International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: plant cell wall, growth mechanics, orthotropic material
Motivation and Aim: Mathematical modeling is powerful method to study plant cell and 
tissue growth. Turgor pressure and cell wall strain are considered to be driving force for 
cell growth. There are vertex dynamics-based (VD) models that are used to simulate 
plant tissue growth in frame of the growth mechanics. It is worth to note that the me-
chanics in these models is oversimplified, and problems with adequacy arise especially 
in 2D-models of unidirectional growth. Some modifications were proposed to account 
effects of the cell walls in the plane of a 2D simulation (for example, additional structure 
elements, and restrictions on vertex possible movements). In this work we developed 
more realistic solid and shell mechanics models to study elastic behavior of plant cells 
with isotropic and orthotropic materials of cell wall.
Methods and Algorithms: Approach of structural mechanics was applied to model plant 
cell wall material. The parameters of isotropic and orthotropic materials of cell walls 
were found in articles. The model of plant cell mechanics were developed in the COM-
SOL package using shell mechanics and solid mechanics interfaces. 
Results: Calculations of stress-strain distribution in cell walls were performed in elastic 
mode. The calculations were done with different sets of parameters, inside-outside dif-
ference of pressure, and additional forces applied to cell walls which imitate mechanical 
interaction of modeled cell with its neighbors. The results were used to infer growth 
distribution (plastic deformations) in the cell walls.
Conclusion: The results demonstrate: 1) orthotropy of cell wall (small Young modulus 
along growth axis, and large one in perpendicular direction) can equalize stress distribu-
tion under different additional forces from neighbor cells; 2) wide adopted picture that 
cell wall growth (plastic deformation) can be local and proportional to stress (strain) has 
to result not only in stress relaxation, but in increasing plastic deformation, and deviation 
from (“planned”) form, so this picture may demand a correction.
Acknowledgements: The authors expresses gratitude to the supercomputer center of No-
vosibirsk State University for the opportunity to use COMSOL 4.3b package. The re-
ported study was supported by the Russian Science Foundation according to the research 
project № 14-14-00734. 

207
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
IN SILICO SCREENING FOR SULFONATE-BASED  
INHIBITORS AGAINST PROMISING ANTICANCER TARGETS
D.K. Nilov
1
*, I.V. Gushchina
2
, V.K. Svedas
1, 2
 
Lomonosov Moscow State University 
1 
Belozersky Institute of Physicochemical Biology, Russia
2 
Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow, Russia 
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: molecular modeling, docking, enzyme inhibitors, sulfo group, sulfonates, lactate dehydroge-
nase, tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1, cancer 
Motivation and Aim: Human lactate dehydrogenase A (LDH-A) and tyrosyl-DNA phos-
phodiesterase 1 (TDP-1) constitute attractive therapeutic targets in cancer metabolism 
[1, 2]. These enzymes convert substrates containing negatively charged carboxyl and 
phosphate groups. Virtual screening of compounds with a sulfo substituent that mimic 
abovementioned functional groups was performed to identify novel competitive inhibi-
tors of LDH-A and TDP-1.
Methods and Algorithms: Molecular models of LDH-A and TDP-1 were constructed 
on the basis of available crystal structures taking into account the ionization states of 
amino acid residues, and structural criteria for the selection of potential inhibitors were 
established. A library of commercially available low-molecular-weight sulfo derivatives 
was subjected to virtual screening. Docking of compounds into the protein models was 
performed using the Lead Finder software [3]. Inhibitory effects were tested in vitro 
against purified proteins.
Results: The most effective inhibitors selected by virtual screening and experimental 
validation were able to form hydrogen bonds with Arg168 in the active site of LDH-A, 
and with Lys265 and Lys495 in the active site of TDP-1. The sulfo group of the inhibitors 
was shown to occupy the position of the carboxyl or phosphate group of the correspond-
ing substrate. Dependence of inhibitory properties of sulfonates on their structure was 
analyzed and directions for further structural modification of compounds were proposed. 
Conclusion: Molecular models of human LDH-A and TDP-1 were used to screen a li-
brary of low-molecular-weight sulfonates what enabled us to identify potential inhibitors 
of both enzymes. The novel LDH-A and TDP-1 inhibitors will be further investigated as 
target-driven anticancer agents.
