International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: maturity onset diabetes of the young, high-throughput sequencing 
Motivation and Aim: MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young) is an autosomal 
dominant hereditary disease caused in most cases by mutations in a gene encoding the 
carbohydrates metabolism [1]. MODY is characterized by the early beginning (up to 
35 years). MODY increases the risk of wrong diagnosis and not effective treatment of 
hyperglycemia [2, 3]. Molecular-genetic diagnostics of this condition is an effective way 
of reducing of complication of diabetes in young population.
Methods: 16 patients were selected based on the full clinical examination and biochemi-
cal analysis (including C-peptide, glycosylated hemoglobin, antibodies to b-cell). We se-
lected targets for high-throughput sequencing HNF4A, GCK, HNF1A, PDX1, HNF1B, 
NEUROD1, KLF11, CEL, PAX4, INS, BLK, ABCC8 and KCNJ11. These genes were 
sequenced using the Ion Torrent PJM (Life Technologies) and verified using Sanger se-
quencing (ABI PRISM 3500, Applied Biosystems). All exons, the intron-exon boundar-
ies and the promoter region of these genes were examined. Human reference version is 
hg38. Free online protein structure prediction program PolyPhen-2 was used to predict 
mutational consequence of GCK, HNF1A, CEL and ABCC8 genes.
Results:  we  found  g.44189633T>C,  g.44189037G>C,  g.44198738G>A,  p.Arg37Trp, 
p.Leu147Val,  p.Gly258Cys,  p.Trp257Term  in  the  GCK  gene  (MODY2).  We  found 
p.Asn62Ser  and  p.Met412Val  in  the  HNF1A  (MODY3).  In  one  patient  we  found 
p.Leu247Pro in the CEL gene (MODY8). In two patients we found p.Ala1457Thr in 
АВСС8 gene (MODY12).
Conclusion: MODY2 diabetes was confirmed in 11 patients; MODY3, in 2 patients; 
MODY8, in 1 patient; MODY12, in 2 patients. The identification of a pathogenic MODY 
genes mutation is important for the correct and definite diagnosis of MODY and helps 
the clinician to predict the disease course and to initiate the appropriate therapy.
Acknowledgements: the reported study was supported by RSCF, research project No. 
14-15-00496.
References:
1.  Murphy  R.,  Ellard  S.,  Hattersley A.T.  Clinical  implication  of  a  molecular  genetic  classification  of 
monogenic β–cell diabetes. Nature Clinical Practice. 2008; 4 (4): 200-213.
2.  Kuraeva T. L., Zilberman L. I., Titovich E. V., Peterkova V. A. Genetics of monegenic forms of diabetes 
mellitus. Sakharnyi diabet. 2011; 1: 20-28. 
3.  Dedov I.I. Novel technologies for the treatment and prevention of diabetes mellitus and its complica-
tions. Sakharnyi diabet. 2013; (3): 2-10.

273
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE ROLE OF THE MECHANISMS OF RESISTANCE  
TO IONIZING RADIATION IN DROSOPHILA MELANOGASTER 
AGING AND LONGEVITY 
M.V. Shaposhnikov
1, 2
*, E.N. Proshkina
1, 2
, L.A. Shilova
1
, D.O. Peregudova
1
,  
S.O. Zhikrivetskaya
3
, A.A. Moskalev
1-4
* 
1 
Institute of Biology of Komi Science Center of Ural Branch of RAS, Syktyvkar, Russia
2 
Syktyvkar State University, Syktyvkar, Russia
3 
Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
4 
Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia
* Corresponding author: [e-mail], [e-mail]
Key words: radioresistance, ionizing radiation, Drosophila melanogaster, aging, longevity
Motivation and Aim: The ionizing radiation damages DNA and cellular macromolecules 
directly or via production of reactive oxygen species. A number of mechanisms protect 
cell from impact of ionizing radiation. The purpose of this work was to investigate the 
role of cellular stress-resistance mechanisms including DNA repair, DNA damage re-
sponse, detoxification of free radicals, and heat shock response in Drosophila melano-
gaster resistance to irradiation and longevity.
Methods and Algorithms: We analyzed the effect of ionizing radiation on the level of 
expression of stress response genes, and the lifespan of wild-type Drosophila melano-
gaster laboratory line. To elucidate the role of stress response genes in longevity we used 
mutant lines, that were defected in stress response genes, lines with overexpression of 
these genes, or flies in which stress signaling pathways were pharmacologically inhib-
ited.
Results: We found that radiation hormesis, radioadaptive response, and hyperradiosen-
sitivity can be observed not only in cell cultures but also at the organism level of Dro-
sophila melanogaster by integral indicators such as lifespan. We also showed that the 
reaction of an organism to irradiation is determined by cellular mechanisms of stress 
resistance (DNA repair, DNA damage response, detoxification of free radicals, and heat 
shock response).
Conclusion: Thus, we investigated the roles of some components of cell stress signaling 
pathways in the lifespan alteration after the irradiation. We found that despite low-dose 
irradiation affects the level of genes expression predominantly stochastically, the muta-
tions  in  stress  response  genes,  pharmacological  inhibition  of  their  products  or  genes 
overexpression play crucial role in radioresistance and lifespan. 
Acknowledgements:  The  study  was  supported  by  grant  of  the  Presidium  of  Russian 
Academy of Sciences N15-4-4-23.

