International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: rheumatoid arthritis, SNP, VEGF A, rs3025039, rs699947
Motivation and Aim: Genetic factors are involved in the developing of rheumatoid ar-
thritis (RA). In RA pathogenesis a pannus formation play a crucial role. One of the fac-
tors contributing to this process is the vascular endothelial growth factor (VEGF). The 
existence of an association between the VEGF SNP and RA progress is supposed. The 
aim of this study was to investigate the involvement of VEGF+C936T (rs3025039) and 
VEGF-С2578А (rs699947) SNPs in developing of RA.
Methods and Algorithms: 229 Europeoid women with RA were included in our study. 
Patients had American College of Rheumatology (ACR)-defined RA (1987 classification 
criteria). The genotyping was performed by restriction fragment length polymorphism 
analysis of PCR-amplified fragments (PCR-RFLP), furthermore the age of disease onset 
was determined. Description analysis and Mann—Whitney U-test were employed for 
statistical processing the results. 
Results: No differences were found between groups with VEGF-С2578А (rs699947) 
SNPs. The age of disease onset was significantly different between group with vari-
ous genotypes for VEGF+C936T SNPs: 42,5 years for VEGF+936СС compare with 
47,8 years for VEGF+936СT (p-value=0,015). 168 (73,36%) and 59 (25,76%) patients 
had VEGF+936СС and VEGF+936СT genotype, respectively. The last mentioned are 
consistent  with  other  investigator’s  results. Two  patients  (0,88%)  had VEGF+936TT 
genotype and this small group wasn’t included in analysis. 
Conclusion: Analysis of vascular endothelial growth factor polymorphisms (rs3025039) 
may be useful in clinical practice for evaluation of predisposition to earlier RA.

214
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THEORETICAL MODEL OF MITOTIC SPINDLE  
MICROTUBULE GROWTH FOR FRAP CURVE  
INTERPRETATION
L.V. Omelyanchuk
1, 2
*, A.F. Munzarova
1, 2
, T.Y. Mikhailova
2
1 
Institute of Molecular and Cellular Biology, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
Key words: mitosis, modeling
Spindle FRAP recovery curve depends upon  kinetic parameters of  polymerization at 
microtubule plus ends. Empirical FRAP recovery curve of Salmon et al., 1984 permits 
to determine only one such dynamic parameter, commonly called as “tubulin turnover”. 
The aim of our study was to build FRAP recovery curve based upon already known ki-
netic model of microtubule growth. Analytical expression describing the distribution of 
polymerizing and degrading microtubule ends as a function of four kinetic parameters 
was found. Theoretical FRAP recovery curve for spindle was constructed. Fitting the 
theoretical curve to experimental data gives the values of four parameters, describing 
spindle microtubule behavior. This gives the opportunity to study how mutation in mitot-
ic proteins affects microtubule growth and shrinking. The alterations in kinetic constants 
of the transition between growth and shrinking and between shrinking and growth could 
also be determined for mutant proteins. 