Acknowledgements: This work was supported by the Russian Foundation for Basic Re-
search (grant 14-08-01251) and by the President of the Russian Federation (grant for 
young scientists МК-7630.2016.4).
References:
1.  C. Granchi et al. (2013) Small-molecule inhibitors of human LDH5, Future Med. Chem., 5: 1967-
1991.
2.  E.Q. Comeaux, R.C. van Waardenburg (2014) Tyrosyl-DNA phosphodiesterase I resolves both natu-
rally and chemically induced DNA adducts and its potential as a therapeutic target, Drug Metab. Rev., 
46: 494-507.
3.  O.V. Stroganov et al. (2008) Lead finder: an approach to improve accuracy of protein-ligand docking, 
binding energy estimation, and virtual screening, J. Chem. Inf. Model., 48: 2371-2385.

208
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PROTEOMIC SCREENING FOR AMYLOID-FORMING 
PROTEINS IN BACTERIA ESCHERICHIA COLI
A.A. Nizhnikov
1, 2, 3
*, K.S. Antonets
1, 2
, K.V. Volkov
1
, A.L. Maltseva
1
, A.P. Galkin
1, 2
1
 St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia
2
 Vavilov Institute of General Genetics (St. Petersburg Branch), St. Petersburg, Russia
3
 All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: amyloid, E.coli, HPLC, MALDI, protein identification
Motivation and aims: Amyloids represent protein fibers exhibiting cross-beta structure. 
They are found in different organisms, from bacteria to human, and can be pathogenic, 
useless, and functional. Functions of amyloids in bacteria spread from biofilm forma-
tion to parasite-host interaction. Importantly, bacterial amyloids identified to date were 
found  accidentally,  and screenings for  amyloid-forming proteins in the proteomes of 
these organisms were never carried out before. The goal of this study was to implement 
a proteome-wide screen for candidates for amyloid-forming proteins in well-known pro-
karyote Escherichia coli.
Methods: Screening for candidates for novel amyloid-forming proteins was performed 
with previously developed PSIA (Proteomic Screening and Identification of Amyloids) 
approach [1] improved by HPLC-separation of the tryptic peptides [2].
Results: We identified 61 detergent-resistant proteins. This protein set was 3-5 fold en-
riched  with  potentially  amyloidogenic  regions  predicting  by  different  bioinformatics 
algorithms (WALTZ, SARP) in comparison with the entire E. coli proteome. 56 of 61 
proteins contain potentially amyloidogenic regions, and four (BcsC, MukB, YfbK, and 
YghJ) carry low-complexity N- and Q-rich regions that is the hallmark of a number of 
known amyloid-forming proteins [2]. 
Conclusion: There is unexpected diversity of E.coli proteins forming detergent-resistant 
aggregates in vivo at the physiological level of expression. These proteins are rich in 
potentially amyloidogenic low-complexity regions.
Acknowledgements: This work was supported by the grants of the President of the Rus-
sian  Federation  (MK-4854.2015.4),  Russian  Foundation  for  Basic  Research  (16-34-
60153, 14-04-01463), and St. Petersburg Government. The authors acknowledge Saint-
Petersburg University for research grants 1.50.2543.2013 and 1.37.291.2015, and the 
opportunity to use facilities of the “Research Resource Center for Molecular and Cell 
Technologies” and “Chromas.”
References:
1.  Nizhnikov A.A. et al. (2014) Proteomic screening for amyloid proteins, PLoS One, 9: e116003.
2.  Antonets K.S. et al. (2016) Proteomic Analysis of Escherichia coli Protein Fractions Resistant to 
Solubilization by Ionic Detergents, Biochemistry(Mosk), 81:34-46.

209
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
IDENTIFICATION OF STURGEON SPECIES WITH MTDNA 
AND MICROSATELLITE MARKERS IN BELARUS 
A.Yu. Nosova
Institute of Genetics and Cytology NAS of Belarus, Minsk, Belarus
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: Genotyping, sturgeon, species identification, hybrids
Motivation and Aim:  Sturgeons  are  a  unique  ancient  group  of  fishes  and  are  com-
mercially important. Since the natural populations have dramatically decreased in size, 
sturgeon domestication and artificial rearing become widespread. Usually, there is no 
sufficient work on the preservation of the purity of livestock in aquaculture. However, 
the cost of products is significantly different depending on the species. Identification of 
the species is complicated by the morphological similarity of sturgeons of commercial 
size, or impossible for fish products and caviar. This study was conducted to determine 
the efficiency of using mtDNA and microsatellite markers for the identification of stur-
geon species in Belarus. 
