Stem cell research endeavors to generate specific subtypes of classically defined "cell types." Here, we generate >90% pure human artery or vein endothelial cells from pluripotent stem cells within 3-4 days. We specified artery cells by inhibiting vein-specifying signals and vice versa. These cells modeled viral infection of human vasculature by Nipah and Hendra viruses, which are extraordinarily deadly (∼57%-59% fatality rate) and require biosafety-level-4 containment. Generating pure populations of artery and vein cells highlighted that Nipah and Hendra viruses preferentially infected arteries; arteries expressed higher levels of their viral-entry receptor. Virally infected artery cells fused into syncytia containing up to 23 nuclei, which rapidly died. Despite infecting arteries and occupying ∼6%-17% of their transcriptome, Nipah and Hendra largely eluded innate immune detection, minimally eliciting interferon signaling. We thus efficiently generate artery and vein cells, introduce stem-cell-based toolkits for biosafety-level-4 virology, and explore the arterial tropism and cellular effects of Nipah and Hendra viruses.

Summary Human-mouse differences are a major barrier in translational research. Astrocytes play important roles in neurological disorders such as stroke, injury, and neurodegeneration. However, the similarities and differences between human and mouse astrocytes are largely unknown. Combining analyses of acutely purified astrocytes, experiments using serum-free cultures of primary astrocytes, and xenografted chimeric mice, we found extensive conservation in astrocytic gene expression between human and mouse. However, genes involved in defense response and metabolism showed species differences. Human astrocytes exhibited greater susceptibility to oxidative stress than mouse astrocytes, due to differences in mitochondria physiology and detoxification pathways. Mouse astrocytes, but not human astrocytes, activate a molecular program for neural repair under hypoxia. Human astrocytes, but not mouse astrocytes, activate the antigen presentation pathway under inflammatory conditions. These species-dependent properties of astrocytes may contribute to differences between mouse models and human neurological and psychiatric disorders.

Abstract Association of chromatin with lamin proteins at the nuclear periphery has emerged as a potential mechanism to coordinate cell type-specific gene expression and maintain cellular identity via gene silencing. Unlike many histone modifications and chromatin-associated proteins, lamin-associated domains (LADs) have yet to be mapped genome-wide in a diverse panel of human cell types, which has limited our understanding of the role peripheral chromatin plays in development and disease. To address this gap, we mapped LAMIN B1 (LB1) across twelve human cell types encompassing pluripotent stem cells, intermediate progenitors, and differentiated cells from all three germ layers. Integrative analyses of this atlas of peripheral chromatin with publicly available genomic data, as well as gene expression and repressive histone maps generated for this study, revealed that in all twelve cellular contexts lamin-associated chromatin is organized into at least two subtypes defined by differences in LB1 occupancy, gene expression, chromatin accessibility, transposable elements, replication timing, and radial positioning. Most genes gain or lose LB1 occupancy consistent with their cell type along developmental trajectories; however, we also identified examples where the enhancer, but not the gene body and promoter, change LAD state. Imaging of fluorescently labeled DNA in single cells validated these transitions and showed intermediate radial positioning of LADs that are gene dense, relatively accessible, and dynamic across development. This atlas represents the largest resource to date for peripheral chromatin organization studies.

Spray-Induced Gene Silencing (SIGS) is an innovative and eco-friendly technology where topical application of pathogen gene-targeting RNAs to plant material can enable disease control. SIGS applications remain limited because of the instability of dsRNA, which can be rapidly degraded when exposed to various environmental conditions. Inspired by the natural mechanism of cross-kingdom RNAi through extracellular vesicle trafficking, we describe herein the use of artificial nanovesicles (AVs) for dsRNA encapsulation and control against the fungal pathogen, Botrytis cinerea. AVs were synthesized using three different cationic lipid formulations, DOTAP + PEG, DOTAP, and DODMA, and examined for their ability to protect and deliver dsRNA. All three formulations enabled dsRNA delivery and uptake by B. cinerea. Further, encapsulating dsRNA in AVs provided strong protection from nuclease degradation and from removal by leaf washing. This improved stability led to prolonged RNAi-mediated protection against B. cinerea both on pre- and post-harvest plant material using AVs. Specifically, the AVs extended the protection duration conferred by dsRNA to 10 days on tomato and grape fruits and to 21 days on grape leaves. The results of this work demonstrate how AVs can be used as a new nanocarrier to overcome dsRNA instability in SIGS for crop protection.

