in plasma 
in patients with metastasis.

92
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DNA DAMAGE INITIATING DEMETHYLATION:  
A REPAIR–EPIGENETIC CONNECTION
I.R. Grin
1, 2
*, A.A. Ishchenko
3
1 
Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
3
 Gustave Roussy Cancer Campus, Villejuif, France
* Corresponding author: [e-mail]