International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: miRNA, miRNA regulation, targets, hexokinase 2, glycolysis, colorectal cancer
Glucose uptake and glycolytic rate increase significantly in cancer cells. Metabolic shift 
toward aerobic glycolysis is associated with the increased synthesis of glycolytic en-
zymes, mainly hexokinases (HKs), in many types of cancer. In previous study we had 
shown opposite effect – the decrease of HK2 gene expression at mRNA level in colorec-
tal cancer (CRC). HK2 is the key glycolytic enzyme that can regulate rates of glycolysis 
in proliferating cancer cells. Thus, the mechanisms of regulating HK2 gene expression 
are of particular interest to study. Using CrossHub software we have carried out the anal-
ysis of the Cancer Genome Atlas (TCGA) project data to find miRNAs that potentially 
regulate HK2 gene expression. We identified a number of miRNAs with predicted or 
validated binding sites in HK2 transcripts (using TargetScan, mirSVR, PicTar, DIANA 
microT, and miRTarBase) and strong negative expression correlations. Using real-time 
polymerase chain reaction (qPCR) we estimated expression of these miRNA in CRC. 
We confirmed increased expression of miR-143-3p, miR-9-5p, and miR-98-5p. Spear-
man’s rank correlation coefficients between HK2 mRNA level and miRNAs expression 
were r=-0.4, r=-0.32, and r=-0.36, accordingly. Thus, in present study we showed that 
mRNA of HK2 gene is a potential target for miR-9-5p and miR-98-5p. These miRNAs 
could mediate the inhibition of the HK2 gene expression in CRC. Our results on miR-
143 are consistent with the literature date.
This work was financially supported by grant 14-15-01083 from the Russian Science 
Foundation. Part of this work was performed using the equipment of EIMB RAS “Ge-
nome” center (http://www.eimb.ru/rus/ckp/ccu_genome_c.php)

288
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
ANALYSIS OF A POWERFUL CONSTITUTIVE PROMOTER 
IN CULTURED CELLS OF POLYPEDILUM VANDERPLANKI
Y. Sogame
1, 2
*, Y. Miyata 
1, 3
, R. Deviatiiarov
4
, S. Kikuta
5
, R. Cornette
1
, O. Gusev
4, 6
, 
T. Furusawa
1
, T. Kikawada
1, 7
1
 Institute of Agrobiological Sciences, NARO, Japan 
2.
 JSPS Research Fellow, 
3.
 Center for Biological Resources and Informatics, Tokyo Institute of Technology, 
4.
 Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan Federal University, Russia 
5
 Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering, Tokyo University of Agriculture and 
Technology, Tokyo, Japan
 
6
 Preventive Medicine & Diagnosis Innovation Program (PMI), RIKEN, Japan 
7
 Department of Integrated Biosciences, Graduate School of Frontier Sciences, University of Tokyo, Japan
* Corresponding author: kikawada @ affrc.go.jp
Key words: anhydrobiosis, sequencing, CAGE
Motivation and Aim: Larvae of an African chironomid Polypedilum vanderplanki are 
known as the only insect having an ability of the extreme desiccation tolerance, anhy-
drobiosis. As the draft genome analysis (1) of P. vanderplanki has been accomplished, 
the molecular mechanisms underlying anhydrobiosis has been gradually elucidated. Ge-
nome editing technology would be a powerful tool to reveal the mechanisms of anhy-
drobiosis, but the existing gene expression systems haven’t worked in P. vanderplanki 
so far. In this study, we identified one of the strongest constitutive promoters in a culture 
cell line of P. vanderplanki, Pv11 cells, to establish effective gene expression system. 
Methods and Algorithms:  We  found  two  types  of  constitutive  expression  promoter. 
