Determination of Biomolecular Interdomain Motions using Nuclear Magnetic Resonance

Biological macromolecules can rearrange interdomain orientations when binding to various partners. Interdomain dynamics serve as a molecular mechanism to guide the transitions between orientations. However, our understanding of interdomain dynamics is limited because a useful description of interdomain motions requires an estimate of the probabilities of interdomain conformations, increasing complexity of the problem.

Staphylococcal protein A (SpA) has five tandem protein-binding domains and four interdomain linkers. The domains enable Staphylococcus aureus to evade the host immune system by binding to multiple host proteins including antibodies. Here, I present a study of the interdomain motions of two adjacent domains in SpA. NMR spin relaxation experiments identified a 6-residue flexible interdomain linker and interdomain motions. To quantify the anisotropy of the distribution of interdomain orientations, we measured residual dipolar couplings (RDCs) from the two domains with multiple alignments. The N-terminal domain was directly aligned by a lanthanide ion and not influenced by interdomain motions, so it acted as a reference frame to achieve motional decoupling. We also applied {\it de novo} methods to extract spatial dynamic information from RDCs and represent interdomain motions as a continuous distribution on the 3D rotational space. Significant anisotropy was observed in the distribution, indicating the motion populates some interdomain orientations more than others. Statistical thermodynamic analysis of the observed orientational distribution suggests that it is among the energetically most favorable orientational distributions for binding to antibodies. Thus, the affinity is enhanced by a pre-posed distribution of interdomain orientations while maintaining the flexibility required for function.

The protocol described above can be applied to other biological systems in general. Protein molecule calmodulin and RNA molecule trans-activation response element (TAR) also have intensive interdomain motions with relative small intradomain dynamics. Their interdomain motions were studied using our method based on published RDC data. Our results were consistent with literature results in general. The differences could be due to previous studies' use of physical models, which contain assumptions about potential energy and thus introduced non-experimental information into the interpretations.

On Provable Algorithms for Determination of Continuous Protein Interdomain Motions from Residual Dipolar Couplings

Dynamics of biomolecules over various spatial and time scales are essential for biological functions such as molecular recognition, catalysis and signaling. However, reconstruction of biomolecular dynamics from experimental observables requires the determination of a conformational probability distribution. Unfortunately, these distributions cannot be fully constrained by the limited information from experiments, making the problem an ill-posed one in the terminology of Hadamard. The ill-posed nature of the problem comes from the fact that it has no unique solution. Multiple or even an infinite number of solutions may exist. To avoid the ill-posed nature, the problem needs to be regularized by making assumptions, which inevitably introduce biases into the result.

Here, I present two continuous probability density function approaches to solve an important inverse problem called the RDC trigonometric moment problem. By focusing on interdomain orientations we reduced the problem to determination of a distribution on the 3D rotational space from residual dipolar couplings (RDCs). We derived an analytical equation that relates alignment tensors of adjacent domains, which serves as the foundation of the two methods. In the first approach, the ill-posed nature of the problem was avoided by introducing a continuous distribution model, which enjoys a smoothness assumption. To find the optimal solution for the distribution, we also designed an efficient branch-and-bound algorithm that exploits the mathematical structure of the analytical solutions. The algorithm is guaranteed to find the distribution that best satisfies the analytical relationship. We observed good performance of the method when tested under various levels of experimental noise and when applied to two protein systems. The second approach avoids the use of any model by employing maximum entropy principles. This 'model-free' approach delivers the least biased result which presents our state of knowledge. In this approach, the solution is an exponential function of Lagrange multipliers. To determine the multipliers, a convex objective function is constructed. Consequently, the maximum entropy solution can be found easily by gradient descent methods. Both algorithms can be applied to biomolecular RDC data in general, including data from RNA and DNA molecules.

Traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un traumatisme craniocérébral

