NucTools: analysis of chromatin feature occupancy profiles from high-throughput sequencing data

Background: Biomedical applications of high-throughput sequencing methods generate a vast amount of data in which numerous chromatin features are mapped along the genome. The results are frequently analysed by creating binary data sets that link the presence/absence of a given feature to specific genomic loci. However, the nucleosome occupancy or chromatin accessibility landscape is essentially continuous. It is currently a challenge in the field to cope with continuous distributions of deep sequencing chromatin readouts and to integrate the different types of discrete chromatin features to reveal linkages between them. Results: Here we introduce the NucTools suite of Perl scripts as well as MATLAB- and R-based visualization programs for a nucleosome-centred downstream analysis of deep sequencing data. NucTools accounts for the continuous distribution of nucleosome occupancy. It allows calculations of nucleosome occupancy profiles averaged over several replicates, comparisons of nucleosome occupancy landscapes between different experimental conditions, and the estimation of the changes of integral chromatin properties such as the nucleosome repeat length. Furthermore, NucTools facilitates the annotation of nucleosome occupancy with other chromatin features like binding of transcription factors or architectural proteins, and epigenetic marks like histone modifications or DNA methylation. The applications of NucTools are demonstrated for the comparison of several datasets for nucleosome occupancy in mouse embryonic stem cells (ESCs) and mouse embryonic fibroblasts (MEFs). Conclusions: The typical workflows of data processing and integrative analysis with NucTools reveal information on the interplay of nucleosome positioning with other features such as for example binding of a transcription factor CTCF, regions with stable and unstable nucleosomes, and domains of large organized chromatin K9me2 modifications (LOCKs). As potential limitations and problems we discuss how inter-replicate variability of MNase-seq experiments can be addressed

Improving the Quality of Multi-resolution Volume Rendering

We propose a novel method to improve the quality of multi-resolution visualizations. We reduce aliasing artifacts by approximating the data distribution with a Gaussian basis function at each level of detail for more accurate rendering at coarser levels of detail. We then show an efficient implementation of our novel Gaussian based approximation scheme and show its superiority using numerical tests and compelling renderings

Vitamin C induces Tet-dependent DNA demethylation and a blastocyst-like state in ES cells

DNA methylation is a heritable epigenetic modification involved in gene silencing, imprinting, and the suppression of retrotransposons. Global DNA demethylation occurs in the early embryo and the germ line, and may be mediated by Tet (ten eleven transloca

Acquired CYP19A1 amplification is an early specific mechanism of aromatase inhibitor resistance in ERα metastatic breast cancer

Tumor evolution is shaped by many variables, potentially involving external selective pressures induced by therapies. After surgery, patients with estrogen receptor (ERα)-positive breast cancer are treated with adjuvant endocrine therapy, including selective estrogen receptor modulators (SERMs) and/or aromatase inhibitors (AIs). However, more than 20% of patients relapse within 10 years and eventually progress to incurable metastatic disease. Here we demonstrate that the choice of therapy has a fundamental influence on the genetic landscape of relapsed diseases. We found that 21.5% of AI-treated, relapsed patients had acquired CYP19A1 (encoding aromatase) amplification (CYP19A1(amp)). Relapsed patients also developed numerous mutations targeting key breast cancer-associated genes, including ESR1 and CYP19A1. Notably, CYP19A1(amp) cells also emerged in vitro, but only in AI-resistant models. CYP19A1 amplification caused increased aromatase activity and estrogen-independent ERα binding to target genes, resulting in CYP19A1(amp) cells showing decreased sensitivity to AI treatment. These data suggest that AI treatment itself selects for acquired CYP19A1(amp) and promotes local autocrine estrogen signaling in AI-resistant metastatic patients

Origines des enrichissements en biotite dans les granites de type S : évidences pétrogéochimiques et pétrogéniques du granite de Wuluma, Australie

De nombreux travaux expérimentaux ont été effectués, au cours des dernières décennies pour recréer des magmas anatectiques felsiques à partir de la fusion par déshydratation de différents types de roches tels que des métasédiments ou des roches ignées. Cependant, les granites naturels de type S sont beaucoup plus enrichis en fer et magnésium que tous les liquides felsiques qui ont pu être obtenus expérimentalement. De plus, des analyses de liquides felsiques en inclusion dans les minéraux métamorphiques ont montré les mêmes résultats que les travaux expérimentaux. Récemment, Pentrainement de phases péritectiques lors de l'extraction du liquide a été démontré comme étant l'un des processus responsables de ces enrichissements. Seulement, un certain nombre des granites de type S riches en fer et en magnésium ne contiennent pas de minéraux tels que le grenat ou la cordiérite mais seulement un fort enrichissement enbiotite. L'hypothèse testée au cours de ce doctorat est que le processus responsable de l'enrichissement en FeO* (tout le fer est considéré comme étant du Fe2+) et MgO est l'incorporation et la désagrégation de matériel riche en FeO* et MgO lors de l'extraction et de la mise en place du granite et, que les réactions de ce matériel avec le magma entraînent la formation de biotite. Pour se faire, une étude de terrain, pétrologique et géochimique ainsi qu'une modélisation à l'aide du logiciel THERMOCALC, ont été effectuées sur un pluton granitique de croûte profonde : Le granite de Wuluma en Australie Centrale. Cette étude a permis de montrer que les enrichissements en FeO* et MgO dans le granite de Wuluma venaient principalement d'enrichissements en biotite, sous forme de schlieren, d'agrégats, ou bien dans la matrice. L'origine de trois types de schlieren a été déterminée. Les schleiren associés aux enclaves et les schleiren longs proviennent de la désagrégation et retirement d'enclaves et de lambeaux de roches encaissantes (pris entre les différents dykes de magmas). Les schlieren wispy viennent de la déformation de porphyroblastes de minéraux ferromagnésiens dans le granite. Une fois incorporés dans le granite, les minéraux ferromagnésiens présents dans les enclaves, roches encaissantes et porphyroblastes sont progressivement remplacés par la biotite. Cette étude montre que la cristallisation des phases anhydres entraine une augmentation de la teneur en H2O du magma, ce qui permet de remplacer tous les minéraux ferromagnésiens présents par de la biotite. Le temps pendant lequel le système va rester ouvert et la teneur en H2O du magma sont des facteurs déterminants pour engendrer ces réactions de remplacement. Cette étude a permis de mieux définir ce qu'il advient des minérauxpéritectiques après avoir été entraînés dans le magma anatectique et des xénocristaux incorporés lors de la mise en place du magma, avant qu'ils ne soient érodés et dispersés dans le granite, comme c'est le cas pour les granites ayant vu passer des quantités de magmas plus importantes ou mis en place à des niveaux supérieurs dans la croûte