215
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
SEQUENCING OF CONIFER GENOMES USING NGS
N.V. Oreshkova
1, 2
*, Yu.A. Putintseva
1, 2
, D.A. Kuzmin
1
, V.V. Sharov
1
, V.V. Biryukov
1
, 
S.V. Makolov
1
, K.V. Krutovsky
1, 3, 4, 5
1 
Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
2 
V.N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, Krasnoyarsk, Russia
3 
Georg-August University of Göttingen, Göttingen, Germany
4 
N.I. Vavilov Institute of General Genetics, RAS, Moscow, Russia
5 
Texas A&M University, College Station, USA
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: genome sequencing, genome assembly, organelle genomes, Pinus sibirica, Larix sibirica
Motivation and Aim: Pinus sibirica and Larix sibirica are the key forest-forming species 
of great ecological and economical importance. To investigate specific features of these 
species, interspecific interactions, genetic diversity and for other important studies it is 
necessary to assemble and annotate reference genomes.
Methods and Algorithms: The Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) and Siberian pine 
(Pinus sibirica Du Tour.) nuclear and organelle genomes are being de novo sequenced 
in the Laboratory of Forest Genomics at the Siberian Federal University using Illumina 
HiSeq 2000 and MiSeq, and their first draft genome assemblies were generated. Esti-
mated genome size was 12.03 Gbp for Siberian larch and 28.90 Gbp for Siberian pine. 
DNAs isolated from needles, single megagametophytes and a haploid tissue culture of a 
reference larch tree and from needles and single megagametophytes of a reference pine 
tree were used to generate multiple PE libraries with 250, 400 and 500 bp long inserts 
and MPE libraries representing 3 and 5 Kbp long fragments. We tested CLC Assembly 
Cell, ABySS and MaSuRCA assemblers that were used in the similar Picea abies, Picea 
glauca and Pinus taeda conifer genome sequencing projects, respectively.
Results: The best Siberian larch genome assembly was ~5.5 Gbp long (that is 46% of the 
expected complete genome length) with N50 for contigs equaled 1947 bp. Almost all Si-
berian pine short reads were successfully mapped to the draft genome assembly v1.0 of 
closely related sugar pine (Pinus lambertiana Dougl.) generated in the PineRefSeq proj-
ect (http://pinegenome.org/pinerefseq) covering more than 80% of the assembly (~21.26 
Gbp). Thus, the reference-based together with de novo assembly approaches resulted in 
a draft genome assembly of Siberian pine with a total length of ~22.9 Gbp (79% of the 
expected complete genome length) with N50 for contigs equaled 2352 bp. About 80% of 
Siberian larch and pine nuclear genomes consisted of highly repetitive DNA.
Conclusion: Thus, we obtained 46 and 79% of the length of Siberian larch and Siberian 
stone pine genomes, respectively. Currently, work is underway to improve the quality of 
assembly and annotation.
Acknowledgements: This study was supported by Research Grant No. 14.Y26.31.0004 
from the Government of the Russian Federation.

216
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
CLUSTER ANALYSIS OF STRESS-INDUCED DUPLEX  
DESTABILIZATION (SIDD) PROFILES FOR E. COLI  
PROMOTERS
M.A. Orlov*, A.A. Ryasik, E.A. Temlyakova, A.A. Sorokin
Institute of Cell Biophysics RAS, Pushchino, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: DNA physical properties, machine learning, cluster analysis, bacterial promoters
Motivation and Aim: The physical properties of promoter DNA play a key role in all 
steps of transcription initiation. The propensity to undergo stress-induced duplex desta-
bilization (SIDD) [1] could contribute significantly to the formation of open promoter 
complex. It was shown that SIDD can be used successfully for promoters identification 
and when used in combination, it is shown to significantly reduce the level of false posi-
tive predictions [1].
Methods and Algorithms: Sequences of experimentally found E. coli promoters were 
obtained  from  RegulonDB  (version  8.5).  SIDD  profiles  were  calculated  for  each  se-
quence  in  the  set.  Following  clusterization  of  the  profiles  was  performed  with Ward 
method; its results consistency was assessed using consensus clustering technique.
Results: Analysis of the SIDD data shows that approximately half of promoters have no 
significant maxima corresponding to the opening probability over 50% for .... According 
to clusterization rest of promoters are grouped into three stable compact clusters with 
opening probability maxima nearly -175, -45, and +20 positions from transcription start 
site (TST) accordingly. We suppose that regions with high probability to open located 
outside of a region, which interact with polymerase directly, serve as a ‘safety valves’ 
that keep the superhelicity of promoter DNA stable.
Conclusion: Analysis of SIDD profiles in the promoter area of E. coli genome shows 
that regions of high melting probability do not contribute directly to polymerase-pro-
moter recognition, but help to maintain the promoter in stable superhelical conditions.
Acknowledgements: This work was supported by RFBR grant r_centr_a 14-44-03679.
References:
1. Wang, H.Q. and Benham, C.J. (2006) Promoter prediction and annotation of micro-
bial genomes based on DNA sequence and structural responses to superhelical stress, 
BMC Bioinformatics, 7: 248-262.