Methods and materials: We obtained fins fragments of 32 individuals including 7 Si-
berian sturgeons, 5 Russian sturgeons, 5 starlets, 5 belugas and 10 interspecific hybrids 
from local fish farm. For species identification variations of the mtDNA control region 
(D-loop) were studied by PCR analysis [1]. Sturgeons were genotyped by fragment anal-
ysis of a set of five microsatellite loci (Afug41, Afug51, An20, AoxD161, AoxD165) [2].
Results: The analysis of mtDNA variations and microsatellite alleles confirmed that 
22 individuals of pure species and 10 of interspecific hybrids were provided. Hybrid 
individuals were represented by 4 Besters (beluga×starlet), 4 Steroses (starlet×Siberian 
sturgeon). Presumably, two samples differing from the declared were reciprocal hybrids 
starlet×beluga and Siberian sturgeon×starlet.
Conclusion: The methods of DNA identification can be conventionally divided into two 
groups addressing nuclear genetic markers and mitochondrial DNA (mtDNA). However, 
the maternal inheritance of mtDNA limits the use of this methodology for the hybrid 
individuals. The differences in STR allele frequencies among different species enable to 
identify individuals of hybrid origin. However, it should be taken into account that STR 
loci may vary from population to population. In our case, not all species-specific loci 
according to Barmintseva [2] were presented in studied animals.
Availability: Thus, the use of PCR for identification is appropriate for maintaining the 
genetic purity of livestock and producers in aquaculture, and for detection of falsified 
caviar and other sturgeon products. An analysis of the polymorphism of the five micro-
satellite loci should be used in the genetic pasportisation of aquaculture surgeon stocks 
and the species verification of the sturgeon products.
References: 
1.  N.S. Mugue et al. (2008) Polymorphism of the Mitochondrial DNA Control Region in Eight Sturgeon 
Species and Development of a System for DNA-Based Species Identification, Russian Journal of Ge-
netics, 44: 793-798.
2.  A.E. Barmintseva, N. S. Mugue (2013) The Use of Microsatellite Loci for Identification of Sturgeon 
Species (Acipenseridae) and Hybrid Forms, Russian Journal of Genetics, 49: 950-961.

210
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MEMBRANE-ASSOCIATED KINASE REGULATORS  
OF MAKR FAMILY GENES IN ARABIDOPSIS THALIANA L.
D.D. Novikova*, N.A. Omelyanchuk, V.V. Mironova 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
NSU
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: kinase receptor regulators, A. thaliana, kinase receptors, hormone signaling
Motivation and Aim. Tyrosine kinase receptors and membrane-associated kinase regula-
tors are involved in most signaling pathways, including those for plant hormone signal 
transduction.  Recently,  a  family  of  membrane-associated  kinase  regulators  (MAKR) 
was described in Arabidopsis thaliana [1]. MAKR family proteins have distant homol-
ogy with the basic domain of BRI1 kinase inhibitor 1 (BKI1) which controls activity 
of tyrosine kinase receptor BRI1 in brassinosteroid signaling pathway. Here, we study 
phylogeny and systematize the publically available information about protein structure, 
expression and regulation of this poorly annotated gene family. 
Methods and Algorithms. First we analyzed the MAKRs protein sequences to reveal 
their features and signatures which might imply their potential functions by PhosphoS-
VM and CBS Prediction servers. Further to investigate phylogenetic background and 
evolvement of MAKRs we have searched for their homologs throughout the plant king-
dom using BLAST and PLAZA on-line services and constructed phylogenetic trees in 
MEGA 6.06 program. We analyzed data on their mRNA patterns which is presented in 
publicly available microarray experiments (eFP browser). To study the hormonal regula-
tion of MAKRs in depth we analyzed their upstream [-1000; +1] regions for the presence 
of potential cis-regulatory sites using online tools AtCOECIS, TRANSFAC programs 
and CIS-BP database.
