International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: proteomics, health, mass-spectrometry
Blood serum has been extensively explored as a source of markers, as it may contain 
not only blood proteins per se, but also proteins originating from all tissues of the body. 
It is estimated that up to 10,000 different proteins (and/or its fragments) may be present 
in the blood serum, and most of them are in very low concentrations. Selection of a 
protein preparation, and especially enrichment procedures, may aid in successful search 
for markers. For concentration of minor protein for MALDI TOF/TOF analysis, and de-
pletion of abundant proteins a 2,2,2-trichloroacetic acid (TCA) precipitation of proteins 
is frequently applied. However, a significant amount of proteins and peptides may be 
present in the TCA extracts, and these proteins and peptides are often left non-studied. 
Recently, we used two-stops TCA-extraction/acetone precipitation methods in combina-
tion with HPLC and MALDI TOF/TOF mass-spectrometry to identify earlier unknown 
48 kDa form of human unconventional myosin IC isoform b (48/myo1c) and Ser-Pro-
Cys – containing peptides (prosercyne) in blood serum of multiple sclerosis patients 
(Myronovsky et al,.). Elevating level of 48/myo1c we also detected in blood serum of 
patients with rheumatoid arthritis, Alzheimer disease, and some hematooncological dis-
ease (multiple myeloma, non-Hodgkin’s lymphoma, et cetera). Low level of this protein 
was detected in blood serum of healthy humans but it not detected in blood serum of 
patients with diabetes 1, cirrhosis, thyroiditis, and recurrent miscarriage. The level of 
48/myo1c in blood serum correlates with certain type of human diseases that may have 
diagnostic value. Cytotoxic effect of 48/myo1c and prosercyne toward some malignant 
cells and normal lymphocytes in vitro was detected. 
Conclusion:  The  elevating  level  of  48/myo1c  in  blood  serum  correlates  with  certain 
type of human diseases that may have diagnostic value. Cytotoxic effect of 48/myo1c 
and prosercyne toward malignant and normal blood cells in vitro suggests their possible 
anticancer and potential immunosuppressive activity. 
1.  S. Myronovskij et al. Isolation and characterization of peptides from blood serum of patients with mul-
tiple sclerosis // Studia Biologica. 2015, 9 (2), 5–12.
2.  S. Myronovkij et al. Identification of a 48kDa form of unconventional myosin 1c in blood serum of 
patients with autoimmune diseases // Biochem. Biophys. Reports. 2016, 5. 175-179.
3.  S. Myronovskij et al. Identification of Ser-Pro-Cys-Peptide in Blood Serum of Multiple Sclerosis 
Patients // Protein Pept Lett. 2016 Jun 22.  PMID: 27338077

199
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
COMPUTER AIDED DRUG DESIGN: DEVELOPMENT 
MODELS FOR SPECIFICITY, POLYPHARMOCOLOGY  
AND MEMBRANE PERMEABILITY
G.N. Sastry
1
*, S. Janardhan
1
, A.S. Gaur
1
, V. Poroikov
2
1 
Centre for Molecular Modeling, CSIR-Indian Institute of Chemical Technology, Hyderabad, India
2 
Institute of Biomedical Chemistry, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: Polypharmacology, specificity, membrane permeability, structure based and ligand based ap-
proaches, and chemoinformatics 
Motivation and Aim: Developing computational approaches, which provide a direction 
to the lead identification and optimization is an indispensable area which is of high sig-
nificance in industry and academia. In addition to QSAR and docking approaches which 
represent the traditional analog and structure based approaches respectively, optimizing 
other important factors at times appear to be a major bottleneck. Here, we identify and 
explore how to effectively and reliable model specificity, membrane permeability and 
polypharmocology.
Methods and Algorithms: Developed structure and ligand based virtual screening fil-
ters. We also describe our drug design platforms being developed in the group. Some 
of the results are also obtained by employing a range of molecular dynamics (AMBER, 
CHARMM and DESMOND), quantum chemistry (Gaussian), and other bioinformatics 
and Chemoinformatics tools. 
Results: The talk present how one can effectively use the computational platform Mo-
lecular Property Diagnostic Suite (MPDS) that is being developed in the group. The fin-
gerprint, chemotype selectivity and polypharmocology approaches being implemented 
on selected inhibitors of Mycobacterium tuberculosis and a couple of kianse targets will 
be discussed. 
Conclusion:  The  talk  presents  a  series  of  computationally  designed  lead  inhibitors 
against selected kinase and Mtb targets. It also highlight the ongoing work of developing 
computational platforms against identified targets.
Availability: Most of the information is available from authors and the software tools are 
underdevelopment.
Acknowledgements: This work is supported by CSIR and triggered to initiate a collab-
orative Indo-Russian (DST-RSF) project.
References:
1.  P. Badrinarayan and G. N. Sastry, (2013) Curr. Pharm. Design, 19: 4714-4738; ibid (2014) PLoS One, 
9: e113773.; ibid (2011) J. Chem. Inf. Model., 34: 89-100.
2.  C. Chinmayee, U. Deva Priyakumar and G. N. Sastry, (2015) J. Chem. Inf. Model. 55: 848-860. (2016), 
(2014) J. Struct. Biol. 187: 38-48. (2016),Mol. Inform., 35: 145-157.
3.  S. Janardhan and G. N. Sastry, (2014) Curr. Drug Targets, 15: 600-62.

