Disulfide cross-links in the interaction of a cataract-linked αA-crystallin mutant with βB1-crystallin

AbstractA number of αA-crystallin mutants are associated with hereditary cataract including cysteine substitution at arginine 49. We report the formation of affinity-driven disulfide bonds in the interaction of αA-R49C with βB1-crystallin. To mimic cysteine thiolation in the lens, βB1-crystallin was modified by a bimane probe through a disulfide linkage. Our data suggest a mechanism whereby a transient disulfide bond occurs between αA- and βB1-crystallin followed by a disulfide exchange with cysteine 49 of a neighboring αA-crystallin subunit. This is the first investigation of disulfide bonds in the confine of the chaperone/substrate complex where reaction rates are favored by orders of magnitude. Covalent protein cross-links are a hallmark of age-related cataract and may be a factor in its inherited form

Collaborative edge mobile model for IoT emergency management

Traffic congestion has resulted in the loss of human lives globally as a result of failing to transfer accident victims, critical patients, medical equipment, and medications on time. With the ever-increasing volume of vehicular traffic, the convergence of Edge-based approaches has emerged as a potential platform for a Collaborative Edge Traffic Management Model. The collaborative edge model focuses on three objectives reducing the latency of the ambulance arrival to the accident, delivering the ambulance to the closest hospital and taking into consideration the patient case severity by a set of collaborating edges communicating to facilitate and manage this process

Membrane transporters studied by EPR spectroscopy: structure determination and elucidation of functional dynamics

During their mechanistic cycles membrane transporters often undergo extensive conformational changes, sampling a range of orientations, in order to complete their function. Such membrane transporters present somewhat of a challenge to conventional structural studies; indeed, crystallization of membrane-associated proteins sometimes require conditions that vary vastly from their native environments. Moreover, this technique currently only allows for visualization of single selected conformations during any one experiment. EPR spectroscopy is a magnetic resonance technique that offers a unique opportunity to study structural, environmental and dynamic properties of such proteins in their native membrane environments, as well as readily sampling their substrate-binding-induced dynamic conformational changes especially through complementary computational analyses. Here we present a review of recent studies that utilize a variety of EPR techniques in order to investigate both the structure and dynamics of a range of membrane transporters and associated proteins, focusing on both primary (ABC-type transporters) and secondary active transporters which were key interest areas of the late Professor Stephen Baldwin to whom this review is dedicated

Biochemical Characterization and Evaluation of a Brugia malayi Small Heat Shock Protein as a Vaccine against Lymphatic Filariasis

Filarial nematodes enjoy one of the longest life spans of any human pathogen due to effective immune evasion strategies developed by the parasite. Among the various immune evasion strategies exhibited by the parasite, Interleukin 10 (IL-10) productions and IL-10 mediated immune suppression has significant negative impact on the host immune system. Recently, we identified a small heat shock protein expressed by Brugia malayi (BmHsp12.6) that can bind to soluble human IL-10 receptor alpha (IL-10R) and activate IL-10 mediated effects in cell lines. In this study we show that the IL-10R binding region of BmHsp12.6 is localized to its N-terminal region. This region has significant sequence similarity to the receptor binding region of human IL-10. In vitro studies confirm that the N-terminal region of BmHsp12.6 (N-BmHsp12.6) has IL-10 like activity and the region containing the alpha crystalline domain and C-terminus of BmHsp12.6 (BmHsp12.6αc) has no IL-10 like activity. However, BmHsp12.6αc contains B cell, T cell and CTL epitopes. Members of the sHSP families are excellent vaccine candidates. Evaluation of sera samples from putatively immune endemic normal (EN) subjects showed IgG1 and IgG3 antibodies against BmHsp12.6αc and these antibodies were involved in the ADCC mediated protection. Subsequent vaccination trials with BmHsp12.6αc in a mouse model using a heterologous prime boost approach showed that 83% protection can be achieved against B. malayi L3 challenge. Results presented in this study thus show that the N-BmHsp12.6 subunit of BmHsp12.6 has immunoregulatory function, whereas, the BmHsp12.6αc subunit of BmHsp12.6 has significant vaccine potential