Le traitement des émotions joue un rôle essentiel dans les relations interpersonnelles. Des déficits dans la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions faciales et vocales ont été démontrés à la suite d’un traumatisme craniocérébral (TCC). Toutefois, la majorité des études n’ont pas différencié les participants selon le niveau de gravité du TCC et n’ont pas évalué certains préalables essentiels au traitement émotionnel, tels que la capacité à percevoir les caractéristiques faciales et vocales, et par le fait même, la capacité à y porter attention. Aucune étude ne s’est intéressée au traitement des émotions évoquées par les expressions musicales, alors que la musique est utilisée comme méthode d’intervention afin de répondre à des besoins de prise en charge comportementale, cognitive ou affective chez des personnes présentant des atteintes neurologiques. Ainsi, on ignore si les effets positifs de l’intervention musicale sont basés sur la préservation de la reconnaissance de certaines catégories d’émotions évoquées par les expressions musicales à la suite d’un TCC. La première étude de cette thèse a évalué la reconnaissance des émotions de base (joie, tristesse, peur) évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales chez quarante et un adultes (10 TCC modéré-sévère, 9 TCC léger complexe, 11 TCC léger simple et 11 témoins), à partir de tâches expérimentales et de tâches perceptuelles contrôles. Les résultats suggèrent un déficit de la reconnaissance de la peur évoquée par les expressions faciales à la suite d’un TCC modéré-sévère et d’un TCC léger complexe, comparativement aux personnes avec un TCC léger simple et sans TCC. Le déficit n’est pas expliqué par un trouble perceptuel sous-jacent. Les résultats montrent de plus une préservation de la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions vocales et musicales à la suite d’un TCC, indépendamment du niveau de gravité. Enfin, malgré une dissociation observée entre les performances aux tâches de reconnaissance des émotions évoquées par les modalités visuelle et auditive, aucune corrélation n’a été trouvée entre les expressions vocales et musicales. La deuxième étude a mesuré les ondes cérébrales précoces (N1, N170) et plus tardives (N2) de vingt-cinq adultes (10 TCC léger simple, 1 TCC léger complexe, 3 TCC modéré-sévère et 11 témoins), pendant la présentation d’expressions faciales évoquant la peur, la neutralité et la joie. Les résultats suggèrent des altérations dans le traitement attentionnel précoce à la suite d’un TCC, qui amenuisent le traitement ultérieur de la peur évoquée par les expressions faciales. En somme, les conclusions de cette thèse affinent notre compréhension du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un TCC selon le niveau de gravité. Les résultats permettent également de mieux saisir les origines des déficits du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales à la suite d’un TCC, lesquels semblent secondaires à des altérations attentionnelles précoces. Cette thèse pourrait contribuer au développement éventuel d’interventions axées sur les émotions à la suite d’un TCC.

L'éthique clinique, les émotions et le processus d'analyse de cas : une étude qualitative et multi-site de comités d'éthique clinique québécois

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Impact des émotions négatives et du stress sur la mémoire : mécanismes d'action neuropsychoendocriniens spécifiques ou communs?

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Études des différences sexuelles dans les systèmes cérébraux régulateurs de la réponse de stress et des émotions chez le rat

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effets de l'auto-induction d'émotions sur un indice de la synthèse de sérotonine

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Model reduction for nonlinear aerodynamics and aeroelasticity using a Discrete Empirical Interpolation Method

A novel surrogate model is proposed in lieu of Computational Fluid Dynamics (CFD) solvers, for fast nonlinear aerodynamic and aeroelastic modeling. A nonlinear function is identified on selected interpolation points by
a discrete empirical interpolation method (DEIM). The flow field is then reconstructed using a least square approximation of the flow modes extracted
by proper orthogonal decomposition (POD). The aeroelastic reduce order
model (ROM) is completed by introducing a nonlinear mapping function
between displacements and the DEIM points. The proposed model is investigated to predict the aerodynamic forces due to forced motions using
a N ACA 0012 airfoil undergoing a prescribed pitching oscillation. To investigate aeroelastic problems at transonic conditions, a pitch/plunge airfoil
and a cropped delta wing aeroelastic models are built using linear structural models. The presence of shock-waves triggers the appearance of limit
cycle oscillations (LCO), which the model is able to predict. For all cases
tested, the new ROM shows the ability to replicate the nonlinear aerodynamic forces, structural displacements and reconstruct the complete flow
field with sufficient accuracy at a fraction of the cost of full order CFD
model.

Feasibility, normative heuristics and the proper place of historical responsibility – a reply to Ohndorf et al.

In this comment, we pick up three points raised by Ohndorf et al. (2015) in their reply to our ethical assessment of the German Advisory Council’s Budget Approach (WBGUBA). First, we discuss and clarify the relationship between ethics and political feasibility, highlighting that the way Ohndorf et el. use feasibility creates an unwarranted status quo bias. Second, we explain the proper place historical responsibility should have within the WBGUBA, stressing the fact that the reasons why we choose one policy proposal over another matter. Third, we analyze the limited extent to which a normative heuristic should motivate an ethically ambitious policy proposal like the WBGUBA.