200
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
STUDY ON THE REGULATION OF CELL DIVISION DURING 
EARLY FRUIT DEVELOPMENT IN TOMATO 
H. Nariyama, T. Shibuya, Y. Kanayama* 
School of Agricultural Science, Tohoku University, Sendai, Japan
*Corresponding author: [e-mail]
Key words: anti-auxin, cell division, 1-naphthylacetic acid, SlHPY2
Motivation and Aim: Fruit crops exhibit genetic diversity in fruit size, which is one of 
factors useful for breeding. Generally, fruit size depends on cell division and cell expan-
sion, and fruit development consists of a cell division period and a cell expansion period. 
Here, we focused on the regulation mechanism of cell division as one of the determin-
ing factors for fruit size in tomato as a model plant of fruit crops. In Arabidopsis roots, 
HIGH PLOIDY 2 (HPY2) induced by auxin reportedly regulates cell division. In this 
study, auxin and anti-auxin treatments and the expression analysis of SlHPY2, a tomato 
homolog gene of HPY2, were performed to reveal the effect of auxin on cell division in 
tomato fruit.
Materials and Methods: For auxin and anti-auxin treatment, tomato ‘Ailsa Craig’ fruit 
was dipped into 1-naphthylacetic acid (NAA) every day from 4 days post anthesis, or 
into anti-auxin every day from anthesis. Fruit diameter was measured at 8 and 15 days 
post anthesis. Paraffin sections prepared from their pericarp were dyed, and the number 
of cells per unit length in the mesocarp was measured. Total RNA was extracted from the 
fruit and SlHPY2 gene expression was measured through quantitative real-time PCR.
Results  and  Conclusion: The  number  and  size  of  cells  did  not  differ  between  NAA-
treated fruit and the control at 8 days post anthesis, whereas the number of cells was 
larger and the cell size was smaller in the treated fruit than in the control at 15 days post 
anthesis. In the expression analysis, SlHPY2 mRNA levels did not differ between NAA-
treated fruit and the control at 8 days post anthesis, whereas the levels rose with NAA 
concentration at 15 days post anthesis. In the anti-auxin treatment, the number of cells 
was smaller and the cell size was larger in the treated fruit than in the control at both 8 
and 15 days post anthesis; however, SlHPY2 mRNA levels did not differ between the 
anti-auxin treated fruit and the control. These results suggest that auxin promotes cell 
division, and that further study is necessary to elucidate the role of SlHPY2. Besides, 
metabolome and transcriptome analysis was performed throughout fruit development. 
Metabolites and transcripts specific for early fruit development will be shown and dis-
cussed.