217
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
COMPUTER ANALYIS OF DISTAL GENE REGULATION 
USING CHROMOSOME CONTACTS DATA
Y.L. Orlov
1
*, E.V. Kulakova
2
, A.G. Bogomolov
1
, V.N. Babenko
1
, G. Li
3
 
1
 Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
3 
Huazhong Agricultural University, Wuhan, China
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: gene expression regulation, chromosome contacts, CTCF sites, ChIA-PET
Motivation and Aim: Transcription regulation research is important problem of molecu-
lar biology challenging sequencing technologies and bioinformatics data analysis. ChIP-
Seq detects interactions between DNA and proteins; ChIA-PET (Chromatin Interaction 
Analysis with Paired-End-Tag) technology allows detect interactions between pairs of 
DNA sites affecting gene regulation. Fullwood et al. [1] used ChIA-PET technology 
to construct chromatin interaction network bound by estrogen receptor alpha from hu-
man breast cancer cell line (MCF-7) and found long-range ER binding sites are mostly 
located at promoter regions. CTCF-mediated interactions found in mouse embryonic 
pluripotent stem cells and human cell lines [2]. Li et al. [2] detected promoter-centered 
distant interactions bound by RNA Polymerase II in cancer cells.
Methods and Algorithms: We developed computer programs for statistical data analysis 
and test it on CTCF binding sites, genes and spatial topological domains. These data 
have been obtained experimentally by using methods ChIP-seq, Hi-C, ChIA-PET. Five 
distinct chromatin domains revealed by CTCF ChIA-PET raised a new model of CTCF 
function for chromosome structure organization and linking enhancers to promoters for 
gene transcription regulation. 
Results: We used data on the spatial domains in the genome of the mouse embryonic 
stem cells and in the human genome, data on the location of CTCF binding sites clusters 
obtained by ChIA-PET. Gene annotation was obtained from UCSC Genome Browser 
(http://genome.ucsc.edu). The result of the analysis is the distribution of CTCF tran-
scription factor binding sites on domains on the human chromosomes and relative gene 
locations. The distributions of human genes relative CTCF binding sites and a randomly 
generated list of such sites as the program output were used to estimate statistical signifi-
cance of the associations found.
Conclusion: Chromatin interaction network is organized into “community”, and genes 
within community perform related functions and respond to external stimuli in a coordi-
nated manner. In all the promoter-nonpromoter interactions, more than 40% of the non-
promoter regulatory elements didn’t interact with their nearest promoters. 
References:
1.  M.J. Fullwood et al. (2009) An oestrogen-receptor-alpha-bound human chromatin interactome, Nature, 
462(7269):58-64.
2.  G. Li et al. (2014) Chromatin Interaction Analysis with Paired-End Tag (ChIA-PET) sequencing tech-
nology and application, BMC Genomics, 15(Suppl 12):S11.

218
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DIOXIN-MEDIATED UPREGULATION OF ONCOSTATIN M 
IN U937 MACROPHAGES
D.Y. Oshchepkov
1
*, E.V. Kashina
1
, V.A. Mordvinov
1
, D.P. Furman
1, 2
 
