A potential energy function for the water dimer has been developed with an artificial neural network (back propagation of error algorithm). The potential energy surface was obtained with 6s3p3d/3s3p MP2 ab initio MO calculations. The trained neural network reproduced the potential energy surface of the water dimer very well, not only in the low-energy region but also in the high-energy region.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTA Simple Functional Representation of Angular-Dependent Hydrogen-Bonded Systems. 1. Amide, Carboxylic Acid, and Amide-Carboxylic Acid PairsKyoung Tai No, Oh Young Kwon, Su Yeon Kim, Mu Shik Jhon, and Harold A. ScheragaCite this: J. Phys. Chem. 1995, 99, 11, 3478–3486Publication Date (Print):March 1, 1995Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 March 1995https://pubs.acs.org/doi/10.1021/j100011a013https://doi.org/10.1021/j100011a013research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views180Altmetric-Citations28LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access options Get e-Alerts

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTDetermination of Nonbonded Potential Parameters for PeptidesKyoung Tai No, Oh Young Kwon, Su Yeon Kim, Kwang Hwi Cho, Chang No Yoon, Young Kee Kang, Kenneth D. Gibson, Mu Shik Jhon, and Harold A. ScheragaCite this: J. Phys. Chem. 1995, 99, 34, 13019–13027Publication Date (Print):August 1, 1995Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 August 1995https://doi.org/10.1021/j100034a049RIGHTS & PERMISSIONSArticle Views135Altmetric-Citations24LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InReddit PDF (1 MB) Get e-Alerts

An empirical potential energy function for description of the interactions between amino acid zwitterions has been developed. Potential energy surfaces of molecular ion pairs, methylammonium ion−acetate ion, glycine zwitterion−methyl ammonium ion, and glycine zwitterion−acetate ion, were obtained with 6-31G** ab initio molecular orbital calculations. The point charges of the ions were obtained with the modified partial equalization of orbital electronegativity (M-PEOE) method, the coefficients of the attractive part of the nonbonded potential were calculated from charge-dependent effective atomic polarizabilities, and the coefficients of the repulsive part of the nonbonded potential were obtained from the equilibrium conditions of molecules in molecular crystals and by reproducing the lattice energies of amino acid molecular crystals. The hydrogen-bond model proposed by No et al. was introduced, and the potential parameters of the model were determined in order that the potential energy function could reproduce both the ab initio potential energy surfaces and the experimental structures of some amino acid molecular crystals. The minimum-energy crystal structures obtained through crystal packing computations with the empirical potential energy function agreed well with X-ray crystal structures.

The physics-based molecular force field (PMFF) was developed by integrating a set of potential energy functions in which each term in an intermolecular potential energy function is derived based on experimental values, such as the dipole moments, lattice energy, proton transfer energy, and X-ray crystal structures. The term “physics-based” is used to emphasize the idea that the experimental observables that are considered to be the most relevant to each term are used for the parameterization rather than parameterizing all observables together against the target value. PMFF uses MM3 intramolecular potential energy terms to describe intramolecular interactions and includes an implicit solvation model specifically developed for the PMFF. We evaluated the PMFF in three ways. We concluded that the PMFF provides reliable information based on the structure in a biological system and interprets the biological phenomena accurately by providing more accurate evidence of the biological phenomena.

Abstract Whole-genome sequencing (WGS) of human tumors and normal cells exposed to various carcinogens has revealed distinct mutational patterns that provide deep insights into the DNA damage and repair processes. Although ionizing radiation (IR) is conventionally known as a strong carcinogen, its genome-wide mutational impacts have not been comprehensively investigated at the single-nucleotide level. Here, we explored the mutational landscape of normal single-cells after exposure to the various levels of IR. On average, 1 Gy of IR exposure generated ∼16 mutational events with a spectrum consisting of predominantly small nucleotide deletions and a few characteristic structural variations. In ∼30% of the post-irradiated cells, complex genomic rearrangements, such as chromoplexy, chromothripsis , and breakage-fusion-bridge cycles, were resulted, indicating the stochastic and chaotic nature of DNA repair in the presence of the massive number of concurrent DNA double-strand breaks. These mutational signatures were confirmed in the genomes of 22 IR-induced secondary malignancies. With high-resolution genomic snapshots of irradiated cells, our findings provide deep insights into how IR-induced DNA damage and subsequent repair processes operate in mammalian cells.

