Human hepatitis B virus (HBV) infection and HBV-related diseases remain a major public health problem. Individuals coinfected with its satellite hepatitis D virus (HDV) have more severe disease. Cellular entry of both viruses is mediated by HBV envelope proteins. The pre-S1 domain of the large envelope protein is a key determinant for receptor(s) binding. However, the identity of the receptor(s) is unknown. Here, by using near zero distance photo-cross-linking and tandem affinity purification, we revealed that the receptor-binding region of pre-S1 specifically interacts with sodium taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP), a multiple transmembrane transporter predominantly expressed in the liver. Silencing NTCP inhibited HBV and HDV infection, while exogenous NTCP expression rendered nonsusceptible hepatocarcinoma cells susceptible to these viral infections. Moreover, replacing amino acids 157–165 of nonfunctional monkey NTCP with the human counterpart conferred its ability in supporting both viral infections. Our results demonstrate that NTCP is a functional receptor for HBV and HDV.

ABSTRACT The liver bile acids transporter sodium taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP) is responsible for the majority of sodium-dependent bile salts uptake by hepatocytes. NTCP also functions as a cellular receptor for viral entry of hepatitis B virus (HBV) and hepatitis D virus (HDV) through a specific interaction between NTCP and the pre-S1 domain of HBV large envelope protein. However, it remains unknown if these two functions of NTCP are independent or if they interfere with each other. Here we show that binding of the pre-S1 domain to human NTCP blocks taurocholate uptake by the receptor; conversely, some bile acid substrates of NTCP inhibit HBV and HDV entry. Mutations of NTCP residues critical for bile salts binding severely impair viral infection by HDV and HBV; to a lesser extent, the residues important for sodium binding also inhibit viral infection. The mutation S267F, corresponding to a single nucleotide polymorphism (SNP) found in about 9% of the East Asian population, renders NTCP without either taurocholate transporting activity or the ability to support HBV or HDV infection in cell culture. These results demonstrate that molecular determinants critical for HBV and HDV entry overlap with that for bile salts uptake by NTCP, indicating that viral infection may interfere with the normal function of NTCP, and bile acids and their derivatives hold the potential for further development into antiviral drugs. IMPORTANCE Human hepatitis B virus (HBV) and its satellite virus, hepatitis D virus (HDV), are important human pathogens. Available therapeutics against HBV are limited, and there is no drug that is clinically available for HDV infection. A liver bile acids transporter (sodium taurocholate cotransporting polypeptide [NTCP]) critical for maintaining homeostasis of bile acids serves as a functional receptor for HBV and HDV. We report here that the NTCP-binding lipopeptide that originates from the first 47 amino acids of the pre-S1 domain of the HBV L protein blocks taurocholate transport. Some bile salts dose dependently inhibit HBV and HDV infection mediated by NTCP; molecular determinants of NTCP critical for HBV and HDV entry overlap with that for bile acids transport. This work advances our understanding of NTCP-mediated HBV and HDV infection in relation to NTCP's physiological function. Our results also suggest that bile acids or their derivatives hold potential for development into novel drugs against HBV and HDV infection.

ABSTRACT Recombinant production of viral proteins can be used to produce vaccine antigens or reagents to identify antibodies in patient serum. Minimally, these proteins must be correctly folded and have appropriate post-translation modifications. Here we report the production of the SARS-CoV-2 spike protein Receptor Binding Domain (RBD) in the green algae Chlamydomonas. RBD fused to a fluorescent reporter protein accumulates as an intact protein when targeted for ER-Golgi retention or secreted from the cell, while a chloroplast localized version is truncated, lacking the amino terminus. The ER-retained RBD fusion protein was able to bind the human ACE2 receptor, the host target of SARS-CoV-2, and was specifically out-competed by mammalian cell-produced recombinant RBD, suggesting that the algae produced proteins are sufficiently post-translationally modified to act as authentic SARS-CoV-2 antigens. Because algae can be grown at large scale very inexpensively, this recombinant protein may be a low cost alternative to other expression platforms.

