Abstract SARS-CoV-2 is a novel virus that has rapidly spread, causing a global pandemic. In the majority of infected patients, SARS-CoV-2 leads to mild disease; however, in a significant proportion of infections, individuals develop severe symptoms that can lead to permanent lung damage or death. These severe cases are often associated with high levels of pro-inflammatory cytokines and low antiviral responses which can lead to systemic complications. We have evaluated transcriptional and cytokine secretion profiles from infected cell cultures and detected a distinct upregulation of inflammatory cytokines that parallels samples taken from infected patients. Building on these observations, we found a specific activation of NF-κB and a block of IRF3 nuclear translocation in SARS-CoV-2 infected cells. This NF-κB response is mediated by cGAS-STING activation and could be attenuated through STING targeting drugs. Our results show that SARS-CoV-2 curates a cGAS-STING mediated NF-κB driven inflammatory immune response in epithelial cells that likely contributes to inflammatory responses seen in patients and might be a target to suppress severe disease symptoms.

ABSTRACT Metastasis suppression by high-dose, multi-drug targeting is largely unsuccessful due to network heterogeneity and compensatory network activation. Here we show that targeting driver network signaling capacity by limited inhibition of its core pathways is a more effective anti-metastatic strategy. This principle underlies the action of a physiological metastasis suppressor, Raf Kinase Inhibitory Protein, which moderately decreases stress-regulated MAP kinase network activity, reducing the output to metastatic transcription factor BACH1 and motility-related target genes. We developed a low-dose four-drug mimic that blocks metastatic colonization in mouse breast cancer models and increases survival. Experiments and network flow modeling show: 1) limited inhibition of multiple pathways is required to overcome variation in MAPK network topology and suppress signaling output across heterogeneous tumor cells, and 2) restricting inhibition of individual kinases dissipates surplus signal, preventing threshold activation of compensatory kinase networks. This low-dose multi-drug approach to decrease signaling capacity of driver networks represents a transformative, clinically-relevant strategy for anti-metastatic treatment.

Abstract Recently, methods for in vitro organogenesis have been broadly developed due to their strong potential for human applications in medicine. In the present study, we optimized the culturing method of human heart organoids (hHOs) from embryonic stem cells (ESCs) in the presence of the highly concentrated laminin-entactin and fibroblast growth factor 4. The resulting hHOs showed distinctive cardiac morphology with atrium- and ventricle-like chambers composed of cardiac cells as well as expressed the integral proteins of gap junctions and ion channels. In fact, isolated cardiomyocytes from these hHOs exhibited Na and Ca currents by patch clamp analysis. These results indicated that the present method will provide a powerful tool for cardiac safety assessment of newly developed drugs as an in vitro human ESC-derived test system. One-Sentence Summary FGF4 and ECM contribute to the generation of human HOs with heart compartments and electrophysiological properties.

ABSTRACT Objective Hepatitis A virus (HAV) infections are considered not to trigger an innate immune response in vivo , in contrast to hepatitis C virus (HCV). This lack of immune induction has been imputed to strong immune counteraction by HAV proteases 3CD and 3ABC. We aimed at elucidating the mechanisms of innate immune induction and counteraction by HAV and HCV in vivo and in vitro . Design uPA-SCID mice with humanized liver were infected with HAV and HCV. Hepatic cell culture models were used to assess HAV and HCV sensing by TLR3 and RIG-I/MDA5, respectively. Cleavage of the adaptor proteins TRIF and MAVS was analyzed by transient and stable expression of HAV and HCV proteases and virus infection. Results We detected similar levels of Interferon stimulated genes (ISGs) induction in hepatocytes of HAV and HCV infected human liver chimeric mice. In cell culture, HAV induced ISGs exclusively upon sensing by MDA5 and dependent on LGP2. TRIF and MAVS were only partially cleaved by HAV 3ABC and 3CD, not sufficiently to abrogate signalling. In contrast, HCV NS3-4A efficiently degraded MAVS, as previously reported, whereas TRIF was not cleaved. Conclusions HAV induces an innate immune response in hepatocytes via MDA5/LGP2, with limited control of both pathways by proteolytic cleavage. HCV activates TLR3 and lacks TRIF cleavage, suggesting that this pathway mainly contributes to HCV induced antiviral response in hepatocytes. Our results shed new light on induction and counteraction of innate immunity by HAV and HCV and their potential contribution to clearance and persistence. SIGNIFICANCE OF THIS STUDY What is already known on this topic? — Despite sharing biological and molecular similarities, HAV infections are always cleared while HCV infections persist in most cases. — In infected chimpanzees HAV does not trigger a strong innate immune response, as opposed to HCV. This has been imputed to the action of HAV proteases abrogating the signalling pathways. — Physiological in vitro and in vivo models, based on human hepatocytes, to assess HAV and HCV mechanisms of induction and interference of innate immunity are still missing. What this study adds — HAV induces an innate immune response in vitro and in vivo , in systems with intact signalling pathways and devoid of adaptive immunity. — HAV 3ABC and 3CD proteases do not abolish the host innate immune response. — HCV NS3-4A protease disrupts the RLRs pathways, but cannot cleave TRIF and has no impact on TLR3 response. How this study might affect research, practice or policy — This study offers a comprehensive, side-by-side investigation on HAV and HCV infections in physiological models which recapitulate a cytokine response in the human liver, and allows a precise assessment of the viral interference related to the function of the respective signalling pathways. — Our results elucidate mechanisms, so far controversial or poorly investigated, thus contributing to our understanding of HAV clearance and HCV persistence.