Abstract Severe acute respiratory syndrome-coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which is the cause of a present global pandemic, infects human lung alveolar cells (hACs). Characterising the pathogenesis is crucial for developing vaccines and therapeutics. However, the lack of models mirroring the cellular physiology and pathology of hACs limits the study. Here, we develop a feeder-free, long-term three-dimensional (3D) culture technique for human alveolar type 2 (hAT2) cells, and investigate infection response to SARS-CoV-2. By imaging-based analysis and single-cell transcriptome profiling, we reveal rapid viral replication and the increased expression of interferon-associated genes and pro-inflammatory genes in infected hAT2 cells, indicating robust endogenous innate immune response. Further tracing of viral mutations acquired during transmission identifies full infection of individual cells effectively from a single viral entry. Our study provides deep insights into the pathogenesis of SARS-CoV-2, and the application of long-term 3D hAT2 cultures as models for respiratory diseases.

Summary The trillions of cells that constitute the human body are developed from a fertilized egg through embryogenesis. However, cellular dynamics and developmental outcomes of embryonic cells in humans remain to be largely unknown due to the technical and ethical challenges. Here, we explored whole-genomes of 334 single-cell expanded clones and targeted deep-sequences of 379 bulk tissues obtained from various anatomical locations from seven individuals. Using the discovered 1,688,652 somatic mutations as an intrinsic barcode, we reconstructed cellular phylogenetic trees that provide novel insights into early human embryogenesis. Our findings suggest (1) endogenous mutational rate that is higher in the first cell division of life but decreases to ~1 per cell per cell division later in life, (2) universal unequal contribution of early cells into embryo proper resulting from early cellular bottlenecks that stochastically separate epiblasts from embryonic cells (3) uneven differential outcomes of early cells into three germ layers, left-right and cranio-caudal tissues, (4) emergence of a few ancestral cells that will contribute to the substantial fraction of adult blood cells, and (5) presence of mitochondrial DNA heteroplasmy in the fertilized egg. Our approach additionally provides insights into the age-related mutational processes including UV-mediated mutagenesis and loss of chromosome X or Y in normal somatic cells. Taken together, this study scrutinized somatic mosaicism, clonal architecture, and cellular dynamics in human embryogenesis at an unprecedented level and provides a foundation for future studies to complete cellular phylogenies in human embryogenesis.

ABSTRACT Neurons in the brain have a uniquely polarized structure consisting of multiple dendrites and a single axon generated from a cell body. Interestingly, intracellular mitochondria also show strikingly polarized morphologies along the dendrites and axons: in cortical pyramidal neurons (PNs) dendritic mitochondria have a long and tubular shape, while axonal mitochondria are small and circular. Mitochondria play important roles in each compartment of the neuron by generating ATP and buffering calcium, thereby affecting synaptic transmission and neuronal development. In addition, mitochondrial shape, and thereby function, is dynamically altered by environmental stresses such as oxidative stress, or in various neurodegenerative diseases including Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Although the importance of altered mitochondrial shape has been claimed by multiple studies, methods for studying this stress-sensitive organelle have not been standardized. Here we address the pertinent steps that influence mitochondrial morphology during experimental processes. We demonstrate that fixative solutions containing only paraformaldehyde (PFA), or that introduce hypoxic conditions during the procedure induce dramatic fragmentation of mitochondria both in vitro and in vivo. This disruption was not observed following the use of glutaraldehyde addition or oxygen supplementation, respectively. Finally, using pre-formed fibril α-synuclein treated neurons, we show a difference between mitochondrial morphology when samples were fixed with PFA/glutaraldehyde or PFA/sucrose containing solutions, but not PFA alone. Our study provides optimized methods for examining mitochondrial morphology in neurons, and demonstrates that fixation conditions are critical when investigating the underlying cellular mechanisms involving mitochondria in physiological and neurodegenerative disease models.

Abstract SARS-CoV-2 mutation rates have increased over time, resulting in the emergence of several variants of concern. Persistent infection is assumed to be involved in the evolution of the variants; however, there is currently no animal model to recapitulate persistent infection. We established a novel model of persistent infection using xenografts of Calu-3 human lung cancer cells in immunocompromised mice. After infection with wild-type SARS-CoV-2, viruses were found in the tumor tissues for up to 30 days and acquired various mutations, predominantly in the spike (S) protein, some of which increased while others fluctuated for 30 days. Three isolated viral clones with defined mutations produced higher virus titers than the wild-type virus in Calu-3 cells without cytotoxic effects. In K18-hACE2 mice, the variants were less lethal than the wild-type virus. Infection with each variant induced production of cross-reactive antibodies to the receptor binding domain of wild-type S protein and provided protective immunity against subsequent challenge with wild-type virus. These results suggest that most of the SARS-CoV-2 variants acquired mutations promoting host adaptation in the Calu-3 xenograft mice. This model can be used in the future to further study persistent SARS-CoV-2 infection.