201
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
WHOLE GENOME OF THE WOOLY MAMMOTH:  
EVOLUTION THROUGH MILLENIA
A.V. Nedoluzhko
1
*, A.S. Sokolov
2
, F.S. Sharko
2
, E.S. Boulygina
1
, S.V. Tsygankova
1
, 
A.N. Tikhonov
3
, K.G. Skryabin
1, 2, 4
, E.B. Prokhortchouk
2, 4*
1 
National Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia
2 
Institute of Bioengineering, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of Sciences, 
Moscow, Russia
3 
Zoological Institute, Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russia
4 
Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail], [e-mail] 
Key words: genome, woolly mammoth, Mammuthus primigenius, ancient DNA, next-generation sequencing
Motivation and Aim: Woolly mammoth (Mammuthus primigenius Blum.) was an evo-
lutionary dead end of genus Mammuthus which ancestors arose in Africa and migrated 
to Eurasia almost three million years ago. Paleozoologists described several species in 
these  genera  –  M. meridionalis (Early  Pleistocene),  M. trogontherii (Middle  Pleisto-
cene), M. primigenius (Late Pleistocene) and other. Woolly mammoth had appeared 300 
– 200 thousands years ago in Siberia and colonized Europe and North America.
Methods and Algorithms:  In  our  study  we  sequenced  DNA  from  different  tissues  of 
woolly mammoth calf known as Khroma (AMS age was at background levels, that is 
>50,000 years). Ancient DNA has been successfully extracted from a skeletal muscle, a 
piece of skin, a piece of skin covered with hair, and two different bone samples. 
Results: Here we report whole genome sequence of the woolly mammoth genome using 
Illumina GAIIx and HiSeq 1500 platforms we got 16x coverage of the woolly mammoth 
genome. We used VarScan.v2.3.7 with parameter – p-value < 0.05 for snp-calling. After 
that we got 17,732,776 SNPs with p-value less than 0.05. Of these SNPs only 4,011,148 
lie inside gene part. For subsequent analysis we used only SNPs with p-value less than 
0.001 and with at least 20x coverage. After that procedure only 1,550,394 SNPs (inside 
gene part) has been retained.
Conclusion: To conduct Gene Ontology analysis we converted particular genes of inter-
est into human orthologues. First we considered genes with missense variants. Next we 
considered genes with stop gained variants. We founded a lot of stop gains in rapidly 
evolving olfactory and MHC genes. Using Khroma genome we supposed several SNPs 
and also founded several interesting non-synonymous substitutions in globin and dynein 
genes.
Acknowledgements: We would like to thank Dr Ludovic Orlando for allowing the use 
of the laboratory infrastructure for ancient DNA manipulations and also for his careful 
reading of the manuscript and his valuable suggestion.

202
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
REGULATION OF THIOREDOXIN GENES EXPRESSION  
IN DESICCATION-TOLERANT INSECT POLYPEDILUM 
VANDERPLANKI
A.A. Nesmelov
1
*, E.I. Shagimardanova
1
, M.D. Logacheva
2
, R. Cornette
3
, T. Kikawada
3
, 
O.A. Gusev
1, 3, 4, 5
1 
Institute of Fundamental Biology and Medicine, Kazan Federal University, Kazan, Russia
2 
Department of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
3 
National Institute of Agrobiological Sciences (NIAS), Tsukuba, Japan
4 
PMI Riken, Yokohama Campus, Yokohama 230-0045, Japan
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: P. vanderplanki, thioredoxin, DNA motif discovery
Motivation and Aim: Polypedilum vanderplanki is the most complex organism able to 
survive desiccation. P. vanderplanki genome contains both common insect thioredoxin 
(TRX) genes and TRX genes specific for this insect [1]. We test our hypothesis that P. 
vanderplanki-specific TRX genes and common insect TRX genes differ in their regu-
lation. The aim: to compare DNA motifs in regulatory sequences of TRX genes in P. 
vanderplanki genome.
Methods and Algorithms: Isolation of DNA sequences from P. vanderplanki genome us-
ing bedtools [1]. Analysis of isolated DNA sequences using MEME tool [2].
Results: TRX genes specific for P. vanderplanki share similar DNA motifs in their regu-
latory sequences. These DNA motifs are not associated with common insect TRX genes 
in P. vanderplanki genome.
Conclusion: Revealed difference of regulatory sequences between TRX genes specific 
for P. vanderplanki and common insect TRX genes reflects the difference in their regu-
lation. Specific DNA motifs associated with P. vanderplanki–specific TRX genes are 
responsible for an upregulation of these genes in desiccation.
Acknowledgements: The work was supported by Ministry of Education and Science of 
the Russian Federation (Research identifier RFMEFI58414X0002).
References:
1.  O. Gusev et al., (2014) Comparative genome sequencing reveals genomic signature of extreme desic-
cation tolerance in the anhydrobiotic midge, Nature communications, 5: 4784.
2.  A.R. Quinlan, I.M.Hall. (2010) BEDTools: a flexible suite of utilities for comparing genomic features, 
Bioinformatics, 26: 841–842.
3.  T.L.Bailey et al., (2009) MEME SUITE: tools for motif discovery and searching, Nucleic Acids Re-
search, Jul;37(Web Server issue):W202-8.