274
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PATTERNS AND MECHANISMS OF CHROMOSOMAL 
EVOLUTION INFERRED FROM PHYSICALLY MAPPED 
GENOME ASSEMBLIES
I.V. Sharakhov
1, 3, 4
*, G.N. Artemov
4
, A. Peery
1
, X. Jiang
3
, A.B. Hall
3
, Z. Tu
2, 3
, 
 A.N. Naumenko
1
,  V.N. Stegniy
4
, M.V. Sharakhova
3
1 
Department of Entomology, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, USA
2 
Department of Biochemistry, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, USA 
3 
The PhD Program in Genomics Bioinformatics and Computational Biology, Virginia Polytechnic Institute 
and State University, Blacksburg, USA
4 
Laboratory of Evolutionary Cytogenetics, Tomsk State University, Tomsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: inversions, chromosomes, rearrangements, genomes, evolution
Motivation and Aim: Polymorphic  inversions  are  highly  non-uniformly  distributed 
among chromosomal arms of malaria mosquitoes concentrating in just two autosomal 
arms. They are associated with ecological, behavioral and physiological adaptations of 
mosquitoes  related  to  pathogen  transmission. The  recently  sequenced  and  assembled 
genomes of 16 anophelines from Africa, Asia, Europe, and Latin America allowed us to 
investigate the mechanisms and biological significance of chromosomal rearrangements. 
Methods and Algorithms: Using a combination of cytogenetic and bioinformatics ap-
proaches we mapped the genomic scaffolds to chromosomes of Anopheles arabiensis, 
An. stephensi, An. funestus, An. atroparvus, and An. albimanus. We identified the ge-
nomic coordinates for evolutionary breakpoints and conserved synteny blocks and es-
timated the number of chromosomal inversions between An. gambiae and each of the 
species.
Results: Our study found that contrary to polymorphic inversions, fixed rearrangement 
accumulated ~3 times faster on the X chromosome than on autosomes. The highest den-
sities of TEs and satellites of different sizes have also been found on the X chromosome 
suggesting a mechanism for the rapid inversion generation. The high rate of X chromo-
some rearrangements is in sharp contrast with the paucity of polymorphic inversions on 
the X in anophelines. 
Conclusion: The high density of fixed inversions and the relatively rare occurrence of 
polymorphic inversions on the X chromosome characterize chromosome evolution in 
malaria mosquitoes. This finding could be indicative of a greater role of the X chromo-
some rearrangements in speciation of malaria mosquitoes. The development of high-
resolution physical maps in combination with computational approaches identified con-
trasting biological roles of inversions on the sex chromosome and autosomes. 
Acknowledgements: The work was funded by the grants from the National Institutes of 
Health AI099528 and the Russian Science Foundation № 15-14-20011.

