Schemata

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Foregrounding, burying and plot construction

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Coarsening Dynamics of a One-Dimensional Driven Cahn-Hilliard System

We study the one-dimensional Cahn-Hilliard equation with an additional driving term representing, say, the effect of gravity. We find that the driving field $E$ has an asymmetric effect on the solution for a single stationary domain wall (or `kink'), the direction of the field determining whether the analytic solutions found by Leung [J.Stat.Phys.{\bf 61}, 345 (1990)] are unique. The dynamics of a kink-antikink pair (`bubble') is then studied. The behaviour of a bubble is dependent on the relative sizes of a characteristic length scale $E^{-1}$, where $E$ is the driving field, and the separation, $L$, of the interfaces. For $EL \gg 1$ the velocities of the interfaces are negligible, while in the opposite limit a travelling-wave solution is found with a velocity $v \propto E/L$. For this latter case ($EL \ll 1$) a set of reduced equations, describing the evolution of the domain lengths, is obtained for a system with a large number of interfaces, and implies a characteristic length scale growing as $(Et)^{1/2}$. Numerical results for the domain-size distribution and structure factor confirm this behavior, and show that the system exhibits dynamical scaling from very early times.Comment: 20 pages, revtex, 10 figures, submitted to Phys. Rev.

Initial recommendations for performing, benchmarking, and reporting single-cell proteomics experiments

Analyzing proteins from single cells by tandem mass spectrometry (MS) has become technically feasible. While such analysis has the potential to accurately quantify thousands of proteins across thousands of single cells, the accuracy and reproducibility of the results may be undermined by numerous factors affecting experimental design, sample preparation, data acquisition, and data analysis. Broadly accepted community guidelines and standardized metrics will enhance rigor, data quality, and alignment between laboratories. Here we propose best practices, quality controls, and data reporting recommendations to assist in the broad adoption of reliable quantitative workflows for single-cell proteomics.Comment: Supporting website: https://single-cell.net/guideline

Ten Simple Rules for Effective Computational Research

<p>Ten Simple Rules for Effective Computational Research</p

Structural Elucidation and Functional Characterization of the Hyaloperonospora arabidopsidis Effector Protein ATR13

The oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa) is the causal agent of downy mildew on the model plant Arabidopsis thaliana and has been adapted as a model system to investigate pathogen virulence strategies and plant disease resistance mechanisms. Recognition of Hpa infection occurs when plant resistance proteins (R-genes) detect the presence or activity of pathogen-derived protein effectors delivered to the plant host. This study examines the Hpa effector ATR13 Emco5 and its recognition by RPP13-Nd, the cognate R-gene that triggers programmed cell death (HR) in the presence of recognized ATR13 variants. Herein, we use NMR to solve the backbone structure of ATR13 Emco5, revealing both a helical domain and a disordered internal loop. Additionally, we use site-directed and random mutagenesis to identify several amino acid residues involved in the recognition response conferred by RPP13-Nd. Using our structure as a scaffold, we map these residues to one of two surface-exposed patches of residues under diversifying selection. Exploring possible roles of the disordered region within the ATR13 structure, we perform domain swapping experiments and identify a peptide sequence involved in nucleolar localization. We conclude that ATR13 is a highly dynamic protein with no clear structural homologues that contains two surface-exposed patches of polymorphism, only one of which is involved in RPP13-Nd recognition specificity

Biomechanics of ascending aortic aneurysms: An investigation into 2D strain echocardiography and tensile mechanics to identify at-risk patients