Results and conclusions.  MAKR  family  genes  probably  evolved  together  with  land 
plants and as a result of duplication series all members of the family appeared. These 
proteins are widely spread among terrestrial plants. The latter uncovers their potentially 
important role in plant kingdom in general and in Arabidopsis in particular. Also some 
conservation was discovered among orthologs of all MAKRs, but none among paralogs, 
except C-terminus. According to protein modification prediction, all of MAKRs have 
plenty of modification sites. MAKRs are expressed tissue specifically and response to 
different hormones, they possess hormone responsive motifs corresponding to the sensi-
tivity to the one. These findings suggest that MAKR family genes might play an impor-
tant role in plant development regulation via signaling pathways. Obtained results may 
provide new ideas in searching for new regulators of growth and herbicides.
References.
1.  Jaillais Y. et al. Tyrosine phosphorylation controls brassinosteroid receptor activation by triggering 
membrane release of its kinase inhibitor // Genes & development. – 2011. – Т. 25. – №. 3. – С. 232-
237.

211
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MAPPING THE INTERACTION SITE FOR THE MESOBUTHUS 
SCORPION TOXINS IN THE VOLTAGE-GATED POTASSIUM 
CHANNEL KV1.2 
V.N. Novoseletsky*, A.D. Volyntceva, K.V. Shaitan
Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail] 
Key words: molecular modeling, homology modeling, molecular dynamics, potassium channel, scorpion 
toxins
Motivation and Aim: Voltage-gated potassium (K+) channels are transmembrane pore 
proteins and contribute to the regulation of membrane potential and, consequently, to 
cell excitability. Kv1.2 channels play pivotal role in maintaining of resting membrane 
potential and, consequently, regulation of cellular excitability of neurons. Their blockers 
have a high importance not only as probes the fundamental channel functioning investi-
gation, but also as a potential drug for treatment epilepsy [1]. Goal of the current study 
was an interface analysis in complexes of Kv1.2 channel with peptide toxins MeuKTx1, 
MeuKTx3 и MeuKTx3B, derived from M. eupeus venom.
Methods and Algorithms:  3D  structure  was  generated  by  homology  modeling  using 
Kv1.2-2.1 paddle chimera channel in complex with charybdotoxin (pdb-code 4JTA) as a 
template and equilibrated by molecular dynamic simulation in Gromacs software. Anal-
ysis of hydrophobic and stacking interactions, hydrogen and ionic bonds of the toxin 
and potassium channels was performed for representative frames with optimal toxins 
orientations using program Platinum [2] and APBS software package [3].
Results: Performed study revealed, that toxin MeuKTx3 demonstrates the highest af-
finity to Kv1.2 channel. Contacts analysis allowed identifying key residues for binding 
process and the possible mutation points for enhancing toxin MeuKTx3 activity.
Conclusion: The results of investigation are in good agreement with the experimental 
values of binding constants, obtained by competitive binding assays [4]. Results of the 
conducted investigation may find an application in fundamental science and drug design.
Acknowledgements:  The  research  was  supported  by  the  Russian  Science  Foundation 
grant № 14-14-00239. Simulations were performed using the Supercomputing Center of 
Lomonosov Moscow State University.
References:
1.  X. Wang et al. (2015) Mesomartoxin, a new Kv 1.2-selective scorpion toxin interacting with the chan-
nel selectivity filter. Biochemical Pharmacology, 93(2): 232-239. 
2.  S. Unni et al. (2011) Web servers and services for electrostatics calculations with APBS and PDB-
2PQR. Journal of computational chemistry, 32(7): 1488-91. 
3.  T.  Pyrkov  et  al.  (2008)  PLATINUM:  Protein-Ligand Attractions  Investigation  Numerically,  www.
model.nmr.ru/platinum. 
4.  B. Gao et al. (2010) A potent potassium channel blocker from Mesobuthus eupeus scorpion venom, 
Biochimie, 92(12): 1847-1853.

