In recent years, convolutional neural networks (CNNs) based machine learning algorithms have been widely applied in computer vision applications. However, for large-scale CNNs, the computation-intensive, memory-intensive and resource-consuming features have brought many challenges to CNN implementations. This work proposes an end-to-end FPGA-based CNN accelerator with all the layers mapped on one chip so that different layers can work concurrently in a pipelined structure to increase the throughput. A methodology which can find the optimized parallelism strategy for each layer is proposed to achieve high throughput and high resource utilization. In addition, a batch-based computing method is implemented and applied on fully connected layers (FC layers) to increase the memory bandwidth utilization due to the memory-intensive feature. Further, by applying two different computing patterns on FC layers, the required on-chip buffers can be reduced significantly. As a case study, a state-of-the-art large-scale CNN, AlexNet, is implemented on Xilinx VC709. It can achieve a peak performance of 565.94 GOP/s and 391 FPS under 156MHz clock frequency which outperforms previous approaches.

Abstract Physiologic laminar shear stress (LSS) induces an endothelial gene expression profile that is vasculo-protective. In this report, we delineate how LSS mediates changes in the epigenetic landscape to promote this beneficial response. We show that under LSS, KLF4 interacts with the SWI/SNF nucleosome remodeling complex to increase accessibility at enhancer sites that promote expression of homeostatic endothelial genes. By combining molecular and computational approaches we discovered enhancers that loop to promoters of known and novel KLF4- and LSS-responsive genes that stabilize endothelial cells and suppress inflammation, such as BMPR2 and DUSP5 . By linking enhancers to genes that they regulate under physiologic LSS, our work establishes a foundation for interpreting how non-coding DNA variants in these regions might disrupt protective gene expression to influence vascular disease.

ABSTRACT Neutrophil elastase (NE) is implicated in pulmonary arterial hypertension (PAH) but the role of neutrophils in the pathogenesis of PAH is unclear. Here we show that neutrophils from PAH vs. control subjects produce and release increased NE associated with enhanced extracellular trap formation. PAH neutrophils are highly adherent and show decreased migration consistent with increased vinculin, identified on proteomic analysis and previously linked to an antiviral response. This was substantiated by a transcriptomic interferon signature in PAH neutrophils and an increase in human endogenous retrovirus (HERV-K) envelope protein. NE and interferon genes are induced by HERV-K envelope and vinculin is increased by HERV-K dUTPase that is elevated in PAH plasma. Neutrophil exosomes from PAH plasma contain increased NE and HERV-K envelope and induce pulmonary hypertension in mice, that is mitigated by the NE inhibitor and antiviral agent, elafin. Thus, elevated HERVs explain pathological neutrophils linked to PAH induction and progression.

ABSTRACT Pathological high shear stress (HSS, 100 dyn/cm 2 ) is generated in distal pulmonary arteries (PA) (100-500 μm) in congenital heart defects and in progressive PA hypertension (PAH) with inward remodeling and luminal narrowing. Human PA endothelial cells (PAEC) were subjected to HSS versus physiologic laminar shear stress (LSS, 15 dyn/cm 2 ). Endothelial-mesenchymal transition (EndMT), a feature of PAH not previously attributed to HSS, was observed. H3K27ac peaks containing motifs for an ETS-family transcription factor (ERG) were reduced, as was ERG-Krüppel-like factors (KLF)2/4 interaction and ERG expression. Reducing ERG by siRNA in PAEC during LSS caused EndMT; transfection of ERG in PAEC under HSS prevented EndMT. An aorto-caval shunt was preformed in mice to induce HSS and progressive PAH. Elevated PA pressure, EndMT and vascular remodeling were reduced by an adeno-associated vector that selectively replenished ERG in PAEC. Agents maintaining ERG in PAEC should overcome the adverse effect of HSS on progressive PAH.