Based on the transcriptome analysis of the larvae, glyceraldehyde3-phosphate dehydro-
genase (PvGapdh) promoter was identified. Promoter of Pv.00443 gene in the scaffold 
no. 121 of the genome database was selected by the CAGE (cap analysis of gene expres-
sion) analysis of Pv11 cells. Results: The transcriptome analysis of the larvae showed 
that gene for PvGapdh was the most highly expressed in the larvae. We constructed a 
novel expression vector containing 5’-upstream region of PvGapdh as a promoter. How-
ever, the expression efficiency of the promoter was slightly weaker to express exogenous 
genes in Pv11 cells. There is a possibility that the difference of the gene expression sys-
tem between the larvae and the cultured cell line should result in the inadequate expres-
sion. To isolate the strangest expressed genes in Pv11 cells, CAGE analysis of Pv11 were 
performed. As a results, Pv.00443 gene was the highest constitutively expressed gene in 
Pv11 cells, whereas PvGapdh was moderately expressed in the cell line. We constructed 
another novel expression vector containing 5’-upstream region of Pv.00443 gene. Con-
sequently, we confirmed sufficient expression of exogenous GFP protein in Pv11 cells 
with a flow cytometry. Conclusion: In Pv11 cells, Pv.00443 gene was the highest con-
stitutively  expressed  gene. We  constructed  an  effective  novel  constitutive  expression 
vector using the promoter region of Pv.00443 gene. Availability: This novel expression 
vector will be a practical tool to reveal molecular mechanisms of anhydrobiosis in Pv11. 
Acknowledgements: This work was financially supported by a Basic Scientific Research 
Grant (#140890) from Sumitomo foundation, by a Research Fellowship from the Ja-
pan Society for the Promotion of Science (JSPS) for Young Scientists (#13J08784 and 
16J09151) and JSPS KAKENHI (16K18827, 16K15073 and 25252060).

289
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DENOVO ASSEMBLY OF NUCLEAR GENOME OF THE 
SMALLEST INSECT MEGAPHRAGMA AMALPHITANUM  
(HYMENOPTERA: TRICHOGRAMMATIDAE)
A.S. Sokolov
1
*, A.V. Nedoluzhko
2
, F.S. Sharko
1
, E.S. Boulygina
2
, S.V. Tsygankova
2
, 
A.M. Mazur
1
, A.A. Polilov
3
, E.B. Prokhortchouk
1, 2
, K.G. Skryabin
1, 2, 3
1
 Federal State Institution «Federal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology» of the RAS
2
 National Research Centre “Kurchatov Institute”
3
 Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University
* Corresponding author: [e-mail]
Keywords: Hymenoptera, Megaphragma amalphitanum, Trichogrammatidae, nulcear genome, parasitic 
wasp
Motivation and Aim: De novo assembly and annotation of M. amalphitanum nuclear 
genome. Elucidation of miniaturization effects and also gene ontology of obtained as-
sembly.  Metagenomic  analysis.  Methods and Algorithms:  For  de  novo  assembly  we 
used 204,377,666 paired-end reads (length 150 bp) obtained in the sequencer Illumi-
na  HiSeq1500.  Reads  have  been  merged  using  Pear  software  package  (Zhang et al., 
2014),  followed  by  the  error  correction  using  SoapCorrection(Luo et al., 2012).  De 
novo assembly was performed using SPAdes (Bankevich et al., 2012), which allowed 
to collect 158,907 contigs (N50 = 6757 bp). With SOAP de novo we collected 107,373 
scaffolds (N50 = 10,155 bp). Results: Using data from genome sequencing of parasitic 
wasp M. amalphitanum, we conducted a gene ontology study of uncovered genes of the 
honeybee (Apis mellifera), as the closest organism being studied with an annotated ge-
nome. We also analyzed as a control genomic reads of large parasitic wasps of the family 
Braconidae: Cotesia vestalis, Fopius arisanus and Trioxys pallidus. This approach did 
not reveal any genomic regions of M. amalphitanum, which could be the key to unlock-
ing the miniaturization process. On this basis, it was decided to conduct the analysis of 
positive selection using contigs and scaffolds of M. amalphitanum, collected de novo. 
During the analysis of genomic data we isolated gene sequences that encodes chemo-
receptors, olfactory Odorant Receptors, flavoring (Gustatory Receptors) and inotropic 
(Ionotropic  Receptors)  receptors.  Protein  sequences  of  these  receptors  together  with 
similar sequences from other Hymenoptera will later be used in the comparative analy-
sis of the evolution that will make it possible to understand the changes associated with 
miniaturization. Metagenomic analysis of M. amalphitanum identified representatives 
of the following genera of bacteria: Corynebacterium, Propionibacterium, Propionibac-
terium, Chryseobacterium, Acinetobacter, and Anaerococcus. We have not found the 
genera  Wolbachia (Wolbachiaceae)  and  Arsenophonus (Enterobacteriaceae)  detected 
previously in a parasitic wasp Nasonia vitripennis. Acknowledgements:  This work is 
supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 14-24-00175).