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: Oncostatin M, macrophage, dioxin, AhR, cytokines
Motivation and Aim: The environmental pollutant 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin 
(TCDD, dioxin) is the most toxic among the dioxin xenobiotics and induces a broad 
spectrum of biological effects, including immunotoxicity and cancer [1]. Macrophages 
are key regulators of the innate immune response, as well as one of the first types of cells 
responding to stress, so the study of dioxin action in these cells is important. It is known 
that TCDD exposure effects some cytokines expression [2] but our analysis [3] showed 
that the list of such cytokines is not yet completed. We have investigated an effect of 
TCDD on Oncostatin M (OSM) expression in U937 macrophages.
Methods and Algorithms: Real-time PCR experiments were performed to investigate 
OSM mRNA expression dynamics at 6 and 24 hours after TCDD exposure in U937 
macrophage-like cells.
Results: The data obtained demonstrate that OSM is upregulated after 6h of TCDD ex-
posure, and maintains its overexpression after 24 hours. Transcription factor AP-1 is 
known to be the activator of OSM expression in macrophages [4]. We have shown that 
FOSB and FOSL2 genes, coding AP-1 subunits, are upregulated simultaneously with 
OSM in U937. 
Conclusion: Oncostatin M is supposed to play fundamental roles in mechanisms of in-
flammation in pathology [5]. Predicted activation of Oncostatin M expression in mono-
cytes/macrophages,  which  are  a  primary  source  of  OSM,  can  explain  a  spectrum  of 
biological effects of AhR ligands exposure, including immunotoxicity and cancer.
Acknowledgements: This work was supported by state projects nos 0324-2015-0003 and 
0324-2015-0004.
References: 
1.  Mandal P. (2005) J Comp Physiol B. 175: 221-30. 
2.  Kerkvliet N. (2009) Biochem Pharmacol. 77(4): 746-60 
3.  Furman D., et al. (2009) Comput Biol Chem. 33(6):465-8. 
4.  Kastl SP, et al.,.Blood. 2009 Sep 24;114(13):2812-8. 
5.  Richards C.D. ISRN Inflamm. 2013 Dec 8;2013:512103. 

219
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
IN SILICO MOUSE CHROMOCENTERS CONTENT
D.I. Ostromyshenskii*, A.S. Komissarov, I.S. Kuznetsova, O.I. Podgornaya
Institute of Cytology RAS, St. Petersburg, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: sequencing, chromocenter
Motivation and Aim: Chromocenters are interphase nuclei landmark structures of constitu-
tive heterochromatin. Heterochromatin enriched in tandem repeat (TR). There is progress 
in recent years in revealing chromocenters protein content, though it is not clear what DNA 
underlay constitutive heterochromatin apart from TR. The aim of the current work was to 
find out what DNA sequences involved in chromocenters formation.
Methods and Algorithms: Chromocenters was biochemically isolated and chromocenters’ 
DNA library prepared by Nextera kit. The library were sequenced using Illumina MiSeq 
with paired-end reads of 35 bp. 
Results: Bioinformatics comparison of chromocenters MiSeq (chcMiSeq) with whole ge-
nome sequencing on Illumina HiSeq (gnHiSeq) revealed NNN content:
Family\Source 
chcMiSeq
gnHiSeq
Tandem repeats (TR)
70 %
10 %
LINE
7 %
4 %
ERV
1.5 %
1 %
Among chcMiSeq TR the most abundant is MaSat (61%) and MiSat (4%). The rest of 
TR (5%) represents the TRs families previously described [1]. The rest 20% of chcMiSeq 
dataset is mostly unannotated sequences, but some of them have been identified when part 
of chcMi-Seq dataset have been assembled into contigs by IDBA_UD program. In the 
contigs assembled there are many fragments of heterochromatic Y chromosome, rRNA and 
six other pseudo-genes and ncRNA gene. Full scale gene sfi1 is found in contigs and it is 
localized to the chromosome 11 pericentromeric region. The ERV based fragments from 
chcMiSeq assembled contigs went to all the possible locations being mapped to different 
ERV consensuses from Repbase. This indicate that the whole ERV could be built in TR ar-
rays. In contrast, there is very few full-length LINEs in chcMiSeq or in its’ part assembled. 
Most of the LINE fragments collected in the same 2 kb region at the end of the 2
nd
 ORF 
and its’ flanking region. The same region of LINE is the origin for the L1-based TR [1]. 
Full-length LINEs enrich facultative heterochromatin, but it is nearly absent in constitutive 
heterochromatin [2, 3]
Conclusion: The sequencing of chromocenters’ DNA (chcMiSeq) reveal full length ERVs 
and precise LINE’ fragment of 2 kb as the substantial mouse constitutive heterochromatin 
components together with TR of different families. 
Acknowledgements: This work was supported by the granting program ‘Molecular and cell 
biology’ of the Russian Academy of Sciences.
References:
1.  A.S. Komissarov, E.V. Gavrilova, S. Demin et al. (2011). Tandemly repeated DNA families in the 
mouse genome. BMC genomics, 12(1):531-552.
2.  A.T. Chinwalla et al (2002). Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature, 
420(6915): 520-562.
3.  I. Solovei, M. Kreysing, C. Lanctot et al. (2009). Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts 
to vision in mammalian evolution. Cell 137: 356-368.