275
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
GENOME AND CHROMOSOME EVOLUTION  
OF MOSQUITOES – VECTORS OF HUMAN DISEASES
M.V. Sharakhova
1, 2
*, V.A. Timoshevskiy, A.N. Naumenko
1
, A. Peery
1
, G.N. Artemov
2
, 
V.N. Stegniy
2
, I.V. Sharakhov
1, 2
1
 Virginia Polytechnic and State University and Fralin Life Science Institute, 360 West Campus Dr, Blacks-
burg, USA 
2
 Tomsk State University, Tomsk, Russia 
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: genome evolution, physical mapping, mosquitoes, vectors of human diseases
Motivation and Aims: The knowledge about the genome structure and evolution in mos-
quitoes may help to better understand their ability to transmit different pathogens. Initial 
genome studies demonstrated that two mosquito subfamilies Culicinae and Anophelinae 
have striking differences in their genome sizes related to the abundance of the transpos-
able elements. However, chromosomal evolution and distribution of different repetitive 
elements in mosquito genomes remained largely unexplored because of the lack of de-
tailed physical genome maps for most of the mosquito species. This study aims to better 
understand the genome and chromosome evolution in mosquitoes. 
Methods: In addition to An. gambiae, physical genome maps for 4 malaria mosquitoes 
An. atroparvus, An. albimanus, An. funestus and An. stephensi and vector of viruses 
Ae. aegypti were developed using fluorescent in situ hybridization. Genome analysis 
was performed using VectorBase [1], Repeatmasker [2], TEfam [3] and Tandem Repeat 
finder [4].
Results: The analysis revealed highly nonuniform rates of gene order reshuffling among 
the chromosomes. The X chromosome in malaria mosquitoes and sex-determining au-
tosome 1 in Ae. aegypti, which is homologous to the X and 2R arm in An. gambiae, 
demonstrated significantly more breaks per megabase than the rest of the autosomes. We 
found a high abundance of simple tandem repeats in sex-determining chromosomes of 
mosquitoes suggesting their role in genomic plasticity. Our study also demonstrated that 
transposable elements (TEs) in Ae. aegypti do not follow the pattern in malaria mosqui-
toes. The majority of the TEs in the malaria mosquito genome are distributed in hetero-
chromatic areas around the centromeres. In contrast, TEs in Ae. aegypti chromosomes 
are mostly spread in euchromatic regions because of their tendency to localize in gene 
introns. A comparative genomic analysis of Ae. aegypti with An. gambiae determined 
that the previously proposed whole-arm synteny is not fully preserved; a number of peri-
centric inversions have occurred between the two species. 
Conclusion: The research tools and information generated by this study contribute to a 
more complete understanding of the genome organization and evolution in mosquitoes. 
Availability: 
http://www.vectorbase.org 
http://www.repeatmasker.org/
http://tefam.biochem.vt.edu 
https://www.tandem.bu.edu/trf/trf.html

276
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DISSECTING VARIANCE HETEROGENEITY  
IN HUMAN SERUM METABOLOME
S.Zh. Sharapov
1, 2
*, Y.A. Tsepilov
1, 2
, J.S. Ried
3
, K. Strauch
3, 4
, C. Gieger
3
,  
Y.S. Aulchenko
1, 2
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
3 
Institute of Genetic Epidemiology, Helmholtz Zentrum München – German Research Center for Environ-
mental Health, Neuherberg, Germany
4 
Institute of Medical Informatics, Biometry and Epidemiology, Chair of Genetic Epidemiology, Ludwig-
Maximilians-Universität, Munich, Germany
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: Genome-Wide Association Study, Gene interactions, Variance heterogeneity
Motivation and Aim: Significant difference in the trait variance between genotypes of 
particular locus indicates that this locus (usually called as vQTL) is potentially involved 
in interactions with unknown factors. Based on this assumption variance heterogeneity 
(VH) test was proposed to identify statistical genetic interactions in the framework of 
genome-wide association analysis. Identification of genetic interaction can expand our 
knowledge about genetic control of complex traits.
Methods and Algorithms: Here we applied VH approach to detect genetic interactions 
in the control of human serum metabolome as a two-step strategy. We analyzed concen-
trations of 151 human blood serum metabolites from KORA dataset (N=2,901). In the 
first step we conducted genome-wide VH test. In the second step we identified genetic 
interactions to find vQTL. All findings were replicated in TwinsUK dataset (N=843).
Results: In the first step we found six significant vQTL effects and replicated three out of 
them on TwinsUK data. In the second step we found two intra-locus and two inter-locus 
genetic interactions. One intra-locus interaction was replicated. Further analysis showed 
that the biggest amount of variance heterogeneity of these vQTL was due to scale effect, 
which is typical for metabolome. Replicated intra-locus interaction was induced by an-
other variant in same locus with recessive model of effect.
Conclusion: We presented an application of variance-heterogeneity approach to detect 
epistatic interactions. Our findings indicate the presence of variance-heterogeneity in 
human serum metabolome. We conclude that variance-heterogeneity approach has mod-
erate potential to find genetic interactions.
Availability: In our study we used “GenABEL” and “VariABEL” packages, which are 
available from {{http://www.genabel.org}} 

