International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: susceptibility to tuberculosis, SNP, ANDSystem, gene prioritization
Motivation and Aim: Tuberculosis is one of the most wild spread infectious diseases 
(World Health Organization et al., 2015). It is known that genetic mutations are impor-
tant in susceptibility to infectious diseases including tuberculosis (Burgner et al., 2006). 
This work was aimed on search of gene mutations that can potentially affect the suscep-
tibility to tuberculosis based on an automatic analysis of databases and literature.
Methods and Algorithms: information from databases ClinVar, SNPedia, miRdSNP, lin-
cRNA, GWAS Catalog, dbSNP, dbNSFP, KEGG was used in this work. “dhyper” func-
tion from R package “stats” was used to calculate overrepresentation of common genes 
in tuberculosis and other infectious diseases. ToppGene was used for candidate gene 
prioritization. ANDSystem (Ivanisenko et al., 2015) was used for automatic extraction 
of knowledge from PubMed publications about genes associated with tuberculosis.
Results: Gene mutations associated with susceptibility to 64 infectious diseases were 
analyzed. It was shown for 30 diseases (bacterial, viral, protozoal, fungi and flatworms) 
that there is a statistically significant overrepresentation of genes with mutations com-
mon with tuberculosis. 368 candidate genes were proposed as potentially involved in the 
resistance to tuberculosis with the use of prioritization tool ToppGene. The Gene Ontol-
ogy enrichment analysis showed that these candidate genes are involved in the immune 
response, cell proliferation, apoptosis, and others. It was shown that genes associated 
with tuberculosis in PubMed publications (according to ANDSystem) are statistically 
significant overrepresented (p<0.001) among predicted candidate genes. 36 candidate 
genes (for example TNFRSF1A) are presented in the KEGG Tuberculosis pathway and 
can be the most promising candidates for the genotyping.
Conclusion:  368  genes  with  mutations  that  can  potentially  affect  susceptibility/resis-
tance to tuberculosis were proposed based on the automatic analysis of databases and 
literature.
Acknowledgements.  This  work  was  supported  by  the  Germany-Ukraine-Russia  VW 
grant.
References:
1.  D. Burgner, S.E. Jamieson, J.M. Blackwell. (2006) Genetic susceptibility to infectious diseases: big is 
beautiful, but will bigger be even better?, The Lancet infectious diseases. 6.10: 653-663.
2.  V.A. Ivanisenko, O.V. Saik, N.V. Ivanisenko, E.S. Tiys, T.V. Ivanisenko, P.S. Demenkov, N.A. Kolcha-
nov. (2015) ANDSystem: an Associative Network Discovery System for automated literature mining 
in the field of biology. BMC systems biology, 9(Suppl 2), S2.

265
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
ASSOCIATIVE NETWORKS OF GLAUCOMA AND  
APOPTOSIS
O.V. Saik
1
*, P.S. Demenkov
1
, O.S. Konovalova
2
, M.N. Ponomareva
2
, N.A. Konovalova
2
, 
N.A. Kolchanov
1
, I.N. Lavrik
3
, V.A. Ivanisenko
1
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
Tyumen State Medical Academy, Ministry of Health of the Russian Federation, Tyumen, Russia
3 
Otto von Guericke University Magdeburg, Magdeburg, Germany
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: primary open-angle glaucoma (POAG), apoptosis, ANDSystem, gene networks, comorbidity
Motivation and Aim: Primary open angle glaucoma (POAG) is one of the leading causes 
of  irreversible  blindness  affecting  over  44  million  people  worldwide  (Tham,  Cheng, 
2016). In POAG the degradation of retinal ganglion cells occurs mostly via apoptosis 
(Lindner et al., 2015).  It  is  known  that some  chronic systemic conditions (hyperten-
sion, diabetes, obesity) are comorbid to POAG and can serve as risk factors for POAG 
(Tham, Cheng, 2016). The aim of this study was to propose potential comorbid disease 
for POAG and to investigate the role of apoptotic genes in the POAG gene network.
Methods and Algorithms: Genes associated with POAG were extracted from OMIM, 
ClinVar, GWAS catalog, SNPedia databases and ANDSystem (Ivanisenko et al., 2015). 
Gene networks of POAG and apoptosis were reconstructed by ANDSystem. “dhyper” 
function from R package “stats” was used to calculate overrepresentation of common 
genes  in  POAG  and  other  diseases  to  asses  potential  comorbidity.  The  betweenness 
centrality of apoptotic genes in the POAG gene network was assessed by R package 
“igraph”.
Results: A  list  of  96  genes  associated  with  POAG  was  automatically  extracted  from 
databases and scientific publications. The gene ontology enrichment analysis revealed 
that POAG genes are involved in extracellular matrix organization, angiogenesis, apop-
tosis and other. For 348 diseases overrepresentation of genes common with POAG was 
statistically significant. The central role in the POAG gene network of genes involved in 
apoptosis was shown.
Conclusion: It was shown that genes involved in apoptosis have the central role in the 
POAG gene network. A list of 348 potential comorbid disease for POAG was proposed.
References:
1.  Y.C. Tham, C.Y. Cheng. (2016) Associations between chronic systemic diseases and primary open 
angle glaucoma: an epidemiological perspective, Clinical & Experimental Ophthalmology.
2.  E. Lindner et al. (2015) Analysis of functional polymorphisms in apoptosis-related genes in primary 
open angle glaucoma, Molecular vision, 21: 1340.
3.  V.A. Ivanisenko, O.V. Saik, N.V. Ivanisenko, E.S. Tiys, T.V. Ivanisenko, P.S. Demenkov, N.A. Kolcha-
nov. (2015) ANDSystem: an Associative Network Discovery System for automated literature mining 
in the field of biology. BMC systems biology, 9(Suppl 2), S2.

