Significant fractions of eukaryotic genomes give rise to RNA, much of which is unannotated and has reduced protein-coding potential. The genomic origins and the associations of human nuclear and cytosolic polyadenylated RNAs longer than 200 nucleotides (nt) and whole-cell RNAs less than 200 nt were investigated in this genome-wide study. Subcellular addresses for nucleotides present in detected RNAs were assigned, and their potential processing into short RNAs was investigated. Taken together, these observations suggest a novel role for some unannotated RNAs as primary transcripts for the production of short RNAs. Three potentially functional classes of RNAs have been identified, two of which are syntenically conserved and correlate with the expression state of protein-coding genes. These data support a highly interleaved organization of the human transcriptome.

Many aerospace, civil and mechanical systems continue to be used despite ageing and the associated potential for damage accumulation. Therefore, the ability to monitor the structural health of these systems is becoming increasingly important. A wide variety of highly effective local non–destructive evaluation tools is available. However, damage identification based upon changes in vibration characteristics is one of the few methods that monitor changes in the structure on a global basis. A summary of developments in the field of global structural health monitoring that have taken place over the last thirty years is first presented. Vibration–based damage detection is a primary tool that is employed for this monitoring. Next, the process of vibration based damage detection will be described as a problem in statistical pattern recognition. This process is composed of three portions: (i) data acquisition and cleansing; (ii) feature selection and data compression; and (iii) statistical model development. Current research regarding feature selection and statistical model development will be emphasized with the application of this technology to a large–scale laboratory structure.

To better understand transcriptional regulation during human oogenesis and preimplantation development, we defined stage-specific transcription, which highlighted the cleavage stage as being highly distinctive. Here, we present multiple lines of evidence that a eutherian-specific multicopy retrogene, DUX4, encodes a transcription factor that activates hundreds of endogenous genes (for example, ZSCAN4, KDM4E and PRAMEF-family genes) and retroviral elements (MERVL/HERVL family) that define the cleavage-specific transcriptional programs in humans and mice. Remarkably, mouse Dux expression is both necessary and sufficient to convert mouse embryonic stem cells (mESCs) into 2-cell-embryo-like ('2C-like') cells, measured here by the reactivation of '2C' genes and repeat elements, the loss of POU5F1 (also known as OCT4) protein and chromocenters, and the conversion of the chromatin landscape (as assessed by transposase-accessible chromatin using sequencing (ATAC-seq)) to a state strongly resembling that of mouse 2C embryos. Thus, we propose mouse DUX and human DUX4 as major drivers of the cleavage or 2C state.

Polycomb group (PcG) complexes are multiprotein assemblages that bind to chromatin and establish chromatin states leading to epigenetic silencing1,2. PcG proteins regulate homeotic genes in flies and vertebrates, but little is known about other PcG targets and the role of the PcG in development, differentiation and disease. Here, we determined the distribution of the PcG proteins PC, E(Z) and PSC and of trimethylation of histone H3 Lys27 (me3K27) in the D. melanogaster genome. At more than 200 PcG target genes, binding sites for the three PcG proteins colocalize to presumptive Polycomb response elements (PREs). In contrast, H3 me3K27 forms broad domains including the entire transcription unit and regulatory regions. PcG targets are highly enriched in genes encoding transcription factors, but they also include genes coding for receptors, signaling proteins, morphogens and regulators representing all major developmental pathways.

Introduces a method that estimates the mean and the variance of the probability distribution of the target as a function of the input, given an assumed target error-distribution model. Through the activation of an auxiliary output unit, this method provides a measure of the uncertainty of the usual network output for each input pattern. The authors derive the cost function and weight-update equations for the example of a Gaussian target error distribution, and demonstrate the feasibility of the network on a synthetic problem where the true input-dependent noise level is known.< >