αA-crystallin R49Cneo mutation influences the architecture of lens fiber cell membranes and causes posterior and nuclear cataracts in mice

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>αA-crystallin (CRYAA/HSPB4), a major component of all vertebrate eye lenses, is a small heat shock protein responsible for maintaining lens transparency. The R49C mutation in the αA-crystallin protein is linked with non-syndromic, hereditary human cataracts in a four-generation Caucasian family.</p> <p>Methods</p> <p>This study describes a mouse cataract model generated by insertion of a neomycin-resistant (neo^r) gene into an intron of the gene encoding mutant R49C αA-crystallin. Mice carrying the neo^rgene and wild-type <it>Cryaa </it>were also generated as controls. Heterozygous knock-in mice containing one wild type gene and one mutated gene for αA-crystallin (WT/R49C^neo) and homozygous knock-in mice containing two mutated genes (R49C^neo/R49C^neo) were compared.</p> <p>Results</p> <p>By 3 weeks, WT/R49C^neomice exhibited large vacuoles in the cortical region 100 μm from the lens surface, and by 3 months posterior and nuclear cataracts had developed. WT/R49C^neomice demonstrated severe posterior cataracts at 9 months of age, with considerable posterior nuclear migration evident in histological sections. R49C^neo/R49C^neomice demonstrated nearly complete lens opacities by 5 months of age. In contrast, R49C mice in which the neo^rgene was deleted by breeding with CreEIIa mice developed lens abnormalities at birth, suggesting that the neo^rgene may suppress expression of mutant R49C αA-crystallin protein.</p> <p>Conclusion</p> <p>It is apparent that modification of membrane and cell-cell interactions occurs in the presence of the αA-crystallin mutation and rapidly leads to lens cell pathology <it>in vivo</it>.</p

Développement de récupérateurs d’énergie sans fil à base de transducteurs magnétoélectriques pour des applications biomédicales

E-Health and the Internet of Things (IoT) are two growing markets, related to each other by the interconnection of nomadic objects for the “quantified self”, where each patient can perform his own physiological tests. To that purpose, one of the technological challenges lies in the power autonomy, since energy must be supplied to the system with a minimum interaction from the outside. Hence, the development of a wireless energy harvester has a very wide range of applications. In this context, magnetoelectric (ME) materials arouse a significant scientific interest as energy transducers to transform electromagnetic energy provided from the outside into electrical energy available to power the system. ME materials are laminar composites based on piezoelectric and magnetostrictive layers, generally glued together. The device is usually connected to an electrical interface via deposited electrodes. When the ME material is driven by an external magnetic field, magnetostrictive elements are subject to mechanical constraints and motion. This motion is then transferred to the piezoelectric element which generates a voltage between its electrodes. Then, the energy must be shaped (conditioned) and managed at the system level (power management). For piezoelectric energy harvesters, many optimization strategies already exist to maximize the power flow from the transducer to the energy storage unit. This optimization takes into account the impact of the energy harvesting circuit on the overall performances of the system. Yet, to this day, no optimal solution has been identified to fit the specific constraints imposed by magnetoelectric resonators. Taking into account the specificity of magnetoelectric resonators at the system level will be a key point of this thesis. The thesis will thus aim at studying and designing the architecture of energy harvesting and conditioning systems for magnetoelectric transducers.Les technologies de la santé et l’Internet des Objets (IoT) sont deux marchés en pleine croissance, liés par l’interconnexion d’objets nomades pour le « quantified self », où chaque patient peut effectuer ses propres tests physiologiques. À cette fin, l’un des défis technologiques réside dans l’autonomie de la puissance, car l’énergie doit être fournie au système avec un minimum d’interaction de l’extérieur. Par conséquent, le développement d’un récupérateur d’énergie sans fil a un très large éventail d’applications. Dans ce contexte, les matériaux magnétoélectriques (ME) suscitent un intérêt scientifique important en tant que transducteurs d’énergie pour alimenter le système. Les matériaux ME sont des composites laminaires à base de couches piézoélectriques et magnétostrictives, généralement collées ensemble. Lorsque le matériau ME est entraîné par un champ magnétique externe, les éléments magnétostrictifs sont soumis à des contraintes mécaniques et à des mouvements. Ce mouvement est ensuite transféré à l’élément piézoélectrique qui génère une tension entre ses électrodes. Ensuite, l’énergie doit être façonnée (conditionnée) et gérée au niveau du système (gestion de l’alimentation). Pour les récupérateurs d’énergie piézoélectriques, de nombreuses stratégies d’optimisation existent déjà pour maximiser le flux de puissance du transducteur à l’unité de stockage d’énergie. Cette optimisation prend en compte l’impact du circuit de récupération d’énergie sur les performances globales du système. Pourtant, à ce jour, aucune solution optimale n’a été identifiée pour s’adapter aux contraintes spécifiques imposées par les résonateurs magnétoélectriques. La prise en compte de la spécificité des résonateurs magnétoélectriques au niveau du système sera un point clé de cette thèse. La thèse visera donc à étudier et à concevoir l’architecture des systèmes de récupération et de conditionnement d’énergie pour les transducteurs magnétoélectriques