Abstract Phasing of heterozygous alleles is critical for interpretation of cis -effects of disease-relevant variation. For population studies, phase is often inferred from external data but read-based phasing approaches that span long genomic distances would be more accurate because they enable both genotype and phase to be obtained from a single dataset. To demonstrate how read-based phasing can provide functional insights, we sequenced 477 individuals with Cystic Fibrosis (CF) using linked-read sequencing. We benchmark read-based phasing with different short- and long-read sequencing technologies, prioritize linked-read technology as the most informative and produce a benchmark phase call set from reference sample HG002 for the community. The 477 samples display an average phase block N50 of 4.39 Mb. We use these samples to construct a graph representation of CFTR haplotypes, which facilitates understanding of complex CF alleles. Fine-mapping and phasing of the chr7q35 trypsinogen locus associated with CF meconium ileus demonstrates a 20 kb deletion and a PRSS2 missense variant p.Thr8Ile (rs62473563) independently contribute to meconium ileus risk (p=0.0028, p=0.011, respectively) and are PRSS2 pancreas eQTLs (p=9.5e-7 and p=1.4e-4, respectively), explaining the mechanism by which these polymorphisms contribute to CF. Phase enables access to haplotypes that can be used for genome graph or reference panel construction, identification of cis -effects, and for understanding disease associated loci. The phase information from linked-reads provides a causal explanation for variation at a CF-relevant locus which also has implications for the genetic basis of non-CF pancreatitis to which this locus has been reported to contribute.

Despite decisive progress in differentiating pluripotent stem cells (PSCs) into diverse cell-types, the often-lengthy differentiation and functional immaturity of such cell-types remain pertinent issues. Here we address the first challenge of prolonged differentiation in the generation of hepatocyte-like cells from PSCs. We delineate a roadmap describing the extracellular signals controlling six sequential branching lineage choices leading from pluripotency to endoderm, foregut, and finally, liver progenitors. By blocking formation of unwanted cell-types at each lineage juncture and manipulating temporally-dynamic signals, we accelerated generation of 89.0±3.1% AFP+ human liver bud progenitors and 87.3±9.4% ALBUMIN+ hepatocyte-like cells by days 6 and 18 of PSC differentiation, respectively. 81.5±3.2% of hepatocyte-like cells expressed metabolic enzyme FAH (as assayed by a new knock-in reporter line) and improved short-term survival in the Fah-/- mouse model of liver failure. Collectively the timed signaling interventions indicated by this developmental roadmap enable accelerated production of human liver progenitors from PSCs.

Hematopoietic stem cell (HSC) transplantation can replace diseased blood systems with a healthy one, thereby treating or curing genetic blood and immune disorders including autoimmune diseases and immunodeficiencies. However, toxic chemotherapy or radiation is necessary to ablate an animals existing blood system prior to HSC transplantation, leading to significant morbidity. To accomplish safer blood-system replacement we developed a combination of six monoclonal antibodies to safely and specifically deplete the HSCs, T cells and NK cells of immune-competent mice. Remarkably, immunologically-foreign (allogeneic) HSCs mismatched at half or all the MHC genes could engraft these antibody-treated mice, generating donor blood systems that stably co-existed with host blood cells. These chimeric immune systems were immunologically tolerant to heart tissue from the HSC donor, providing a safe platform for HSC transplantation as a means to solid organ transplantation. The ability to transplant MHC-mismatched HSCs without chemotherapy or radiation has significant ramifications for regenerative medicine.