277
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE MITOCHONDRIAL GENE ORDER AND CYTB  
EVOLUTION IN HYMENOPTERA AND OTHER INSECTS
F.S. Sharko
1
*, A.V. Nedoluzhko
2
, S.M. Rastorguev
2
, A.A. Polilov
3
, K.G. Skryabin
1, 2, 3
, 
E.B. Prokhortchouk
1, 3
1 
Institute of Bioengineering, Research Center of Biotechnology RAS, Moscow, Russia
2 
National Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia
3 
Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology 1-12 Leninskie Gory, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: genome, mitochondrial, gene order, Megaphragma amalphitanum, Scydosella musawasensis, 
phylogenetic analysis
Motivation and Aim: The modern insect genomes have accumulated a number of nucleo-
tide substitutions during hundred millions years of evolution, which become a major 
challenge in phylogenetic analysis. Moreover, molecular evolution isn’t only single mu-
tations, but it also depends on much bigger structural changes such as gene order rear-
rangements, insertions, deletions and gene and ever genome duplications. Mitochondrial 
(Mt) DNA are considered absent of recombination and much faster rate of evolution 
than nuclear DNA, this molecule is becoming increasingly important for comprehensive 
evolutionary and population genomics. Development of modern deep sequencing tech-
nologies leads to considerable progress in the study of evolutionary processes of plants, 
animals, fungus and etc. A large number of complete mitochondrial genomes are se-
quenced, annotated and uploaded to different databases, but nevertheless phylogenomic 
analysis of these data has its own difficulties and pitfalls especially for arthropods that 
have a very long evolutionary history.
Results: Here we report two mitochondrial genome: The mitochondrial genome of the 
smallest known free-living insect Scydosella musawasensis and the mitochondrial ge-
nome of the parasitic wasp Megaphragma amalphitanum. Also we describe two types 
of phylogenetic analysis in several insect orders, using the nucleotide sequence of CYTB 
gene and the gene order in the mitochondrial genomes of Dipteria, Coleoptera Orthop-
tera, Heteroptera, Hymenoptera and Lepidoptera. For this we have developed software, 
mitoSpider, that searches for specific gene sequences in mitochondrial genomes of the 
entire NCBI base. Phylogenetic trees which were constructed according to the mito-
chondrial gene order of within the Hymenoptera and Heteroptera were largely congruent 
with those were constructed using the nucleotide sequence of CYTB gene, in contrast to 
Dipteria, Coleoptera, Orthoptera, and Lepidoptera. 
Conclusion: Our study of the mitochondrial genome Scydosella musawasensis revealed 
the absence of trnI gene in the mitochondrial genome, bioinformatics analysis carried 
out on complete mitochondrial genomes of insects which were deposited in the NCBI 
database for last years allowed to identify a significant number of insect species with 
uncommon mitochondrial DNA genes set.
Acknowledgements:  This work is supported by the Russian Science Foundation (Grant 
No. 14-24-00175).

278
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE INFLUENCE OF SNP RS201381696 OF A TATA BOX  
IN THE HUMAN LEP GENE ON EXPRESSION OF REPORTER 
GENE LUC
E.B. Sharypova
1
,
 
E.V. Kashina
1
, O.V. Arkova
1, 2
,
 
N.P. Bondar
1
, T.V. Arshinova
1
, 
P.M. Ponomarenko
3
, M.P. Ponomarenko
1
, L.K. Savinkova
1
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Vector-Best Inc., Koltsovo, Novosibirsk Region, Russia
3 
Children’s Hospital Los Angeles, Los Angeles, CA 90027, USA
Key words: gene expression, regulation, SNP, TATA-box
An empirical and computational study of the interaction of ТВР with TATA boxes in 
promoters of reference human genes and with SNP-containing TATA boxes (that are 
associated  with  various  diseases)  allowed  us  to  derive  an  equation  of  the  equilibrial 
ТВР–ТАТА binding for analysis of unannotated SNPs of TATA boxes and for prediction 
of possible functionally important polymorphisms. The identified SNPs of TATA boxes 
with predicted influence on the affinity for ТВР were subjected to comprehensive em-
pirical characterization by molecular biological, biochemical, and biophysical methods. 
For the first time, it was shown that polymorphisms of TATA boxes—in promoters of the 
genes associated with various human diseases—alter the ТВР–ТАТА affinity, which at 
the molecular level is characterized via a change in the velocity of formation and disinte-
gration of ТВР–ТАТА complexes and a change in their half-life. For example, polymor-
phism –24T→G in the TATA box of the TPI gene’s promoter (which is associated with 
an increased risk of neurological and muscular disorders and lowers the ТВР–ТАТА 
affinity 25-fold) lowers the formation velocity of the ТВР–ТАТА complexes 36-fold, 
increases the disintegration velocity 1.4-fold, and increases their half-life 1.4-fold. The 
correspondence between i) changes in the affinity of a transcription factor for an SNP-
containing binding site in DNA, and ii) the influence of this SNP on the expression of a 
reporter gene, is not always observed. The results of our experiments revealed that SNP-
35A→G (rs201381696) [6] of the TATA box in the LEP promoter (this SNP lowers the 
ТВР–ТАТА affinity ~2.9-fold) also lowered the expression of reporter gene LUC more 
than twofold in the MCF-7 cell line (carcinoma of the human mammary gland epithe-
lium), which is known to strongly express the LEP gene. In the culture of HCT116 colon 
adenocarcinoma cells (low activity of the LEP gene), no differences in the expression of 
the LUC gene were detected among the alleles.
This work was supported by RFFI grant # 14-04-00485а, RNF # 14-24-00123, and pro-
ject # 0324-2015-0003.