References:
1.  Zhang J, Kobert K, Flouri T, et al. PEAR: a fast and accurate Illumina Paired-End reAd merger // Bio-
informatics 2014. 30(5):614-20. 
2.  Luo R, Liu B, Xie Y, et al. SOAPdenovo2: an empirically improved memory-efficient short-read de 
novoassembler // Gigascience 2012. 1(1):18. 
3.  Bankevich A, Nurk S, Antipov D, et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications 
to single-cell sequencing // J Comput Biol 2012. 19:455-77.

290
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
GENETIC CONTROL OF CIRCADIAN RHYTHMS: 
AN IMPACT OF MOLECULAR CLOCK EXPRESSION  
PROFILE CHANGES IN LONGEVITY
I.A. Solovev
1, 2
*, E.V. Dobrovolskaya
1
, A.A. Moskalev
1, 2, 3
1 
Institute of Biology of Komi Scientifice Center of Ural Branch of RAS, Syktyvkar 
2 
Syktyvkar State University, Syktyvkar
3
 Moscow Institute of Physics and Technology (State University), Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: circadian rhythms, aging, longevity, transcriptome
Motivation and Aim: Genes of circadian rhythms change their expression during aging 
of  different  organisms. We  analyzed  available  transcriptomic  data  from  different  on-
line bases and compared circadian genes’ expression profile changes in animals. These 
findings have led us to an idea of normalizing expression profiles of circadian oscillator 
elements to compensate potential aging-associated changes during all lifespan on Dro-
sophila model. The aim of the present research is to investigate the role of molecular 
oscillator elements (cry, per, tim, clk, cyc) in aging and longevity mechanisms [1]. 
Methods and Algorithms: We used standard methods of Drosophila cultivation, demo-
graphic methods to investigate the lifespan changes, RU486-inducible UAS-GAL4 sys-
tem inserted before genes of interest was used as a tool which up-regulates expression.
Results: We overexpressed clk, per, cry, cyc and tim using neuron-specific RU486-in-
ducible system, this resulted in the increase of median life expectancy (10%) in tim- and 
cry12-overexpessing females. Median lifespan of female fruit flies overexpressing per10 
was 5.4% longer than in control group. Noteworthy, overexpression of clk shortened 
(-10%)  only  female’s  lifespan.  4%  augmentation  of  median  life  expectancy  was  ob-
served for males overexpressing per24 and cyc.
Conclusion: Thus, our data has shown that compensation of circadian clock genes’ po-
tential age-dependent expression decrease (cry, per) in the nervous system during all 
imago’s life as well as hypercompensation of increased levels of other genes (tim, cyc) 
extends lifespan. The analysis of the literature shows that clock genes modulate the ac-
tivity of various determinants of aging, which, probably, cause life extension [1]. 
Acknowledgements: The research is supported by RFBR grant N16-34-00734 and by 
Grant of Presidium of Ural Branch of RAS N15-4-4-23.
References:
1.  I. A. Solovyev, E. V. Dobrovolskaya, A. A. Moskalev (2016) Genetic control of circadian rhythms and 
aging, Russian Journal of Genetics, 52(4): 393-412.

