Abstract It is critical to discover biomarkers for non-invasive evaluation of the levels of inflammation and oxidative stress in human body - two key pathological factors in numerous diseases. Our study has indicated keratin 1-based epidermal autofluorescence (AF) as a biomarker of this type: Inducers of both inflammation and oxidative stress dose-dependently increased epidermal green AF with polyhedral structure in mice, with the AF intensity being highly associated with the dosages of the inducers. Lung cancer also induced increased epidermal green AF of mice, which was mediated by inflammation. Significant and asymmetrical increases in green AF intensity with polyhedral structure were found in the Dorsal Index Fingers’ skin of acute ischemic stroke (AIS) patients. While the AF intensity of the subjects with high risk for developing AIS, ischemic stroke patients in recovery phase and lung cancer patients was significantly higher than that of healthy controls, both AF intensity and AF asymmetry of these four groups were markedly lower than those of the AIS patients, which have shown promise for AIS diagnosis. Several lines of evidence have indicated K1 as an origin of the AF, e.g., K1 siRNA administration attenuated the oxidative stress-induced AF increase of mice. Collectively, our study has indicated K1-based epidermal AF as a biomarker for non-invasive evaluation of the levels of inflammation and oxidative stress in the body. These findings have established a basis for novel keratin’s AF-based biomedical imaging technology for non-invasive, efficient and economic diagnosis and screening of such inflammation- and oxidative stress-associated diseases as AIS.

Keratins play critical roles in intermediate filament formation, inflammatory responses and cellular signaling in epithelium. While keratins is a major epidermal fluorophore, the mechanisms underlying the autofluorescence (AF) of keratins and its biomedical implications have remained unknown. Our study used mouse skin as a model to study these topics, showing that UV dose-dependently induced increases in green AF at the spinous layer of the epidermis of mouse within 6 hr of the UV exposures, which may be used for non-invasive prediction of UV-induced skin damage. The UV-induced AF appears to be induced by cysteine protease-mediated keratin 1 proteolysis: 1) UV rapidly induced significant keratin 1 degradation; 2) administration of keratin 1 siRNA largely decreased the UV-induced AF; and 3) administration of E-64, a cysteine protease inhibitor, significantly attenuated the UV-induced AF and keratin 1 degradation. Our study has also suggested that the UV-induced keratin 1 proteolysis may be a novel crucial pathological factor in UV-induced skin damage, which is supported by both the findings that indicate critical biological roles of keratin 1 in epithelium and our observation that prevention of UV-induced keratin 1 proteolysis can lead to decreased UV-induced skin damage. Collectively, our study has suggested that UV-induced keratin 1 proteolysis may be a novel and valuable target for diagnosis, prevention and treatment of UV-induced skin damage.

Fusidic acid (WU-FA-00) is the only commercially available antimicrobial from the fusidane family that has a narrow spectrum of activity against Gram-positive bacteria. Herein, the hydrogenation derivative (WU-FA-01) of fusidic acid was prepared, and both compounds were examined against a panel of six bacterial strains. In addition, their anti-inflammation properties were evaluated using a 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)-induced mouse ear edema model. The results of the antimicrobial assay revealed that both WU-FA-00 and WU-FA-01 displayed a high level of antimicrobial activity against Gram-positive strains. Moreover, killing kinetic studies were performed, and the results were in accordance with the MIC and MBC results. We also demonstrated that the topical application of WU-FA-00 and WU-FA-01 effectively decreased TPA-induced ear edema in a dose-dependent manner. This inhibitory effect was associated with the inhibition of TPA-induced up-regulation of pro-inflammation cytokines IL-1β, TNF-α and COX-2. WU-FA-01 significantly suppressed the expression levels of p65, Iκβ-α, and p-Iκβ-α in the TPA-induced mouse ear model. Overall, our results showed that WU-FA-00 and WU-FA-01 not only had effective antimicrobial activities in vitro, especially to the Gram-positive bacteria, but also possessed strong anti-inflammatory effects in vivo. These results provide a scientific basis for developing fusidic acid derivatives as antimicrobial and anti-inflammatory agents.