220
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE GENOME WIDE ANALYSIS OF THE LARGE TANDEM 
REPEATS IN THE CLOSELY RELATED GENOMES
D.I. Ostromyshenskii*, O.I. Podgornaya
Institute of Cytology RAS, St. Petersburg, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: genomes, tandem repeats
Motivation and Aim: Large tandemly repeated sequences (TR, or satellite DNA) are neces-
sary part of higher eukaryotes genomes and can comprise up to tens percent of the genomes. 
Much of TRs’ functional nature in any genome remains enigmatic because there are only 
few tools available for dissecting and elucidating the TR functions.
Material and methods: The modified pipeline of the one used previously in our Lab [1] ap-
plied to the several databases. Four mammalian genera was used: (1) mice Mus: M.musculus, 
M. caroli (unassembled genome); (2) guinea pigs Cavia: C. porcellus, C. apperea; (3) bats 
Myotis: M. brandii, M. davidii, M. lucifugus; (4) cows Bos: B. taurus, B. mutus, B. indicus.
Results: We tried to find all the 62 M.musculus TR families [1] in raw reads of M. caroli ge-
nome (Caroli Genome Project, PRJEB2188). There are only few TR of M. musculus in M. 
caroli genome. M. musculus major satellite (MaSat or GSAT-MM) occupied nearly 0,7% of 
M. caroli genome, while in M. musculus genome - ~ 11 %. In M. caroli genome we found 
5 other M. musculus’s TR’s families. 
Genus Cavia. C. porcellus genome possesses 25 TR and C. apperea – only 10 TR. 9 out of 
10 C. apperea TR’s family exist also in C. porcellus genome except the major TR for this 
species – Capp-1518. In C. porcellus genome there are two major TR – Cpor-783 is absent 
in  the  2
nd
  genome  and  Cpor-123  exists  in  C.  apperea genome as the minor one. Genus 
Myotis. There is no any TR of Myotis in Repbase, but 133 TR’s families are found in M. 
brandtii genome, 105 - in M. davidii genome and 26 - in M. lucifugus genome. Only 5 TR 
families exist in three genome but most of TR families are species-specific. Major TR for 
M. davidii and M. lucifugus is common in sequence though differ in monomer length, but 
the same TR is minor one in M. brandtii. The major for M. brandtii is not identified in both 
other genomes at all. 
Genus Bos. There are three TR known for Bos in Repbase and all of them are found in all 
Bos assemblies. Still the major TR in all Bos assemblies differ: in B. taurus genome BT-
SAT4/BTSAT5 is a major TR while BTSAT6 major TR family in B. indicus genome. It is 
visible that most of the top TR families in genus Bos exist only in two genomes or even in 
one, i.e. is species-specific.
Conclusion:  The  most  exhausting  analysis  of  major TR  (one  for  each  species)  of  ~300 
animals and plants display no readily apparent conserved characteristics [2]. We compared 
the TR sets. Our data evidenced that there are species-specific top TR, which are absent in 
genome of closely related species. In all genera examined major TRs are species-specific 
and hardly exist in other species of genera even as a minor ones.
Acknowledgements: This work was supported by the granting program ‘Molecular and cell 
biology’ of the Russian Academy of Sciences.
References:
1.  A.S. Komissarov, E.V. Gavrilova, S. Demin et al. (2011). Tandemly repeated DNA families in the 
mouse genome. BMC genomics, 12(1):531-552.
2.  D.P. Melters, K.R. Bradnam, H.A. Young, et al (2013). Comparative analysis of tandem repeats from 
hundreds of species reveals unique insights into centromere evolution. Genome Biol, 14(1), R10.

221
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
ELECTROSTATICS: A NEW OLD GENOME SELECTION 
FACTOR
A.A. Osypov*
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology RAS, Moscow, Russia,
Institute of Cell Biophysics of RAS, Pushchino, Russia
* Corresponding author: 
[e-mail]