203
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DEVELOPMENT OF MICROSATELLITE MARKERS  
ACCORDING TO BAC SEQUENCING DATA AND THEIR 
PHYSICAL MAPPING TO THE BREAD WHEAT 5B  
CHROMOSOME
M.A. Nesterov
1
*, D.A. Afonnikov
1
, E.M. Sergeeva
1
, L.A. Miroshnichenko
2
,  
M.K. Bragina
1
, A.O. Bragin
1
, G.V. Vasiliev
1
, E.A. Salina
1
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2
 Sobolev Institute of Mathematics SB RAS, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: bread wheat, Triticum aestivum, BAC clones, Ion Torrent, MIRA, microsatellites, chromosome 
5B, SSR markers, (AAG)
n
The shortage of polymorphic markers for the regions of wheat chromosomes that encode 
commercially valuable traits determined the need for studying wheat microsatellite loci. 
In this work, SSR markers for individual regions in the short arm of bread wheat chro-
mosome 5B (5BS) were designed based on sequencing data for BAC clones, and the re-
gions of the corresponding chromosome were saturated with these markers. Totally, 130 
randomly selected BAC clones from the 5BS library were sequenced on the Ion Torrent 
platform and assembled in contigs using MIRA software. The assembly characteristics 
(N50 = 4136 bp) are comparable to the recently obtained data for wheat and relative 
species and acceptable for identification of microsatellite loci. An algorithm utilizing the 
properties of complexity decompositions in the sliding-window mode was used to detect 
DNA sequences with a repeat unit of 2–4 bp. Analysis of 17770 contigs with the total 
length of 25879921 bp allowed for designing 113, 79, and 67 microsatellite (SSR) loci 
with a repeat unit of 2, 3, and 4 bp, respectively. The SSR markers with a motif of 3 bp 
were tested using nullitetrasomic lines of Chinese Spring wheat homoeologous group 5. 
Thus, 21 markers specific for chromosome 5B were detected. Seven of these markers 
were mapped to the distal region of this chromosome (bin 5BS6) using a set of Chinese 
Spring deletion lines for 5BS. Eight and four markers were mapped to the interstitial 
region (bins 5BS5 and 5BS4, respectively). Two markers were mapped to a pericentro-
meric bin. A comparative analysis of the distribution of trinucleotide microsatellites over 
wheat chromosome 5B and in different cereal species suggests that the (AAG)n repeat 
has proliferated and has been maintained during the evolution of cereals.

204
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
CMSEARCH: TOOL FOR SEARCHING TFBS COMPOSITE 
MODULES IN DNA SEQUENCES 
S.I. Nikitin*, E.S. Cheryomushkin 
A.P. Ershov Institute of Informatics Systems SB RAS, Novosibirsk, Russia
Novel Computing Systems in Biology LLC, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: algorithm, binding sites, transcription factors, composite motif, position weight matrices, sen-
sitivity, positive predictive value, transcription factor binding site, DNA
Motivation and Aim: The DNA sequences consist of coding areas and regulatory regions, 
which control gene synthesis. On the start of gene production, transcription factors bind 
to short sequences called binding sites. As known the transcription factors are often be-
ing combined in groups and bind to the respective binding sites coordinately [1]. To pre-
dict these transcription complexes binding areas is a scientific challenge nowadays. All 
existing algorithms show low prediction accuracy and often have specific limitations.
Methods and Algorithms: We introduce new prediction algorithm called CMSearch. It 
uses position weight matrices (PWM) as transcription factors description and Match al-
gorithm as the accessory instrument for binding sites prediction [2]. Composite module 
can be defined by setting the weight matrices it contains and rules each PWM interacts 
with other. We predict single motifs for PWMs contained in selected composite module, 
and then find all binding sites groups corresponding to the composite module template.
Results: We use the framework developed by the Klepper et al. [3] to compare out algo-
rithm with other developed tools. We consider the sensitivity, positive predictive value 
and performance coefficient to estimate efficiency of the algorithms. CMSearch showed 
results comparable with well-known efficient tools like Stubb and CMA [4].
Conclusion: We introduced CMSearch – the novel tool to finding transcription factor 
binding sites groups defined by setting the position weight matrices and the rules each 
matrix interacts with other in module. This algorithm showed good results among the 
other well-known tools.
Availability: The algorithm is distributed as part of the Proteome commercial system, 
Biobase/Qiagen.
Acknowledgements: This research was supported by Biobase GmbH (now the part of the 
Qiagen corporation) and made by using Transfac database.
References:
1.  Spitz F, Furlong EE. (2012) Transcription factors: from enhancer binding to developmental control. 
Nature Reviews Genetics, 13: 613-626.
2.  Kel,A.E. et al. (2003) MATCH: A tool for searching transcription factor binding sites in DNA sequenc-
es. Nucleic Acids Research, 31: 3576-3579.
3.  Klepper, K., Sandve, G., Abul, O., Johansen, J., Drablos, F. (2008) Assessment of composite motif 
discovery methods. BMC Bioinformatics, 9: 123.
4.  Kel A.E. et al. (2006) Composite Module Analyst: a fitness-based tool for identification of transcription 
factor binding site combinations. Bioinformatics, 22(10): 1190-1197.