Abstract Mitochondrial Ca 2+ (mitoCa 2+ ) simultaneously implicates respiration, mitochondrial physiology, and cell signaling, which prevents the disentanglement of mitoCa 2+ from those complex processes. Although mitochondria have long been recognized as temporary Ca 2+ buffer, how mitoCa 2+ is regulated and released remains unclear. In this study, we report a specific photochemical excitation to flavoproteins in single-mitochondrion tubulars by a tightly-focused femtosecond laser that triggers local mitoCa 2+ transients, without any extra-mitochondrial Ca 2+ involved. The two-photon excitation to complex I and II accelerates the entire electron transport chain (ETC) and promotes ATP synthesis. Free mitoCa 2+ is thus released from the Ca 2+ -phosphate ion (Pi) complexes at complex V in mitochondrial matrix during ATP synthesis to form mitoCa 2+ transients there. The abnormal mitoCa 2+ signaling by knockdown of ATP synthase subunit affects cell proliferation, apoptosis, and mitophagy. Our results reveal mitoCa 2+ is released and regulated by ETC and ATP synthesis rather than the reverse. Mitochondria are multi-functional units to simultaneously produce energy and coordinate molecular signaling for cells. The key process of metabolism, tricarboxylic acid (TCA) cycle, is continuously ongoing in mitochondrial matrix and generates reducing equivalents for subsequent electron transfer (Martinez-Reyes and Chandel, 2020; Martinez-Reyes et al., 2016). The respiration is accomplished by electron transport chain (ETC) in the inner mitochondrial membrane (IMM) (Marreiros et al., 2016). Mitochondria regulate a series of signaling cascades to mediate apoptosis, autophagy, and cell senescence (Galluzzi et al., 2014; Rasola and Bernardi, 2011; Ziegler et al., 2021). Biosynthesis of some amino acids and nucleotides also takes place in mitochondria (Ahn and Metallo, 2015; Li and Hoppe, 2023). Those processes are involved with each other through complex crosstalk and feedbacks. Mitochondria have long been recognized as Ca 2+ buffer to temporarily deposit abnormal cytosolic Ca 2+ for cellular Ca 2+ homeostasis (Garbincius and Elrod, 2022; Kirichok et al., 2004; Lambert et al., 2019). However, the Ca 2+ entry into mitochondria definitely influence those mitochondrial processes and functions (Garbincius and Elrod, 2022). The acute and direct consequences of Ca 2+ entry into mitochondria are found as depolarization of mitochondrial membrane potential (MMP). If the cellular Ca 2+ level is too high, mitochondria may become damaged and dysfunctional. Mitophagy/autophagy and even apoptosis are initiated (Galluzzi et al., 2014; Lou et al., 2020; Rasola and Bernardi, 2011). Moreover, Ca 2+ in mitochondrial matrix (mitoCa 2+ ) takes an essential role in quite a few physiological processes including mitochondrial fission and fusion, cell development, and proliferation (Doonan et al., 2014; Singh and Mabalirajan, 2021; Steffen and Koehler, 2018). The respiration is also believed to be related to mitoCa 2+ (Glancy and Balaban, 2012; Wescott et al., 2019). Technically, perturbation to mitoCa 2+ affects most mitochondrial processes and physiology, which makes it quite difficult to interrogate how Ca 2+ is regulated and released in mitochondria. So far, the regulation of mitoCa 2+ remains in mist. In this study, we report a single-mitochondrion photochemical process by tightly-focused femtosecond laser that specifically excites complex I and II by two-photon excitation and accelerate ETC. Free mitoCa 2+ is released from Ca 2+ -phosphate ion (Pi) complexes by ATP synthesis at complex V in mitochondria. These results clarify the mechanism of mitoCa 2+ regulation and provide further insights in the relationship between mitoCa 2+ and respiration.

Targeted cell ablation is a powerful strategy for investigating the function of individual neurons within neuronal networks. Multiphoton ablation technology by a tightly focused femtosecond laser, with its significant advantages of noninvasiveness, high efficiency, and single-cell resolution, has been widely used in the study of neuroscience. However, the firing activity of the ablated neuron and its impact on the surrounding neurons and entire neuronal ensembles are still unclear. In this study, we describe the depolarization process of targeted neuron ablation by a femtosecond laser based on a standard two-photon microscope in vitro and in vivo. The photoporation damages the cell membrane, depolarizes the membrane potential, and thus disables the neuron's ability to fire action potentials. The dysfunctional neuron after laser ablation affects both the responses of surrounding neighbors and the functions of ensemble neurons in vivo. Although abnormal Ca

In modern society, with the development of science and technology, autonomous driving technology has gradually been integrated into our lives. People know that the autonomous driving system is very important for cars of this era because this system can bring convenience to people, and the working principle of this system mainly relies on fast and accurate image processing technology to issue instructions to the car. This article will introduce a new FPGA-based system, which is a key component of data fusion in autonomous driving applications because it can achieve accelerated image feature extraction. In addition, by leveraging the parallel processing capabilities of FPGA technology, the system significantly reduced latency and increased throughput, thereby greatly optimizing performance. Finally, this paper proved the efficiency and scalability of the system, making it an important part of the data fusion pipeline of autonomous vehicles, and the future development and research of autonomous vehicles will focus on improving resolution support and improving feature extraction capabilities.

IL-26 is a crucial inflammatory cytokine that participates in defending host cells against infections. We initially cloned and identified the cDNA sequences of interleukin (IL)-26 in channel catfish (Ictalurus punctatus). The open reading frame (ORF) of IpIL-26 was 537 bp in length, encoding 178 amino acids (aa). Constitutive expression of IpIL-26 was observed in tested tissues, with the highest level found in the gill and spleen. To explore the function of IpIL-26 in channel catfish, different stimuli were used to act on both channel catfish and channel catfish kidney cells (CCK). The expression of IpIL-26 could be up-regulated by bacteria and viruses in multiple tissues. In vitro, recombinant IpIL-26 (rIpIL-26) could induce the expression levels of inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-20, and IL-22 playing vital roles in defending the host against infections. Our results demonstrated that IpIL-26 might be an essential cytokine, significantly affecting the immune defense of channel catfish against pathogen infections.