Nuclear relaxation in low fields and the study of ultraslow atomic motions in solids

U of I Only

Fundamental domains for proper affine actions of Coxeter groups in three dimensions

We study proper actions of groups $G \cong \Z/2\Z \ast \Z/2\Z \ast \Z/2\Z$ on affine space of three real dimensions. Since $G$ is nonsolvable, work of Fried and Goldman implies that it preserves a Lorentzian metric. A subgroup $\Gamma < G$ of index two acts freely, and $\R^3/\Gamma$ is a Margulis spacetime associated to a hyperbolic surface $\Sigma$. When $\Sigma$ is convex cocompact, work of Danciger, Gu{\'e}ritaud, and Kassel shows that the action of $\Gamma$ admits a polyhedral fundamental domain bounded by crooked planes. We consider under what circumstances the action of $G$ also admits a crooked fundamental domain. We show that it is possible to construct actions of $G$ that fail to admit crooked fundamental domains exactly when the extended mapping class group of $\Sigma$ fails to act transitively on the top-dimensional simplices of the arc complex of $\Sigma$. We also provide explicit descriptions of the moduli space of $G$ actions that admit crooked fundamental domains.

Proper holding temperatures

Proper holding temperatures will ensure that Time/Temperature Control for Safety foods are not in the temperature danger zone (between 45°F and 130°F) while food items are held for further preparation and/or consumption. Hot foods must be maintained at or above 130°F. Cold foods must be maintained at or below 45°F. It also contains a holding temperature log template for use in restaurants.

Proper cooling temperatures

Proper cooling temperatures will prevent microbial growth by helping limit the time that food is exposed to the temperature danger zone. After cooking or heating, Time/Temperature for Safety (TCS) foods must be cooled quickly: From 130°F to 70°F within 2 hours, and From 70°F to 45°F within 4 hours. This sheet also contains a rapid cooling temperature log template.

Traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un traumatisme craniocérébral

Le traitement des émotions joue un rôle essentiel dans les relations interpersonnelles. Des déficits dans la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions faciales et vocales ont été démontrés à la suite d’un traumatisme craniocérébral (TCC). Toutefois, la majorité des études n’ont pas différencié les participants selon le niveau de gravité du TCC et n’ont pas évalué certains préalables essentiels au traitement émotionnel, tels que la capacité à percevoir les caractéristiques faciales et vocales, et par le fait même, la capacité à y porter attention. Aucune étude ne s’est intéressée au traitement des émotions évoquées par les expressions musicales, alors que la musique est utilisée comme méthode d’intervention afin de répondre à des besoins de prise en charge comportementale, cognitive ou affective chez des personnes présentant des atteintes neurologiques. Ainsi, on ignore si les effets positifs de l’intervention musicale sont basés sur la préservation de la reconnaissance de certaines catégories d’émotions évoquées par les expressions musicales à la suite d’un TCC. La première étude de cette thèse a évalué la reconnaissance des émotions de base (joie, tristesse, peur) évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales chez quarante et un adultes (10 TCC modéré-sévère, 9 TCC léger complexe, 11 TCC léger simple et 11 témoins), à partir de tâches expérimentales et de tâches perceptuelles contrôles. Les résultats suggèrent un déficit de la reconnaissance de la peur évoquée par les expressions faciales à la suite d’un TCC modéré-sévère et d’un TCC léger complexe, comparativement aux personnes avec un TCC léger simple et sans TCC. Le déficit n’est pas expliqué par un trouble perceptuel sous-jacent. Les résultats montrent de plus une préservation de la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions vocales et musicales à la suite d’un TCC, indépendamment du niveau de gravité. Enfin, malgré une dissociation observée entre les performances aux tâches de reconnaissance des émotions évoquées par les modalités visuelle et auditive, aucune corrélation n’a été trouvée entre les expressions vocales et musicales. La deuxième étude a mesuré les ondes cérébrales précoces (N1, N170) et plus tardives (N2) de vingt-cinq adultes (10 TCC léger simple, 1 TCC léger complexe, 3 TCC modéré-sévère et 11 témoins), pendant la présentation d’expressions faciales évoquant la peur, la neutralité et la joie. Les résultats suggèrent des altérations dans le traitement attentionnel précoce à la suite d’un TCC, qui amenuisent le traitement ultérieur de la peur évoquée par les expressions faciales. En somme, les conclusions de cette thèse affinent notre compréhension du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un TCC selon le niveau de gravité. Les résultats permettent également de mieux saisir les origines des déficits du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales à la suite d’un TCC, lesquels semblent secondaires à des altérations attentionnelles précoces. Cette thèse pourrait contribuer au développement éventuel d’interventions axées sur les émotions à la suite d’un TCC.