The aorta is the largest artery in the body and serves as the conduit for systemic blood flow from the heart. Its central property is its passive elastic behaviour that converts fluid energy to elastic potential during systole and subsequently returns that stored potential to maintain systemic circulation during diastole. With disease the pathological remodelling of the wall can result in an impairment of its elastic function, particularly in the case of an aortic aneurysm. If left unrepaired, aortic aneurysms carry significant risk of tearing and often result in death or serious disability. Clinical guidelines for surgical intervention are based on aortic diameter thresholds, but unfortunately these criteria are insufficient and an estimated 40% of dissection and rupture cases occur at diameters below the surgical guidelines. Aortic diameter criteria do not fully relay the risk that elastic impairment and pathological remodelling contribute to dissection or rupture. Herein, this thesis tested the hypothesis that the elastic or mechanical properties of the aortic wall can be used as a marker of ascending aortic dysfunction and contribute added information beyond size to identify at-risk patients. In this work we used transesophageal echocardiography, an application of ultrasound imaging to the heart and great vessels, to assess the mechanical properties of the ascending aorta and subsequently validated this methodology with ex vivo tensile analysis on resected tissue. Specifically, we developed novel in vivo stiffness metrics termed the Cardiac Cycle Pressure Modulus (CCPM) and the Cardiac Cycle Stress Modulus (CCSM) that were compared with aortic wall histology and ex vivo stiffness and energy loss parameters that have been widely reported, previously. This approach was applied globally (i.e., circumference averaged) and regionally at four distinct foci around the aortic circumference. Global CCPM and CCSM were significantly predictive of ex vivo mechanical indices and histopathology and could be used to identify patients with adverse aortic remodelling who did not meet standard surgical criteria of ≥5.5 cm diameter. Regional analysis demonstrated that heterogeneity in CCPM and CCSM increased with medial degeneration creating uneven distribution of physiological stress in the aortic wall. Furthermore, both tensile and compressive strain patterns were observed simultaneously in neighbouring regions of some patients suggesting a more complex physio-mechanical environment than had previously been appreciated. Ultimately, this work proposes a novel assessment technique to follow patients with ascending aortic aneurysms that may provide a crucial added dimension to surgical management of patients.L'aorte est la plus grosse artère du corps et sert de conduit pour le flux sanguin systémique du cœur. Elle est caractérisée principalement par son comportement élastique passif, au cours de la systole, qui permet de convertir l'énergie des fluides en un potentiel élastique. Lors de la diastole, ce potentiel emmagasiné est utilisé afin de maintenir la circulation systémique. En condition pathologique, la paroi vasculaire subit un remodelage qui peut entraîner une altération de sa fonction élastique telle qu'observée dans les cas d'anévrismes aortiques. Sans traitement, les anévrismes aortiques comportent un risque important de rupture pouvant mener à une invalidité grave ou à la mort. Les lignes directrices cliniques pour l'intervention chirurgicale sont basées sur des seuils de diamètre aortique. Malheureusement, ces critères d'intervention sont de faibles prédicteurs d'incidents puisque environ 40% des cas de dissection et de rupture se produisent à des diamètres inférieurs aux lignes directrices chirurgicales. Le diamètre de l'aorte est un critère insuffisant pour établir la détérioration élastique et le remodelage pathologique du vaisseau contribuant à la dissection et la rupture. Dans le cadre de la présente thèse, nous avons testé l'hypothèse que les propriétés élastiques ou mécaniques de la paroi aortique peuvent être utilisées comme un marqueur de la dysfonction aortique ascendante et contribuer à titre de valeur ajoutée au critère de diamètre afin d'identifier les patients à risque.Dans le cadre de la présente thèse, nous avons utilisé l'échocardiographie trans-œsophagienne, une technique qui nous permet d'évaluer les propriétés mécaniques de l'aorte ascendante via l'imagerie ultrasonore du cœur et des grands vaisseaux. Nous avons ensuite validé cette méthodologie avec un essai de traction ex vivo sur tissu réséqué. Plus précisément, nous avons développé de nouvelles mesures de rigidité in vivo appelées le «Cardiac Cycle Pressure Modulus» (CCPM) et le «Cardiac Cycle Stress Modulus» (CCSM). Ces nouvelles mesures ont été comparées avec différentes techniques bien établies dans la littérature telles que l'histologie, les paramètres de rigidité et les paramètres de perte d'énergie ex vivo de la paroi aortique. Cette approche a été appliquée de façon globale (c'est-à-dire, la moyenne de la circonférence) et de façon régionale, soit à quatre foyers distincts de la circonférence aortique. Le CCPM global et le CCSM global ont été significativement prédictifs des indices mécaniques ex vivo et de l'histopathologie. Ces mesures pourraient être utilisées pour identifier les patients ayant un remodelage aortique défavorable et qui ne répondraient pas aux critères chirurgicaux standard de ≥5,5 cm de diamètre. L'analyse régionale a démontré que l'hétérogénéité dans le CCPM et le CCSM augmente avec la dégénérescence médiale créant une distribution inégale du stress physiologique dans la paroi aortique. De plus, des profils de déformation à la traction et à la compression ont été observés de façon simultanée dans des régions avoisinantes de l'aorte de certains patients, ce qui suggère un environnement physio-mécanique plus complexe que ce qui a été précédemment signalé. Finalement, la présente thèse propose une nouvelle technique d'évaluation des patients ayant un anévrisme de l'aorte ascendante. Cette technique peut fournir une dimension supplémentaire et cruciale à la gestion chirurgicale des patients