Hepatitis E virus (HEV) causes acute hepatitis with approximately 20 million cases per year globally. While HEV is endemic in certain regions of Asia, Africa and South America, it is considered an emerging foodborne pathogen in developed countries. Based on genetic diversity, HEV is classified into different genotypes, with genotype 3 (HEV-3) being most prevalent in Europe and North America. The transmission of HEV-3 has been shown to be zoonotic and mainly associated with the consumption of raw or undercooked pork products. Herein, we investigated the efficacy of high-pressure processing (HPP) in the inactivation of HEV-3 using a cell culture system. HPP has been indicated as a promising nonthermal pathogen inactivation strategy for treatment of certain high-risk food commodities, without any noticeable changes in their nature. For this purpose, we treated HEV-3 in media as well as in artificially inoculated pork pâté, with different conditions of HPP: 400 MPa for 1 and 5 minutes, as well as 600 MPa for 1 and 5 minutes, at ambient temperature. In general, we observed approximately a 2-log reduction in HEV load by HPP treatments in media; however, similar treatment in the pork pâté resulted in a much lower reduction in viral load. Therefore, the efficacy of HPP treatment in the inactivation of HEV-3 is matrix-dependent.

Enteric viruses, such as human norovirus (NoV) and hepatitis A virus (HAV), are the major causes of foodborne illnesses worldwide. Limited information is available regarding viral survival and transmission in low moisture foods (LMF). However, numerous foodborne viral outbreaks associated with LMFs have been reported in recent years. Herein, we examined the survival of foodborne viruses in LMFs during long-term storage at ambient temperature and to evaluate the efficacy of advanced oxidative process (AOP) treatment in the inactivation of these viruses. For this purpose, select LMFs such as pistachios, chocolate, and cereal were inoculated with HAV and the norovirus surrogates, murine norovirus (MNV) and feline calicivirus (FCV), then viral survival on these food matrices was measured over a four-week incubation at ambient temperature, by both plaque assay and droplet-digital RT-PCR (ddRT-PCR). We observed an approximately 0.5 log reduction in viral genome copies, and 1 log reduction in viral infectivity for all three tested viruses following storage of select inoculated LMFs for 4 weeks. Therefore, the present study shows that foodborne viruses can persist for long-time in LMFs. Next, we examined the inactivation efficacy of AOP treatment, which combines UV-C, ozone, and hydrogen peroxide vapor, and observed that while approximately 100% inactivation can be achieved for FCV, MNV, and HAV in chocolate, the inactivation efficiency diminishes to approximately 90% in pistachios and 70% in cereal. AOP treatment could therefore be a good candidate for the elimination of foodborne viruses from certain LMFs depending on the food matrix and surface of treatment.

Small RNAs (sRNAs) of the fungal pathogen Botrytis cinerea can enter plant cells and hijack host Argonaute protein 1 (AGO1) to silence host immunity genes. However, the mechanism by which these fungal sRNAs are secreted and enter host cells remains unclear. Here, we demonstrate that B. cinerea utilizes extracellular vesicles (EVs) to secrete Bc-sRNAs, which are then internalized by plant cells through clathrin-mediated endocytosis (CME). The B. cinerea tetraspanin protein, Punchless 1 (BcPLS1), serves as an EV biomarker and plays an essential role in fungal pathogenicity. We observe numerous Arabidopsis clathrin-coated vesicles (CCVs) around B. cinerea infection sites and the colocalization of B. cinerea EV marker BcPLS1 and Arabidopsis CLATHRIN LIGHT CHAIN 1, one of the core components of CCV. Meanwhile, BcPLS1 and the B. cinerea-secreted sRNAs are detected in purified CCVs after infection. Arabidopsis knockout mutants and inducible dominant-negative mutants of key components of CME pathway exhibit increased resistance to B. cinerea infection. Furthermore, Bc-sRNA loading into Arabidopsis AGO1 and host target gene suppression are attenuated in those CME mutants. Together, our results demonstrate that fungi secrete sRNAs via EVs, which then enter host plant cells mainly through CME.