291
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
KYNURENIC ACID-SENSITIZED PHOTOLYSIS  
OF LENS PROTEINS UNDER ANAEROBIC CONDITIONS
E.D. Sormacheva
1
*, P.S. Sherin
1,  2
, E.A. Zelentsova
1,  2
, T.G. Duzhak
1,  2
, Yu.P. Tsentalovich
1,  2
, 
R.Z. Sagdeev
1, 2
1 
International Tomography Center SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: crystallins, kynurenic acid, UV-light, cataract 
A mammalian eye lens contains high concentrations of densely-packed proteins, called 
crystallins. They have no turnover during an individual lifespan and constantly accumu-
late numerous post-translational modifications (PTMs). Eventually that can result in the 
loss of the crystallin solubility and the formation of aggregates scattering the incident 
light, i.e. the development of age-related cataracts. UV radiation is traditionally consid-
ered as one of the factors for PTMs. The main chromophores of the human eye lens are 
kynurenine (KN) and its derivatives. These molecules effectively transfer the energy 
of absorbed light quanta into the heat, acting as UV filters preventing the eye tissue 
from photodamages. KNs can undergo thermal and photochemical degradation with the 
formation of products, some of which are more photochemically active than the parent 
molecules. One of these products is kynurenic acid (KNA), which exhibits the yield of 
the reactive triplet species of about 80%. The triplet KNA, 
T
KNA, can react with proteins 
leading to their modifications. The goals of this work are: (1) to study the reactions of 
T
KNA quenching by crystallins and (2) to analyze the crystallin modifications originat-
ing from photo-induced reactions.
The aqueous solutions of crystallins in the presence of KNA were subjected to steady-
state and time-resolved laser flash photolyses; the analysis of modifications was carried 
out by gel electrophoresis and mass spectrometry. 
The crystallins quench 
T
KNA via the electron transfer mechanism with the formation 
of  radicals  of  the  tryptophan  and  tyrosine  residues.  Reactions  of 
T
KNA  with  α-  and 
β-crystallins results in the formation of tryptophan and tyrosine radicals, while in the 
case of γ-crystallin only tyrosine radicals were observed.
The formation of large molecular weight aggregates is the major outcome of KNA-sensi-
tized photolysis of crystallins under anaerobic conditions. Another modification observed 
for all crystallins is the formation of new absorption band with the maximum at 325 nm 
corresponding to products, which fluoresce in the near UV region. Mass spectrometric 
analysis has shown (i) monotonic degradation of crystallin monomers, (ii) degradation 
of tryptophan and tyrosine residuses, (iii) oxidation of methionine and tryptophan resi-
duses and (iv) formation of an unknown modification -2 Da on the tryptophan residues.
The obtained results clearly show that the photo-induced modifications of crystallins 
result in significant changes of these proteins that, in turn, can play an important role in 
cataractogenesis.
Acknowledgements. Authors are grateful for the financial support Russian Foundation 
for Basic Research (project #16-33-00669).

292
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PARAMETER FITTING INFRASTRUCTURE FOR RULE-
BASED MODELLING 
O.S. Sorokina
1
, A.A. Sorokin
2, 3
* 
1 
Edinburgh University, Edinburgh, UK
2 
Institute of Cell Biophysics RAS, Pushchino, Russia
3 
Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: systems biology, rule-based modelling, parameter estimation
Motivation and Aim: Rule-based modelling is a new and highly dynamic area of re-
search in systems biology. Model in rule-based systems, such as Kappa language [1] or 
BNGL [2] provide the compact and compositional description of complex biochemical 
and signalling networks. The majour obstacle in adoption of this technology is the rela-
tive scarcity of tool support because the area is quite young. Recently we have devel-
oped RKappa -- parameter exploration and global sensitivity analysis framework for the 
Kappa language. Here we are presenting the RKappa-based model fitting infrastructure.
Methods and Algorithms:  We  have  used  RKappa  as  a  simulation  infrastructure  and 
Nelder-Mead,  genetic  and  particle-swarm  algorithms  to  minimize  the  difference  be-
tween simulation results and experimental data. Taking into account the stochastic na-
ture of simulation results each parameter set was simulated several times to get correct 
estimation of the model behaviour.
Results: The fitting procedure described as a KFitProject object in R language. It re-
quires several groups of objects, such as the model definition, the parameter space de-
scription and the in silico experiment description. All parts of the project are converted 
into form suitable for simulation in general-purpose computing claster. The performance 
of infrastructure is demonstrated with simple ring-closure model and the model of bacte-
rial transcription initiation. 
Conclusion: We have developed infrastructure for parameter fitting for rule-based mod-
els.
Availability: source code is available from GitHub: http://github.com/lptolik/RKappaFit
Acknowledgements This work was supported by RFBR grant r_centr_a 14-44-03679. 
