Abstract Applying simulations with structure-based (Gō-like) models has proven to be an effective strategy for investigating the factors that control biomolecular dynamics. The common element of these models is that some (or all) of the intra/inter-molecular inter-actions are explicitly defined to stabilize an experimentally-determined structure. To facilitate the development and application of this broad class of models, we previously released the SMOG 2 software package. This suite allows one to easily customize and distribute structure-based (i.e. SMOG) models for any type of polymer-ligand system. Since its original release, user feedback has driven the implementation of numerous enhancements. Here, we describe recent extensions to the software and demonstrate the capabilities of the most recent version, SMOG v2.4. Changes include new tools that aid user-defined customization of force fields, as well as an interface with the OpenMM simulation libraries (OpenSMOG v1.0). To illustrate the utility of these advances, we present several applications of SMOG2 and OpenSMOG, which include systems with millions of atoms, long polymers and explicit ions. We also highlight how one can incorporate non-structure-based (e.g. AMBER-based) energetics to define a hybrid class of models. The representative applications include large-scale rearrangements of the SARS-CoV-2 Spike protein, the HIV-1 capsid in the presence of explicit ions, and crystallographic lattices of ribosomes and proteins. In summary, SMOG 2 and OpenSMOG provide robust support for researchers who seek to apply structure-based models to large and/or intricate biomolecular systems.

ABSTRACT The Notch signaling pathway is a cell-cell communication system with fundamental roles in embryonic development and the nervous system. The model of Notch receptor activation that is currently most accepted, involves a force-induced conformation change at the negative regulatory region of the receptor, the subsequent recruitment of ADAM metalloproteases and a cleavage cascade that releases the Notch intracellular domain. Here, we define conditions that enable force-independent Notch activation through the formation of soluble, long-lived, multivalent ligand-receptor complexes. To investigate how ligand valency affects activation of Notch receptors, we treated iPSc-derived neuroepithelial stem-like (lt-NES) cells with different spatially defined, molecularly precise ligand nanopatterns on DNA origami nanostructures. Our data indicate that Notch signaling is activated via stimulation with multivalent clusters of the ligand Jag1, and even multivalent chimeric structures where some Jag1 proteins are replaced by other binders that do not target Notch. The findings are corroborated by systematic elimination, through experimental control, of several confounding factors that potentially could generate forces, including electrostatic interactions, endocytosis and non-specific binding. Taken together, our data suggest a model where Jag1 ligands are able to activate Notch receptors upon prolonged binding, which subsequently triggers downstream signaling in a force independent manner. These findings reveal a distinct mode of activation of Notch and could lay the foundation for the development of soluble Notch agonists that currently remain elusive.

Abstract The nanoscale spatial organization of transmembrane tumor necrosis factor (TNF) receptors has been implied as a regulator of cellular fate. Accordingly, molecular tools that can induce specific arrangements of these receptors on cell surfaces would give us an opportunity to study these effects in detail. To achieve this, we introduce DNA origami nanostructures, that precisely scaffold the patterning of TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)-mimicking peptides at nanoscale level. Stimulating human breast cancer cells with these patterns, we find that around 5 nm is the critical inter-ligand distance of hexagonally patterned peptides to induce death receptor clustering and a resulting apoptosis. We thus offer a strategy to reverse the non-efficacy of current ligand- and antibody-based methods for TNF superfamily (TNFRSF) activation.

While research in multiple countries confirms that primary care functional features significantly improve patient health, China's primary care system differs markedly due to unique structural and contextual factors. This study aims to measure and explore the functional features experienced by patients received family doctor contract service in the past year, evaluating the impacts and pathways of these primary care features on health outcomes. We employed a mixed-methods explanatory sequential design. In the quantitative phase, we randomly selected 2118 residents from 12 primary care institutions. The intensity of functional features was assessed using the Person-Centered Primary Care Measure (PCPCM), and their association with levels of EuroQol Visual Analogue Scale (EQ VAS) was evaluated through multilevel modelling. In the qualitative phase, a qualitative description approach was used, conducting 24 focus groups with a total of 85 patients to gather in-depth information about their experiences with functional features and perceived health impacts. Finally, the quantitative and qualitative data were integrated using meta-synthesis and joint display methods to validate, interpret, and expand the results. The average PCPCM score was 3.65, with subdomain scores ranging from 3.39 to 3.83. Qualitative findings confirmed the quantitative results regarding the intensity and manifestation of features like accessibility, coordination, and relationship-building. However, discrepancies were noted in features such as comprehensiveness, integration, and family and community context. Additionally, two new functional features, 'being appreciated' and 'being cared for,' were identified. The quantitative results also showed that higher PCPCM scores were positively associated with EQ VAS levels (odds ratio (OR) = 1.18; 95% confidence interval (CI) = 1.03-1.35, P < 0.001). Furthermore, qualitative results revealed six key pathways supporting the beneficial effects of local primary care functional features on health maintenance and improvement. This study demonstrates high functional scores for Shanghai's family doctor services and highlights a positive association between primary care functionality and population health. These features and their health benefits are deeply shaped by the local social and health care context. This confirms the progress of Shanghai's primary care development and underscores the need for further exploration of primary care functional features across China, along with the development of tools tailored to local conditions to better measure and improve primary care quality and health outcomes. primary healthcare; primary care; quality measurement; population health; mixed method research; China.

NompC was one of the earliest identified mechanosensitive ion channels responsible for the sensation of touch and balance in Drosophila melanogaster . A tethered gating model was proposed for NompC and the Cryo-EM structure has been solved. However, the atomistic mechano-gating mechanism still remains elusive. Here we show the atomistic details of the NompC channel opening in response to the compression of the intracellular domain while remaining closed under an intracellular stretch. This is demonstrated by all-atom molecular dynamics simulations and evidenced by electrophysiological experiments. Under intracellular compression, the ankyrin repeat region undergoes a significant conformational change and passes the mechanical force to the linker helices like a spring with a force constant of ~3.3 pN/nm. The linker helix region acts as a bridge between the ankyrin repeats and TRP domain, and most of the mutations breaking the hydrogen bonds around this region lead to the loss-of-function of the channel. Eventually, the compression-induced mechanical force is passed from the linker helices onto the TRP domain, which then undergoes a clockwise rotation that leads to the opening of the channel. This work provides a clear picture of how a pushing force opens the mechanosensitive ion channel NompC, which might be a universal gating mechanism of similar tethered mechanosensitive ion channels, enabling cells to feel and respond to compression or shrinking.