266
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
SLEEP OF REASON IN THE ANALYSIS OF THE RESULTS  
OF RESEARCH ON MATERIALS «PROTEOMIC INFORMATION 
OFSPRING WHEAT VARIETIES DIFFERING IN RESISTANCE 
TO INFECTION AFTER PUCCINIA RECONDITA  
INOCULATION»
K.N. Sarsenbayev*, A. Sarsenbayeva
L.N. Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: proteomics, wheat
Motivation and Aim: Systemic acquired resistance (SAR) to Puccinia recondite (pathot-
ype TKT/Y) in wheat cultivars were studied by using a proteomic approach. 
Methods: The effect of leaf rust on the regionalized in the Akmola region of Kazakhstan 
spring wheat cultivars was studied in pot experiments. The peptides were analyzed by 
using nano-HPLC (Agilent Technologies 1200), which is directly related to the ion-trap 
mass spectrometer (Bruker 6300 series), equipped with nano-electrospray source. The 
gradient of acetonitrile from 5% to 90%, duration 25 minutes. Voltage of fragmentation 
1.3 V.
Results: A total of 104 proteins were identified using a combination of peptide mass fin-
gerprinting (PMF) and MSMS fragmentation. Only detected in the control plants: Fruc-
tan 1-exohydrolase w1;w2; w3; Histone H1; NAD(P)H-quinoneoxidoreductase subunit 
1,chloroplastic;  NAD(P)H-quinoneoxidoreductase  subunit  H,  chloroplastic;  NADP-
dependent glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; Mitochondrial outer membrane 
porin; Cytochrome c oxidase subunit 2; Arf-GAP with Rho-GAP domain; Elongation 
factor 1-beta; 30S ribosomal protein S8, chloroplastic; 30S ribosomal protein S7, chlo-
roplastic;  Eukaryotic  initiation  factor  iso-4F  subunit  p82-34;  Retinoblastoma-related 
protein 1; Ubiquitin-activating enzyme E1 1;Cysteine synthase. Only detected in the 
infected plants: рeroxidase; ATP synthase subunit 9, mitochondrial; 50S ribosomal pro-
tein L23, chloroplastic; сytochrome b6-f complex subunit 4; Ubiquitin; 50S ribosomal 
protein L16, chloroplastic; 30S ribosomal protein S3, chloroplastic; DNA-directed RNA 
polymerase subunit beta; DNA-directed RNApolymerase subunit alpha; glutathione S-
transferase 1; Small heat shock protein, chloroplastic; рrobable non-specific lipid-trans-
fer protein 3. Multiple changes in the activity of enzymes, although the intracellular pool 
of substrates has been found to not allow such a significant change
Conclusion and Availability: The results suggest the impossibility of plant life without 
the above proteins and errors in the identification of compounds chromatograph. Inter-
pretation for the identification of proteins and determine the direction of changes activity 
of enzymes should be based on common sense