This work has made use of the resources provided by the Edinburgh Compute and Data 
Facility (ECDF) (http://www.ecdf.ed.ac.uk/)
References:
1.  V. Danos, et al. (2008) Rule-based modelling, symmetries, refinements. Form. Methods Syst. Biol., 
5054, 103–122.
2.  J. R. Faeder, et al (2009) Rule-Based Modeling of Biochemical Systems with BioNetGen. Methods 
Mol. Biol., 500, 113–167.
3.  A. Sorokin, et al. (2015) RKappa: Statistical sampling suite for Kappa models, In: Hybrid Systems Biol-
ogy, O. Maler, et al (Eds.), 128–142 (Springer).

293
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
VIROME ANALYSIS FOR IDENTIFICATION OF VIRUSES 
IN BAT SPECIES FROM MOSCOW REGION 
A.S. Speranskaya
1
, E.V. Pimkina
1
, I.V. Artyushin
2
, M.V. Safonova
1
, A.A. Deviatkin
1
, 
K.V. Kuleshov
1
, V.G. Dedkov
1
, G.A. Shipulin
1
1 
Central Research Institute for Epidemiology, Russian Inspectorate for Protection of Consumer Right and 
Human Welfare, Moscow, Russia
2 
Biological Faculty, Moscow State University, Moscow, Russia
Key words: virome, sequencing, bat
The majority of infectious diseases that were discovered during the last few decades are 
actually zooantroponosis. Bats are widely distributed in the world and recognized res-
ervoirs of many emerging human infection viruses. Analysis of the virome of bats that 
are distributed in different geographical regions is an actual approach for identifying the 
new species of viruses that are potentially cause human infection disease. In addition, 
periodic  monitoring  of  bats  populations  may  provide  important  information  for  zoo-
antroponosis control. Numerous studies have described viruses in different bat species 
from countries of Europe, Asia, Africa but no Russia.
We characterized the fecal virome of 29 wild bats. Fecal samples were collected during 
2015 in Moscow Region (Zvenigorod Biological Station, ZBS) from six species: Myotis 
dasycneme, Myotis daubentonii, Myotis brandtii, Nyctalus noctula, Pippistrellus nathu-
sii, Plecotus auritus. Ectoparasite analysis of animals resulted in mites (24 samples) or 
mites and fleas (2 samples). The eight bats were healthy and the three animals were not 
examinated. We used PCR assay targeted on Astroviridae, Coronaviridae, Herpesvirus, 
Lyssavirus I, Lyssavirus II, Caliciviridae (nairovirus), Filoviridae, arenavirus, rotavi-
rus, paramyxovirus. High throughput sequencing analysis was performed using Illumina 
MiSeq. Data analysis was conducted as described in study Dedkov et al., 2016.
The results revealed that 13 of 29 analyzed bats (45%) contained coronaviruses. After 
the SARS epidemic (a few years ago) some studies enabled hypotheses of bats as reser-
voir hosts of coronaviruses. It was demonstrated that 6 of the 15 recognized coronavirus 
species were only found in bats. In this work, we found that five of six investigated bat 
species are hosts of different strains similar to known coronaviruses (including porcine 
epidemic diarrhea virus). The only P. auritu (single sample) was free from coronavi-
ruses. Our results demonstrated that ZBS populations of bats are abundant reservoir of 
coronaviruses.
We also confirmed other viruses that had previously been reported in different bat spe-
cies from other regions: astroviruses were found in M. dasycneme and M. dasycneme. 
The  members  of  herpesvirus  and  cypovirus  genera  were  detected  in  P. nathusii and 
M. brandtii respectively. The twelve animals were healfy.
Our result revealed the partial genome sequences of two new novel mammalian viruses. 
The  few  sequence  reads  of  virome  from  M. daubentonii  showed  similarities  to  Ippy 
mammarenavirus (51% protein identity). Another new virus demonstrated ~71-78% pro-
tein identity to rhabdovirus.
Our work provides the first report about the bat viromes in Russia. It should help under-
standing of the viruses communities present in bat species found near human habitats.

294
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
EXPGENE – SOFTWARE FOR ANALYSIS AND PROCESSING 
OF GENE EXPRESSION DATA
A.M. Spitsina
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]