The effect of wall shear stress in a novel endothelial tissue culture model of arterial curvature

Vessel wall shear stress (WSS) is hypothesized to cause focal endothelial cell (EC) dysfunction leading to a pro-inflammatory environment. Clinical observations of focal atherosclerosis have been documented in arterial bifurcations, branch points and in lesser arterial curvature. In both in vivo and in vitro experiments, it has been demonstrated that WSS can stimulate a cascade of biochemical interactions which activate the inflammatory pathway. The resultant functional changes include altered expression of inter- and vascular- cellular adhesion molecules (ICAM-1 and VCAM-1, respectively) on the luminal surface of the endothelium. This change in phenotype may indicate the early stages of lesion development by facilitating the adhesion of circulating leukocytes.We have created a three-dimensional tissue culture model using the non-dimensional Dean's number to model physiological hemodynamics in a curved artery (De=104). WSS within our tissue culture model is defined for the inner and outer walls using computational fluid dynamics to ensure well-defined stimuli. ECs cultured within the model are subjected to 24h perfusion experiments at an inlet WSS of 10 dynes/cm2. Regional changes in EC phenotype are evaluated using cell morphology (shape index), protein expression, and circulating leukocyte attachment. EC shape index suggests that ECs lining the inner wall exhibit an atheroprone phenotype relative to those seen lining the outer wall, with significance being observed throughout the entirety of the 180° curve. Similarly, leukocyte distribution favours the inner wall of the tissue culture model between 0°-90°. However, Western Blot analysis demonstrates a 54% decrease in endothelial ICAM-1 in the curve relative to the straight internal control. This study demonstrates that flow through a curved vessel results in significant regional variations in EC phenotype and preferential leukocyte adhesion in vitro, providing further insight into the role of localized hemodynamics in the early stages of atherosclerosis.Il existe une hypothèse spéculant que les variations locales des forces hémodynamiques, particulièrement la contrainte de cisaillement à la paroi (CCP), mènent à un dérèglement important des cellules endothéliales (CEs) causant un environnement pro-inflammatoire. Les observations cliniques d'athérosclérose ont été documentées principalement dans: les bifurcations artérielles, les points de branchement et à la courbure artérielle. Des expériences in vivo et in vitro ont démontré que la CCP peut engendrer une cascade d'interactions biochimiques qui finissent par activer la voie inflammatoire. Les changements fonctionnels incluent : une expression modifiée des molécules d'adhésion inter-vasculaires et-cellulaire (ICAM-1 et VCAM-1, respectivement) de la surface luminale de l'endothélium. Ce changement de phénotype peuvent aider à identifier les premières phases du développement d'une lésion en facilitant l'adhérence des leucocytes en circulation dans le sang.Nous avons créé un modèle tridimensionnel de culture cellulaire en utilisant le nombre adimensionnel de Dean pour modéliser l'hémodynamique physiologique dans une artère courbée (De = 104). La CCP au sein de notre modèle de culture cellulaire est définie par les murs intérieurs et extérieurs en utilisant une méthode de dynamique des fluides computationnelle. Les CEs cultivées dans le modèle sont soumis à des expériences de perfusion pour une durée de 24h et à une CCP a l'entrée de 10 dynes/cm2. Les changements régionaux dans le phénotype des CEs sont évaluées en utilisant des indices de morphologie cellulaire (indice de forme par exemple), l'expression de certaines protéines et l'attachement des leucocytes circulants. L'indice de forme suggère que les CEs tapissant la paroi interne de notre modèle courbé présentent un phénotype atheroprone important par rapport à ceux vus tapissant le mur extérieur observée dans l'ensemble de la courbe de 180°. De même, la distribution des leucocytes favorise le mur interne du modèle de culture cellulaire entre 0°-90°. Cependant, l'analyse Western Blot montre une réduction de 54% en concentration de protéine endothéliale ICAM-1 dans la courbe relative au contrôle interne de droites. Cette étude démontre que le flux à travers un vaisseau courbé donne des résultats avec d'importantes variations locales dans le phénotype des CEs et préférentielles d'adhérence des leucocytes in vitro, donnant un aperçu futur sur le rôle de l'hémodynamique local dans les premiers stades de l'athérosclérose

Defamiliarisation and foregrounding: representing experiences of change of state and perception in neurological illness autobiographies

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