Développement de récupérateurs d’énergie sans fil à base de transducteurs magnétoélectriques pour des applications biomédicales

E-Health and the Internet of Things (IoT) are two growing markets, related to each other by the interconnection of nomadic objects for the “quantified self”, where each patient can perform his own physiological tests. To that purpose, one of the technological challenges lies in the power autonomy, since energy must be supplied to the system with a minimum interaction from the outside. Hence, the development of a wireless energy harvester has a very wide range of applications. In this context, magnetoelectric (ME) materials arouse a significant scientific interest as energy transducers to transform electromagnetic energy provided from the outside into electrical energy available to power the system. ME materials are laminar composites based on piezoelectric and magnetostrictive layers, generally glued together. The device is usually connected to an electrical interface via deposited electrodes. When the ME material is driven by an external magnetic field, magnetostrictive elements are subject to mechanical constraints and motion. This motion is then transferred to the piezoelectric element which generates a voltage between its electrodes. Then, the energy must be shaped (conditioned) and managed at the system level (power management). For piezoelectric energy harvesters, many optimization strategies already exist to maximize the power flow from the transducer to the energy storage unit. This optimization takes into account the impact of the energy harvesting circuit on the overall performances of the system. Yet, to this day, no optimal solution has been identified to fit the specific constraints imposed by magnetoelectric resonators. Taking into account the specificity of magnetoelectric resonators at the system level will be a key point of this thesis. The thesis will thus aim at studying and designing the architecture of energy harvesting and conditioning systems for magnetoelectric transducers.Les technologies de la santé et l’Internet des Objets (IoT) sont deux marchés en pleine croissance, liés par l’interconnexion d’objets nomades pour le « quantified self », où chaque patient peut effectuer ses propres tests physiologiques. À cette fin, l’un des défis technologiques réside dans l’autonomie de la puissance, car l’énergie doit être fournie au système avec un minimum d’interaction de l’extérieur. Par conséquent, le développement d’un récupérateur d’énergie sans fil a un très large éventail d’applications. Dans ce contexte, les matériaux magnétoélectriques (ME) suscitent un intérêt scientifique important en tant que transducteurs d’énergie pour alimenter le système. Les matériaux ME sont des composites laminaires à base de couches piézoélectriques et magnétostrictives, généralement collées ensemble. Lorsque le matériau ME est entraîné par un champ magnétique externe, les éléments magnétostrictifs sont soumis à des contraintes mécaniques et à des mouvements. Ce mouvement est ensuite transféré à l’élément piézoélectrique qui génère une tension entre ses électrodes. Ensuite, l’énergie doit être façonnée (conditionnée) et gérée au niveau du système (gestion de l’alimentation). Pour les récupérateurs d’énergie piézoélectriques, de nombreuses stratégies d’optimisation existent déjà pour maximiser le flux de puissance du transducteur à l’unité de stockage d’énergie. Cette optimisation prend en compte l’impact du circuit de récupération d’énergie sur les performances globales du système. Pourtant, à ce jour, aucune solution optimale n’a été identifiée pour s’adapter aux contraintes spécifiques imposées par les résonateurs magnétoélectriques. La prise en compte de la spécificité des résonateurs magnétoélectriques au niveau du système sera un point clé de cette thèse. La thèse visera donc à étudier et à concevoir l’architecture des systèmes de récupération et de conditionnement d’énergie pour les transducteurs magnétoélectriques