Abstract Liver-generated plasma Apolipoprotein E (ApoE)-containing lipoproteins (LPs) (ApoE-LPs) play central roles in lipid transport and metabolism. Perturbations of ApoE can result in several metabolic disorders and ApoE genotypes have been associated with multiple diseases. ApoE is synthesized at the endoplasmic reticulum and transported to the Golgi apparatus for LP assembly; however, ApoE-LPs transport from there to the plasma membrane is largely unknown. Here, we established an integrative imaging approach based on a fully functional fluorescently tagged ApoE. We found that ApoE-LPs accumulate in CD63-positive endosomes of hepatocytes. In addition, we observed the co-egress of ApoE-LPs and extracellular vesicles (EVs) along the late endosomal trafficking route. Moreover, complexes of ApoE-LPs and CD63-positive EVs were found to be transmitted from cell to cell. Given the important role of ApoE in viral infections, we studied the hepatitis C virus (HCV) and found that the viral replicase protein NS5A is enriched in ApoE-containing intraluminal vesicles. Interaction between NS5A and ApoE is required for the efficient release of EVs containing viral RNA. These vesicles are transported along the endosomal ApoE egress pathway. Taken together, our data argue for endosomal egress and transmission of hepatic ApoE-LPs, a pathway that is hijacked by HCV. Given the more general role of EV-mediated cell-to-cell communication, these insights provide new starting points for research into the pathophysiology of ApoE-related metabolic and infection-related disorders. Author Summary The post-Golgi egress pathway of hepatocyte-derived ApoE-containing lipoproteins (ApoE-LPs) is largely unknown. By using integrative imaging analyses, we show that ApoE-LPs are enriched in CD63-positive endosomes suggesting that these endosomes might be a central hub for the storage of ApoE-LPs from which they are released into the circulation. In addition, we provide evidence for the co-egress of ApoE-LPs with extracellular vesicles (EVs) along the late endosomal route and their transfer from cell to cell. This pathway is hijacked by the hepatitis C virus that induces the production of ApoE-associated EVs containing viral RNA. Given the important role of ApoE in multiple metabolic, degenerative and infectious diseases, and the role of EVs in cell-to-cell communication, these results provide important information how perturbations of ApoE might contribute to various pathophysiologies.

Abstract Double membrane vesicles (DMVs) are used as replication organelles by phylogenetically and biologically distant pathogenic RNA viruses such as hepatitis C virus (HCV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2). Viral DMVs are morphologically analogous to DMVs formed during autophagy, and although the proteins required for DMV formation are extensively studied, the lipids driving their biogenesis are largely unknown. Here we show that production of the lipid phosphatidic acid (PA) by acylglycerolphosphate acyltransferase (AGPAT) 1 and 2 in the ER is important for DMV biogenesis in viral replication and autophagy. Using DMVs in HCV-replicating cells as model, we found that AGPATs are recruited to and critically contribute to HCV replication and DMV formation. AGPAT1/2 double knockout also impaired SARS-CoV-2 replication and the formation of autophagosome-like structures. By using correlative light and electron microscopy, we observed the relocalization of AGPAT proteins to HCV and SARS-CoV-2 induced DMVs. In addition, an intracellular PA sensor accumulated at viral DMV formation sites, consistent with elevated levels of PA in fractions of purified DMVs analyzed by lipidomics. Apart from AGPATs, PA is generated by alternative pathways via phosphotidylcholine (PC) and diacylglycerol (DAG). Pharmacological inhibition of these synthesis pathways also impaired HCV and SARS-CoV-2 replication as well as formation of autophagosome-like DMVs. These data identify PA as an important lipid used for replication organelle formation by HCV and SARS-CoV-2, two phylogenetically disparate viruses causing very different diseases, i.e. chronic liver disease and COVID-19, respectively. In addition, our data argue that host-targeting therapy aiming at PA synthesis pathways might be suitable to attenuate replication of these viruses. One Sentence Summary Phosphatidic acid is important for the formation of double membrane vesicles, serving as replication organelles of hepatitis C virus and SARS-CoV-2, and offering a possible host-targeting strategy to treat SARS-CoV-2 infection.