267
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MODULATION  OF  COGNITIVE  FUNCTION  BY  OXIDATIVE 
DNA BASE LESION REPAIR
K. Scheffler
1
, V. Rolseth
2
, M.D. Bjorge
2
, G. Hildrestrand
2
, W. Wang
1
, R. Suganthan
1
, 
A. Kusnierczyk
1
, C. Neurauter
2
, H. Korvald
2
, C. Vågbø
1
, L. Luna
2
, G. Slupphaug
1
, 
L. Eide
2
, M. Bjoras
1, 2
*
1 
Department of Microbiology, University of Oslo and Oslo University Hospital, Oslo, Norway
2 
Department Cancer Research and Molecular Medicine, Norwegian University of Technology and Natural 
Sciences, Trondheim, Norway
Keywords: aging, DNA repairs, neurobiology
Accumulation of oxidative DNA damage has been proposed as a potential cause of age-
related cognitive decline. Adult neurogenesis is crucial for maintenance of hippocam-
pus-dependent  functions  involved  in  behavior.  We  have  generated  DNA  glycosylase 
deficient  mice  that  display  cognitive  and  behavior  abnormalities,  or  altered  recovery 
after ischemic stroke. We showed a decline in post hypoxic-ischemia neurogenesis of 
neil3-/- mice when compared to wild type mice (Sejersted et al 2011). The numbers 
of neuronal progenitors and microglia in striatum were reduced and reconstitution of 
neuronal tissue was decreased. Further, we demonstrated that neil3-/- mice displayed 
learning and memory deficits and reduced anxiety-like behavior (Regnell et al 2012). It 
appears that Neil3-dependent repair of oxidative DNA damage in neural stem/progenitor 
cells is required for maintenance of adult neurogenesis to counteract the age associated 
deterioration of cognitive performance. Unexpectedly, Neil2 deficient mouse show im-
proved learning and reduced anxiety but no change in global accumulation of oxidative 
lesions in brain relevant for cognitive function (i.e. hippocampus and amygdala). Fur-
thermore, Neil2 deficient mouse was hyper-resistant to post hypoxic-ischemia neuronal 
cell death. In another set of experiments Myh and Ogg1 deficient mouse (double knock-
out) showed increased activity and less anxiety, although there is no differences in global 
accumulation of 8-oxoG in any brain region as compared to wild type (Dahl-Bjørge et al 
2015). Molecular mechanisms underlying these phenotypes will be discussed.

268
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
DISEASE  MODELS  FOR  CANCER  TO  SELECT  CANDIDATE 
BIOMARKERS AND DRUG TARGET 
E. Schwartz
1
*, A. Yuryev
2
, C. Ross
3
, I. Riz
4
 and A. McPherron
1
 
1
 Ami-Go-Science, 5917 Barbados Place, Rockville, MD, USA 
2
 Elsevier, Rockville, MD, USA
3
 Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA
4
 George Washington University, Washington DC, USA 
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: companion diagnostic tests, cancer drug resistance, Sub-Network Enrichment Analysis, path-
way analysis 
Motivation and Aim: The majority of molecularly targeted anti-cancer agents currently 
on the market or in clinical development are only efficacious in a limited subset of pa-
tients diagnosed with a specific type of cancer (typically 5-40%). Another serious prob-
lem of current anti-cancer agents is drug resistance. Stratification of patients based on 
their responses to current therapy identified molecular features with prognostic signifi-
cance in relation to therapy of choice. However, further co-development of novel drugs 
together with companion diagnostic tests (CDx) is very important. A better educated 
choice of therapy that is ensured by successful CDx is expected to enhance the thera-
peutic response, minimize toxicity or decrease cost of treatment. While pharmaceutical 
companies have traditionally focused on the selection and development of novel thera-
peutic agents, it has become clear that CDx and monitoring tests are important compo-
nents of a drug development plan, and regulatory agencies (e.g. the FDA and EMEA) are 
beginning to require that these tests be co-developed with the drug. The aim of this work 
is to establish in vitro models for cancer drug resistance and, together with data-mining 
of clinical data, develop a therapeutic strategy to avoid drug resistance. It will include 
CDx - pre-validated set of sensitive and specific biomarkers predicting the therapeutic 
response to basic therapy – and corresponding specific agent to enhance sensitivity, if 
indicated.
Methods and Algorithms: We analyzed proprietary and publicly available data sets in-
cluding  GSE66297  and  others  by  using  Sub-Network  Enrichment Analysis  (SNEA) 
implemented in Pathway Studio 9.0 from Elsevier. We also used Kaplan–Meier survival 
analysis by exploring the R2 database (′R2: Genomics Analysis and Visualization Plat-
form – http://r2.amc.nl’).
Results: In silica we built a library of disease models (the underlying pathways and their 
multiple  inter-connections) that demonstrate a  mechanism of platinum-based  therapy 
resistance in patients with different cancers. These pathways were categorized as those 
that activate multidrug transporters, detox and anti-ROS enzymes and components of 
autophagy as well as regulators of apoptosis. Key regulators of each of the multiple 
sub-pathways along with potential biomarkers that can indicate the status of these sub-
pathways have been identified. 
Conclusions: The proposed system will help to establish a library of pre-validated bio-
markers and related drug targets for rapid selection and incorporation into CDx for mo-
lecularly targeted cancer therapies. Furthermore, we plan to use a series of cell-based 
assay systems to verify proposed biomarkers and related drug targets. Our approach can 
be applied to potentially any chemotherapeutic drug. 