Development of wireless energy harvesters based on magnetoelectric transducers for biomedical applications

Les technologies de la santé et l’Internet des Objets (IoT) sont deux marchés en pleine croissance, liés par l’interconnexion d’objets nomades pour le « quantified self », où chaque patient peut effectuer ses propres tests physiologiques. À cette fin, l’un des défis technologiques réside dans l’autonomie de la puissance, car l’énergie doit être fournie au système avec un minimum d’interaction de l’extérieur. Par conséquent, le développement d’un récupérateur d’énergie sans fil a un très large éventail d’applications. Dans ce contexte, les matériaux magnétoélectriques (ME) suscitent un intérêt scientifique important en tant que transducteurs d’énergie pour alimenter le système. Les matériaux ME sont des composites laminaires à base de couches piézoélectriques et magnétostrictives, généralement collées ensemble. Lorsque le matériau ME est entraîné par un champ magnétique externe, les éléments magnétostrictifs sont soumis à des contraintes mécaniques et à des mouvements. Ce mouvement est ensuite transféré à l’élément piézoélectrique qui génère une tension entre ses électrodes. Ensuite, l’énergie doit être façonnée (conditionnée) et gérée au niveau du système (gestion de l’alimentation). Pour les récupérateurs d’énergie piézoélectriques, de nombreuses stratégies d’optimisation existent déjà pour maximiser le flux de puissance du transducteur à l’unité de stockage d’énergie. Cette optimisation prend en compte l’impact du circuit de récupération d’énergie sur les performances globales du système. Pourtant, à ce jour, aucune solution optimale n’a été identifiée pour s’adapter aux contraintes spécifiques imposées par les résonateurs magnétoélectriques. La prise en compte de la spécificité des résonateurs magnétoélectriques au niveau du système sera un point clé de cette thèse. La thèse visera donc à étudier et à concevoir l’architecture des systèmes de récupération et de conditionnement d’énergie pour les transducteurs magnétoélectriques.E-Health and the Internet of Things (IoT) are two growing markets, related to each other by the interconnection of nomadic objects for the “quantified self”, where each patient can perform his own physiological tests. To that purpose, one of the technological challenges lies in the power autonomy, since energy must be supplied to the system with a minimum interaction from the outside. Hence, the development of a wireless energy harvester has a very wide range of applications. In this context, magnetoelectric (ME) materials arouse a significant scientific interest as energy transducers to transform electromagnetic energy provided from the outside into electrical energy available to power the system. ME materials are laminar composites based on piezoelectric and magnetostrictive layers, generally glued together. The device is usually connected to an electrical interface via deposited electrodes. When the ME material is driven by an external magnetic field, magnetostrictive elements are subject to mechanical constraints and motion. This motion is then transferred to the piezoelectric element which generates a voltage between its electrodes. Then, the energy must be shaped (conditioned) and managed at the system level (power management). For piezoelectric energy harvesters, many optimization strategies already exist to maximize the power flow from the transducer to the energy storage unit. This optimization takes into account the impact of the energy harvesting circuit on the overall performances of the system. Yet, to this day, no optimal solution has been identified to fit the specific constraints imposed by magnetoelectric resonators. Taking into account the specificity of magnetoelectric resonators at the system level will be a key point of this thesis. The thesis will thus aim at studying and designing the architecture of energy harvesting and conditioning systems for magnetoelectric transducers

Power-limiting phenomena in a magnetoelectric transducer for wireless power transfer

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