279
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE OCCURRENCE OF SPRING FORMS IN TETRAPLOID 
TIMOPHEEVI WHEATS IS ASSOCIATED WITH VARIATION  
IN THE FIRST INTRON OF VRN-A1 GENE
A.B. Shcherban
1
*, A.A. Schischkina
2
, E.A. Salina
1
 
1
 Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2
 Institute of General Genetics RAS, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key  words:  allelic  variation,  vernalization,  VRN-1  gene,  promoter,  first  intron,  tetraploid,  diploid,  
Triticum, Aegilops
Motivation and Aim: Triticum araraticum and Triticum timopheevii are the tetraploid 
species of Timopheevi group (GGAA genome), and the former includes both winter and 
spring forms with predominance of winter forms, whereas T. timopheevii is considered 
as spring species. In order to clarify the origin of spring growth habit in T. timopheevii, 
allelic variability of the VRN-1 gene was investigated in a set of accessions of the both 
tetraploid species, together with diploid species Ae. speltoides, presumable donor of the 
G- genome to these tetraploids..
Methods and Algorithms: The plant material included tetraploid wheat species T. ara-
raticum and T. timopheevii (46 and 4 accessions, respectively), and 23 accessions of Ae. 
speltoides obtained from different collections. DNA was extracted from seedlings and 
PCR with preliminarily designed PCR primers was performed to detect the presence of 
dominant or recessive alleles of VRN-A1 and VRN-G1 loci. Amplified DNA fragments 
were  directly  sequenced  and  the  obtained  nucleotide  sequences  were  analyzed  using 
MEGA4 software package [1]. 
Results: 3 different alleles were identified with large mutations in the first (1st) intron of 
VRN-A1, namely, VRN-A1f-del, VRN-A1f-ins and VRN-A1f-del/ins. The first allele 
with a deletion of 2.7 kb in a central part of intron 1 occurred in a few accessions of T. 
araraticum and none accessions of T. timopheevii. The VRN-A1f-ins allele with inser-
tion of a 0.4 kb MITE element about 0.4 kb upstream from the start of intron 1 and allele 
VRN-A1f-del/ins having this insertion coupled with the deletion of 2.7 kb are charac-
teristic only for T. timopheevii. Allelic variation at the VRN-G1 locus includes insertion 
of a 0.2 kb MITE in the promoter (VRN-G1a) found in a few accessions of the both 
tetraploid species. Alleles VRN-A1f-del and VRN-G1a have no association with spring 
growth habit, while in all accessions of T. timopheevii this habit was associated with the 
dominant VRN-A1f-ins and VRN-A1f-del/ins alleles. The phenogram constructed on 
the base of the promoter VRN-1 sequences confirmed early divergence (~3.5 MYA) of 
the ancestor(s) of the B/G genomes from Ae. speltoides.  
Conclusion: Spring tetraploid T. timopheevii had a set of VRN-1 alleles both common 
for two tetraploid species (VRN-G1a), and specific (VRN-A1f-ins, VRN-A1f-del/ins). 
The latter alleles includes mutations in the 1st intron of VRN-A1 and shares a 0.4 kb 
MITE insertion near the start of intron 1. We suggested that this insertion resulted to 
spring growth habit in a progenitor of T. timopheevii and has probably been selected 
during domestication. 
References:
1.  Tamura K. et al. (2007) MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) Software Ver-
sion 4.0. Mol. Biol. Evol. 24: 1596-1599.

280
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
FREQUENCY OF GERMLINE MUTATIONS GENES CHEK, 
FANCL AND FANCI PATIENTS WITH BREAST CANCER  
IN THE REPUBLIC OF TATARSTAN 
L. Shigapova
1
*, E. Shagimardanova
1
, O. Gusev
1, 4
, A. Nikitin
2
, M.Gordiev
3
1 
Kazan (Volga Region) Federal University, Russia
2 
Genetic Laboratory, Federal Research and Clinical Center, FMBA Russia
3 
Molecular-diagnostic Laboratory, Kazan Cancer Centre, Russia
4 
RIKEN, Yokohama City, Japan
* Corresponding author: [e-mail]