Cambium drives lateral growth of stems and roots, contributing to diverse plant growth forms. Root crop is one outstanding example of the cambium-driven growth. To understand its molecular basis, we used radish to generate a compendium of root tissue- and stage-specific transcriptomes from two contrasting inbred lines in root growth. Expression patterns of key cambium regulators and hormone signaling components were validated. Clustering and GO enrichment analyses of radish datasets followed by comparative analysis against the newly established Arabidopsis early cambium data revealed evolutionary conserved stress-response transcription factors that might intimately control the cambium. Indeed, in vivo network made of selected stress-response and cambium regulators indicated ERF-1 as a potential key checkpoint of cambial activities, explaining how the cambium-driven growth is altered in response to environmental changes. Together, this study provides rich information about dynamic gene expression changes along the cambium-driven root growth with future engineering schemes for crop yields.

Abstract There are three pathophysiologies of involutional entropion, vertical laxity (VL), horizontal laxity (HL), and overriding of the preseptal orbicularis. The effects of methods to correct VL only, HL only, or both VL and HL in patients with involutional entropion were compared using the published results of randomized controlled trials (RCTs). To find RCT studies that investigated methods to correct involutional entropion, a systematic search was performed from database inception to April 2020 in the Medline, EMBASE, and Cochrane databases. Two independent researchers conducted the literature selection and data extraction. Evaluation of the quality of the reports was performed using the Cochrane Collaboration tool for assessing the risk of bias (ROB 2.0). The data analysis was conducted according to the PRISMA guidelines using Review Manager 5.3. Two RCT studies were included in this meta-analysis. Surgery for involutional entropion was performed on a total of 109 eyes. Everting sutures (ES) were used on 57 eyes and lateral tarsal strips (LTS) or combined procedures (LTS + ES) were performed on 52 eyes. At the end of the follow-up periods, involutional entropion recurred in 18 eyes (31.6%) in the ES group and three eyes (5.8%) in the LTS +/- ES group. Analysis of the risk ratio showed that the LTS +/- ES method significantly lowered the recurrence rate compared to using ES only (P = 0.007). Performing LTS +/- ES effectively lowered the recurrence rate of involutional entropion compared to ES alone. However, some patients cannot tolerate more invasive corrections such as LTS. Therefore, sequential procedures, in which ES is performed first and then when entropion recurs LTS +/- ES is performed, or another methods depending upon the degree of HL may be used.

Comparative transcriptome analysis is the comparison of expression patterns between homologous genes in different species. Since most molecular mechanistic studies in plants have been performed in model species including Arabidopsis and rice, comparative transcriptome analysis is particularly important for functional annotation of genes in other plant species. Many biological processes, such as embryo development, are highly conserved between different plant species. The challenge is to establish one-to-one mapping of the developmental stages between two species. In this protocol, we solve this problem by converting the gene expression patterns into a co-expression network and then apply network module-finding algorithms to the cross-species co-expression network. We describe how to perform such analysis using bash scripts for preliminary data processing and R programming language, which implemented simulated annealing method for module finding. We also provide instructions on how to visualize the resulting co-expression networks across species.

Vascular inflammation critically regulates endothelial cell (EC) pathophenotypes, particularly in pulmonary arterial hypertension (PAH). Dysregulation of lysosomal activity and cholesterol metabolism have known inflammatory roles in disease, but their relevance to PAH is unclear. In human pulmonary arterial ECs and in PAH, we found that inflammatory cytokine induction of the nuclear receptor coactivator 7 (NCOA7) both preserved lysosomal acidification and served as a homeostatic brake to constrain EC immunoactivation. Conversely, NCOA7 deficiency promoted lysosomal dysfunction and proinflammatory oxysterol/bile acid generation that, in turn, contributed to EC pathophenotypes. In vivo, mice deficient for Ncoa7 or exposed to the inflammatory bile acid 7α-hydroxy-3-oxo-4-cholestenoic acid (7HOCA) displayed worsened PAH. Emphasizing this mechanism in human PAH, an unbiased, metabolome-wide association study (N=2,756) identified a plasma signature of the same NCOA7-dependent oxysterols/bile acids associated with PAH mortality (P<1.1x10-6). Supporting a genetic predisposition to NCOA7 deficiency, in genome-edited, stem cell-derived ECs, the common variant intronic SNP rs11154337 in NCOA7 regulated NCOA7 expression, lysosomal activity, oxysterol/bile acid production, and EC immunoactivation. Correspondingly, SNP rs11154337 was associated with PAH severity via six-minute walk distance and mortality in discovery (N=93, P=0.0250; HR=0.44, 95% CI [0.21-0.90]) and validation (N=630, P=2x10-4; HR=0.49, 95% CI [0.34-0.71]) cohorts. Finally, utilizing computational modeling of small molecule binding to NCOA7, we predicted and synthesized a novel activator of NCOA7 that prevented EC immunoactivation and reversed indices of rodent PAH. In summary, we have established a genetic and metabolic paradigm and a novel therapeutic agent that links lysosomal biology as well as oxysterol and bile acid processes to EC inflammation and PAH pathobiology. This paradigm carries broad implications for diagnostic and therapeutic development in PAH and in other conditions dependent upon acquired and innate immune regulation of vascular disease.