205
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
A CONGESTION GAME MODEL FOR VIRTUAL DRUG 
SCREENING IN A DESKTOP GRID
N.N. Nikitina*, E.E. Ivashko
Institute of Applied Mathematical Research, Karelian Research Center RAS, Petrozavodsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: virtual drug screening, protein-ligand docking, desktop grid, BOINC, congestion game
Motivation and Aim: Virtual drug screening is a significant part of drug development 
process as it allows reducing the chemical space of the order of 10
60
 potentially synthe-
sizable compounds down to a manageable set for laboratory testing. However, pre- and 
post-filtering of the chemical space consume a lot of effort and time which makes struc-
ture-based virtual drug screening over very large databases unfeasible. Small focused 
libraries are not always readily available for new drug targets. In this work we address 
a game-theoretic model for filtering the explored compounds space on the fly when per-
forming structure-based virtual drug screening over very large databases. 
Methods and Algorithms: Being a computational technique to process many independent 
fine-grained  tasks,  virtual  drug  screening  essentially  involves  a  set  of  computational 
nodes that may be seen as independent agents, each of them willing to perform as much 
useful work as possible. We model virtual drug screening process as a congestion game 
between computational nodes who compete for a shared pool of resources, namely sub-
sets of computational tasks. The utility of each player depends not only on the value of 
the chosen resource, but also on the number of other players choosing it (the “congestion 
level”). According to drug development principles, two primary characteristics of the 
resulting set of compounds to be laboratory tested are their estimated efficiency of inter-
action with the disease-relevant target and their structural diversity. Ranking compounds 
by the former characteristic is performed by molecular docking software. We propose 
to attain the structural diversity of the results by employing the competition between 
computational nodes that tend to select the computational task subsets that are in less 
demand by other nodes.
Results: We propose a congestion game model for virtual drug screening. The game has 
at least one Nash equilibrium in pure strategies; best- and better-response dynamics are 
guaranteed to converge to equilibrium in polynomial time. The social utility function ex-
presses efficiency and diversity of the resulting set of compounds. The developed algo-
rithms for taskflow management are being implemented and tested within the BOINC-
based Enterprise Desktop Grid for virtual drug screening [1].
Acknowledgements: This work is supported by the Russian Fund for Basic Research 
(projects 16-07-00622 A and 15-29-07974 ofi_m).
References:
1.  N. Nikitina, E. Ivashko, S. Möller (2014) BOINC-based Desktop Grid Infrastructure for Virtual Drug 
Screening, Abstracts  of  the  International  Conference  on  Mathematical  Modeling  and  High  Perfor-
mance Computing in Bioinformatics, Biomedicine and Biotechnology, MM-HPC-BBB-2014: 62.

206
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MECHANICS OF PLANT CELL UNIDIRECTIONAL 
GROWTH
S.V. Nikolaev
1, 2
*, S.K. Golushko
2
, U.S. Zubairova
1
, D.A. Afonnikov
1
 
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Design and Technology Institute of Digital Techniques SB RAS, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]