Abstract Hepatitis B Virus (HBV) is a 3.2KB DNA virus that causes acute and chronic hepatitis. HBV infection is a world health problem, with 350 million chronically infected people at increased risk of developing liver disease and hepatocellular carcinoma (HCC). Methylation of HBV DNA in a CpG context (5mCpG) can alter the expression patterns of viral genes related to infection and cellular transformation. Moreover, it may also provide clues to why certain infections are cleared, or persist with or without progression to cancer. The detection of 5mCpG often requires techniques that damage DNA or introduce bias through a myriad of limitations. Therefore, we developed a method for the detection of 5mCpG on the HBV genome that does not rely on bisulfite conversion or PCR. With cas9 guided RNPs to specifically target the HBV genome, we enriched in HBV DNA from Primary Human Hepatocytes (PHH) infected with different HBV genotypes, as well as enriching in HBV from infected patient liver tissue; followed by sequencing with Oxford Nanopore Technologies MinION. Detection of 5mCpG by Nanopore sequencing was benchmarked with Bisulfite-quantitative Methyl Specific PCR (BS-qMSP). 5mCpG levels in HBV determined by BS-qMSP and Nanopore sequencing were highly correlated. Our Nanopore sequencing approach achieved a coverage of ∼2000x of HBV depending on infection efficacy, sufficient coverage to perform a de novo assembly and detect small fluctuations in HBV methylation, providing the first de novo assembly of native HBV DNA, as well as the first landscape of 5mCpG from native HBV sequences. Moreover, by capturing entire HBV genomes, we explored the epigenetic heterogeneity of HBV in infected patients and identified 4 epigenetically distinct clusters based on methylation profiles. This method is a novel approach that enables the enrichment of viral DNA in a mixture of nucleic acid material from different species and will serve as a valuable tool for infectious disease monitoring.

ABSTRACT Background & Aims Transcription termination fine tunes gene expression and contributes to specify the function of RNAs in eukaryotic cells. Transcription termination of hepatitis B virus (HBV) is subjected to the recognition of the canonical polyadenylation signal (cPAS) common to all viral transcripts. The regulation of the usage of this cPAS and its impact on viral gene expression and replication is currently unknown. Approach & Results To unravel the regulation of HBV transcript termination, we implemented a 3’ RACE-PCR assay coupled to single molecule sequencing both in in vitro infected hepatocytes and in chronically infected patients. The detection of a previously unidentified transcriptional readthrough indicated that the cPAS was not systematically recognized during HBV replication in vitro and in vivo . Gene expression downregulation experiments demonstrated a role for the RNA helicases DDX5 and DDX17 in promoting viral transcriptional readthrough, which was, in turn, associated to HBV RNA destabilization and decreased HBx protein expression. RNA and chromatin immunoprecipitation, together with mutation of cPAS sequence suggested a direct role of DDX5 and DDX17 in functionally linking cPAS recognition to transcriptional readthrough, HBV RNA stability and replication. Conclusions Our findings identify DDX5 and DDX17 as crucial determinants for HBV transcriptional fidelity and as host restriction factors for HBV replication.

How cells reach different fates despite using the same DNA template, is a basic question linked to differential patterns of gene expression. Since 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) emerged as an intermediate metabolite in active DNA demethylation, there have been increasing efforts to elucidate its function as a stable modification of the genome, including a role in establishing such tissue-specific patterns of expression. Recently we described TET1-mediated enrichment of 5hmC on the promoter region of the master regulator of hepatocyte identity, HNF4A, which precedes differentiation of liver adult progenitor cells in vitro. Here we asked whether 5hmC is involved in hepatocyte differentiation. We found a genome-wide increase of 5hmC as well as a reduction of 5-methylcytosine at early hepatocyte differentiation, a time when the liver transcript program is already established. Furthermore, we suggest that modifying s-adenosylmethionine (SAM) levels through an adenosine derivative could decrease 5hmC enrichment, triggering an impaired acquisition of hepatic identity markers. These results suggest that 5hmC is a regulator of differentiation as well as an imprint related with cell identity. Furthermore, 5hmC modulation could be a useful biomarker in conditions associated with cell de-differentiation such as liver malignancies.