269
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
HUMAN BLOOD BISPECIFIC ANTIBODIES – NEW  
BIOCHEMICAL MARKERS OF AUTOIMMUNE DISEASES 
S.E. Sedykh*, V.V. Printz, V.N. Buneva, G.A. Nevinsky 
1
 Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS, Novosibirsk, Russia
2
 Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia 
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: Human blood, antibodies, bispecific antibodies, autoimmune diseases, systemic lupus  
erythematosus, multiple sclerosis 
Motivation: Antibodies are the products of clonal B cell populations recognizing a single 
antigen. There is a common belief that IgG molecules presented in biological fluids are 
monovalent molecules with stable structures containing two identical antigen-binding 
sites. 
Previously we have shown that human milk and placenta as the result of Fab-arms ex-
change contains bispecific antibodies. This phenomenon was first described for IgG4, 
but have shown that bispecific antibodies of human milk and placenta contains all IgG 
subclasses (IgG1-4). Interestingly, bispecific human milk κλ-IgG are presented mostly 
by IgG1 (74%), IgG2-IgG4 (5-16%) and placenta κλ-IgGs consisted of 43.5% IgG1, 
41.0% IgG2, 5.6% IgG3 and 7.9% IgG4. Moreover, human milk contains up to 54% of 
chimeric κλ-IgG, 17% κλ-sIgA and placenta in average contains up to 15.0% κλ-IgG. 
Methods: Using affinity chromatography, SDS PAGE, Western blotting and ELISA we 
obtained the bispecific IgG fractions from blood of healthy donors, systemic lupus ery-
thematosus and multiple sclerosis patients and determined the content of IgG1-4 sub-
classes. 
Results:  Here we  show  that the serum of  autoimmune patients  contains  significantly 
higher concentrations of bispecific IgG molecules than in healthy donors. Since the for-
mation of bispecific antibodies may be due to unknown processes occurring in immune 
system during autoimmune pathology, the presence of such antibodies in the serum of 
patients with systemic lupus erythematosus and multiple sclerosis may be a new bio-
chemical marker of autoimmune disorders. Factors of human blood, stimulating the an-
tibody Fab-arm exchange and formation of bispecific molecules are not yet established.
Acknowledgements: The reported study was funded by RFBR, according to the research 
projects 16-34-60066 mol_а_dk, 16-04-00603 a, 16-04-00604 a.

270
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PROTEOMIC ANALYSIS OF HORSE MILK EXOSOMES 
S.E. Sedykh*, L.W. Purvinsch, V.N. Buneva, G.A. Nevinsky 
1
 Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
2
 Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: horse milk, exosomes, proteins, proteomic analysis 
Motivation and Aim. It has been shown that mammalian milk contains exosomes - en-
docytic membrane vesicles that are secreted by cells of different types and detected in 
most biological fluids. There are described multiple protocols of exosome isolation from 
biological fluids. Here we to compare different protocols of exosome purification from 
horse milk and exosome protein content. 
Methods. To purify exosomes from preparations of horse milk we used centrifugation 
and ultracentrifugation, ultrafiltration, gel-filtration. To elucidate the protein components 
we used wide range of chromatography, electrophoresis and mass-spectrometry analysis. 
Results. The  comparison  of  several  exosome  isolation  methods  from  horse  milk  has 
shown that the most pure preparations of vesicles according to transmission electron 
microscopy were obtained with a combination of ultrafiltration, ultracentrifugation and 
chromatography. Using transmission electron microscopy we confirmed the presence of 
vesicular structures in horse milk preparations and analyzed their morphology. With the 
immunohistochemical analysis we confirmed the presence of CD63, CD81 receptors in 
exosomes. 
Conclusion. We have shown that the protein components of horse milk exosomes de-
pends on the purification method used. 