Inbred mice are a useful tool for studying the in vivo functions of platelets. Nonetheless, the mRNA signature of mouse platelets is not known. Here, we use paired-end next-generation RNA sequencing (RNA-seq) to characterize the polyadenylated transcriptomes of human and mouse platelets. We report that RNA-seq provides unprecedented resolution of mRNAs that are expressed across the entire human and mouse genomes. Transcript expression and abundance are often conserved between the 2 species. Several mRNAs, however, are differentially expressed in human and mouse platelets. Moreover, previously described functional disparities between mouse and human platelets are reflected in differences at the transcript level, including protease activated receptor-1, protease activated receptor-3, platelet activating factor receptor, and factor V. This suggests that RNA-seq is a useful tool for predicting differences in platelet function between mice and humans. Our next-generation sequencing analysis provides new insights into the human and murine platelet transcriptomes. The sequencing dataset will be useful in the design of mouse models of hemostasis and a catalyst for discovery of new functions of platelets. Access to the dataset is found in the "Introduction."

Identifying the genomic regions bound by sequence-specific regulatory factors is central both to deciphering the complex DNA cis-regulatory code that controls transcription in metazoans and to determining the range of genes that shape animal morphogenesis. We used whole-genome tiling arrays to map sequences bound in Drosophila melanogaster embryos by the six maternal and gap transcription factors that initiate anterior–posterior patterning. We find that these sequence-specific DNA binding proteins bind with quantitatively different specificities to highly overlapping sets of several thousand genomic regions in blastoderm embryos. Specific high- and moderate-affinity in vitro recognition sequences for each factor are enriched in bound regions. This enrichment, however, is not sufficient to explain the pattern of binding in vivo and varies in a context-dependent manner, demonstrating that higher-order rules must govern targeting of transcription factors. The more highly bound regions include all of the over 40 well-characterized enhancers known to respond to these factors as well as several hundred putative new cis-regulatory modules clustered near developmental regulators and other genes with patterned expression at this stage of embryogenesis. The new targets include most of the microRNAs (miRNAs) transcribed in the blastoderm, as well as all major zygotically transcribed dorsal–ventral patterning genes, whose expression we show to be quantitatively modulated by anterior–posterior factors. In addition to these highly bound regions, there are several thousand regions that are reproducibly bound at lower levels. However, these poorly bound regions are, collectively, far more distant from genes transcribed in the blastoderm than highly bound regions; are preferentially found in protein-coding sequences; and are less conserved than highly bound regions. Together these observations suggest that many of these poorly bound regions are not involved in early-embryonic transcriptional regulation, and a significant proportion may be nonfunctional. Surprisingly, for five of the six factors, their recognition sites are not unambiguously more constrained evolutionarily than the immediate flanking DNA, even in more highly bound and presumably functional regions, indicating that comparative DNA sequence analysis is limited in its ability to identify functional transcription factor targets.

Summary

 Early vertebrate embryos must achieve totipotency and prepare for zygotic genome activation (ZGA). To understand this process, we determined the DNA methylation (DNAme) profiles of zebrafish gametes, embryos at different stages, and somatic muscle and compared them to gene activity and histone modifications. Sperm chromatin patterns are virtually identical to those at ZGA. Unexpectedly, the DNA of many oocyte genes important for germline functions (i.e., piwil1) or early development (i.e., hox genes) is methylated, but the loci are demethylated during zygotic cleavage stages to precisely the state observed in sperm, even in parthenogenetic embryos lacking a replicating paternal genome. Furthermore, this cohort constitutes the genes and loci that acquire DNAme during development (i.e., ZGA to muscle). Finally, DNA methyltransferase inhibition experiments suggest that DNAme silences particular gene and chromatin cohorts at ZGA, preventing their precocious expression. Thus, zebrafish achieve a totipotent chromatin state at ZGA through paternal genome competency and maternal genome DNAme reprogramming.

The sperm chromatin of fertile men retains a small number of nucleosomes that are enriched at developmental gene promoters and imprinted gene loci. This unique chromatin packaging at certain gene promoters provides these genomic loci the ability to convey instructive epigenetic information to the zygote, potentially expanding the role and significance of the sperm epigenome in embryogenesis. We hypothesize that changes in chromatin packaging may be associated with poor reproductive outcome.