212
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DISTRIBUTION OF 2541-2542DELCA KDPD FRAMESHIFT 
MUTATION IN GENOMES OF MYCOBACTERIUM  
TUBERCULOSIS FROM IRKUTSK OBLAST AND YAKUTIA
O. Ogarkov
1, 2, 3
*, V. Sinkov
1
, I. Mokrousov
4
, S. Zhdanova
1
, P. Khromova
1
, E. Orlova
1, 3
1 
Scientific Centre of the Family Health and Human Reproduction Problems, Irkutsk, Russia 
2 
Irkutsk State Medical Academy of Continuing Education, Irkutsk, Russia 
3 
Irkutsk State University, Irkutsk, Russia
4
 Laboratory of Molecular Epidemiology and Evolutionary Genetics, St. Petersburg Pasteur Institute,  
St. Petersburg, Russia
* Corresponding author [e-mail]
Key words: tuberculosis, genomes, CC2-W148
Motivation and Aim:  Whole-genome  sequencing  of  110  representative  isolates  of 
M.tuberculosis  genotype  Beijing  [1]  found  2541-2542delCA  frameshift  mutation  in 
gene kdpD. This mutation strongly associated with CC2-W148 high-transmissible strain 
of tuberculosis. More other a partial deletion of the kdpDE operon in M. tuberculosis 
has already been associated with greater virulence [2]. The study was carried out for 
determination of the distribution this mutation among genomes of GMTV database [3] 
and clinical isolates.
Methods and Algorithms: The publicly available WGS data of from the GMTV data-
base (DB) [3] and DNAs of 256 clinical isolates from Irkutsk Oblast and Yakutia have 
been analyzed. In silico mutation was studied by in-house Perl-written annotation tool 
snpMiner2 [4]. In vitro 2541-2542 delCA was detected by RT-PCR with specially de-
signed TaqMan probes.
Results: In the GMTV DB were found only 40 genomes of Beijing genotypes with in-
vestigated mutation. However by PCR results 78 (30.5%) isolates from 256 known Bei-
jing genotypes within two regions had this mutation. In addition two strains were mix 
W148\nonW genotypes. The most of W148 stains (81.3%) were MDR and only 6 (7.5%) 
were susceptibility. Among 176 non-W148 strains only 38 (21.6%) were MDR and 102 
(58.0%) susceptibility (χ
2
=7.9; p<0.01). In addition the analysis of drug resistance pro-
files of 256 isolates revealed an interesting pattern. W148 strains had significantly less 
resistance to cycloserine and ethionamide (χ
2
 =10.8; p<0.01). However the analysis of 
mutations in Rv0486, Rv3199c, Rv3793, Rv3794 of Beijing genomes (GMTV DB) has 
not confirmed this pattern.
Conclusion: Investigation of 2541-2542delCA is a convenient tool to identify highly 
transmissible CC2-W148 genotype of tuberculosis in silico and in vitro.
Acknowledgments: The work was supported by RFBR grant #16-04-00160 А.
Availability: 10.5281/zenodo.51052
References:
1.  M. Merker et al. (2015). Evolutionary history and global spread of the Mycobacterium tuberculosis 
Beijing lineage, Nat Genet., 47(3): 242-249.
2.  T. Parish, et al. (2003). Deletion of two-component regulatory systems increases the virulence of My-
cobacterium tuberculosis, Infect. Immun., 71: 1134-1140. 
3.  E.N. Chernyaeva et. al. (2014). Genome-wide Mycobacterium tuberculosis variation (GMTV) data-
base: a new tool for integrating sequence variations and epidemiology, BMC Genomics, 15(1): 308.
4.  V.V. Sinkov (2016). snpMiner2: vcf files annotation tool. Zenodo. 10.5281/zenodo.51052.

213
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
VASCULAR ENDOTHELIAL GROWTH FACTOR  
POLYMORPHISMS ARE ASSOCIATED WITH THE EARLIER  
ONSET OF RHEUMATOID ARTHRITIS
V.O. Omelchenko
1
*, M.A. Korolev
1
, E.A. Letyagina
1
, A.V. Shevchenko
1
, V.F. Prokof’yev
1
,  
T.I. Pospelova
2
, V.I. Konenkov
1
1
 Scientific Institute of clinical and experimental lymрhology SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Novosibirsk State Medical University, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]