271
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PHYLOGENETIC ANALYS OF DAHPS II TYPE AMINOACID 
SEQUENCES
A.I. Semashko*, E.G. Veremeenko, N.P. Maksimova
Belarusian State University, Minsk, Belarus
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: 3-deoxy-D-arabino-heptulosonate 7-phosphate synthase, aromatic amino acids, phenazine an-
tibiotics, phylogeny
Motivation and Aim: DAHP (3-deoxy-D-arabino-heptulosonate 7-phosphate) synthase 
catalyses  the  condensation  reaction  between  phosphoenolpyruvate  and  D-erythrose 
4-phosphate as the first committed step in the biosynthesis of aromatic compounds in 
plants, fungi and bacteria. It is known about two types of DAHP synthases[1]. The first 
type of this enzyme contributes formation of aromatic amino acids, siderophores and 
quinones. The second type promotes formation of phenazine antibiotics and was dis-
covered in plants, fungi and bacteria in contrast to the first type which was find only in 
bacteria[2]. That is why the main aim of this research was detection of DAHP synthase 
II type evolution pathway. 
Methods and Algorithms: Sequencing of genes which encodes DAHP synthase II type in 
Pseudomonas bacteria was carried out. Sequences for plants, fungi, agrobacteria, cyano-
bacteria and mammals were found in GeneBank database. Alignment and plotting of a 
phylogenetic tree were made with help of program MEGA (version 6.0) using sequences 
of unique binding sites of DAHP synthase II type with substrate[3].
Results: The UPGMA-tree shows unexpected results. The first major clade comprises all 
members of plants: both with cloroplastic and nuclear DAHP-genes. The second clade 
unites Basidiomycota fungi. The third clade is complex of two following groups: cyano-
bacteria Mastigocladus and Ascomycota fungi such as Penicillium and Aspergillus. The 
forth clade unites bacteria such as Agrobacterium and Rhizobium which can interract 
with plants. The last clade combines cyanobacteria Scytonema, Pseudomonas bacteria 
and Pantholops. Thus such unusual allocation of different organisms can be explained 
by the old origin of DAHP-genes and absence of reverse mutation detection. For these 
reasons it can be observed the join of organisms from various kingdoms in one group. 
Conclusion: According to received cladogram it can be assumed that gene which en-
codes DAHP synthase II type primary appeared in ancestral cyanobacteria. After this 
part of them gave rise for modern bacteria, cyanobacteria, fungi and plants’ chloroplasts. 
Plants’ nuclear genes of DAHP synthase descended from cloroplastic genes by acquisi-
tion of introns. Appearance of such genes in grass-feeding mammals genome can be 
connected with endosymbiotic bacteria which decompose cellulose.
References:
1.  Diversity and evolution of the phenazine biosynthesis pathway / D.V. Mavrodi et al. // Appl. Environ. 
Microbiol. – 2010. – Vol. 76, № 3. – P. 866-879.
2.  Light, S.H. The diversity of allosteric controls at the gateway to aromatic amino acid biosynthesis / 
S.H. Light, W.F. Anderson // The Protein Society. – 2013. – P. 395-404.
3.  In Silico sequence analysis and molecular modeling of the three-dimensional structure of DAHP syn-
thase from Pseudomonas fragi / S. Tapas et al. // J. Mol. Model. – 2011. – Vol. 17. – P. 621-623.

272
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
TARGETED HIGH-THROUGHPUT SEQUENCING  
FOR MODY GENES IN WEST SIBERIA
E.V. Shakhtshneider*, E.N. Voropaeva, D.E. Ivanoshchuk, A.K. Ovsyannikova,  
O.D. Rymar, Y.I. Ragino, M.I. Voevoda
Institute of Internal and Preventive Medicine, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]