Abstract Modulation of export of photoassimilates from the chloroplast is essential for controlling the distribution of fixed carbon in the cell and maintaining optimum photosynthetic rates. In this study we identified chloroplast triose phosphate/phosphate translocators 2 and 3 (CreTPT2 and CreTPT3) in the green alga Chlamydomonas reinhardtii that exhibited similar substrate specificities but were differentially expressed over the diel cycle. We focused mostly on analyzing CreTPT3 because of its high level of expression and the severe phenotype exhibited by tpt3 relative to the tpt2 mutants. Null mutants for CreTPT3 had a pleiotropic phenotype that impacted growth, photosynthetic activities, metabolite profiles, carbon partitioning, and organelle-specific accumulation of H 2 O 2 . These analyses demonstrated that CreTPT3 is a dominant conduit on the chloroplast envelope for the transport of photoassimilate. In addition, CreTPT3 can serve as a safety valve that moves excess reductant out of the chloroplast and appears to be essential for preventing the cells from experiencing oxidative stress and accumulating of reactive oxygen species, even under low/moderate light intensities. Finally, our studies indicate subfunctionalization of the CreTPT transporters and suggest that there are differences in managing the export of photoassimilates from the chloroplasts of Chlamydomonas and vascular plants.

The protein diversity of mammalian cells is determined by arrays of isoforms from genes. Genetic mutation is essential in species evolution and cancer development. Accurate Long-read transcriptome sequencing at single-cell level is required to decipher the spectrum of protein expressions in mammalian organisms. In this report, we developed a synthetic long-read single-cell sequencing technology based on LOOPseq technique. We applied this technology to analyze 447 transcriptomes of hepatocellular carcinoma (HCC) and benign liver from an individual. Through Uniform Manifold Approximation and Projection (UMAP) analysis, we identified a panel of mutation mRNA isoforms highly specific to HCC cells. The evolution pathways that led to the hyper-mutation clusters in single human leukocyte antigen (HLA) molecules were identified. Novel fusion transcripts were detected. The combination of gene expressions, fusion gene transcripts, and mutation gene expressions significantly improved the classification of liver cancer cells versus benign hepatocytes. In conclusion, LOOPseq single-cell technology may hold promise to provide a new level of precision analysis on the mammalian transcriptome.

Abstract Advancements in long-read transcriptome sequencing (long-RNA-seq) technology have revolutionized the study of isoform diversity. These full-length transcripts enhance the detection of various transcriptome structural variations, including novel isoforms, alternative splicing events, and fusion transcripts. By shifting the open reading frame or altering gene expressions, studies have proved that these transcript alterations can serve as crucial biomarkers for disease diagnosis and therapeutic targets. In this project, we proposed IFDlong, a bioinformatics and biostatistics tool to detect isoform and fusion transcripts using bulk or single-cell long-RNA-seq data. Specifically, the software performed gene and isoform annotation for each long-read, defined novel isoforms, quantified isoform expression by a novel expectation-maximization algorithm, and profiled the fusion transcripts. For evaluation, IFDlong pipeline achieved overall the best performance when compared with several existing tools in large-scale simulation studies. In both isoform and fusion transcript quantification, IFDlong is able to reach more than 0.8 Spearman’s correlation with the truth, and more than 0.9 cosine similarity when distinguishing multiple alternative splicing events. In novel isoform simulation, IFDlong can successfully balance the sensitivity (higher than 90%) and specificity (higher than 90%). Furthermore, IFDlong has proved its accuracy and robustness in diverse in-house and public datasets on healthy tissues, cell lines and multiple types of diseases. Besides bulk long-RNA-seq, IFDlong pipeline has proved its compatibility to single-cell long-RNA-seq data. This new software may hold promise for significant impact on long-read transcriptome analysis. The IFDlong software is available at https://github.com/wenjiaking/IFDlong .

Abstract Background: DNA sequencing is a critical tool in modern biology. Over the last two decades, it has been revolutionized by the advent of massively parallel sequencing, leading to significant advances in the genome and transcriptome sequencing of various organisms. Nevertheless, challenges with accuracy, lack of competitive options and prohibitive costs associated with high throughput parallel short-read sequencing persist. Results: Here, we conduct a comparative analysis using matched DNA and RNA short-reads assays between Element Biosciences AVITI chemistry and Illumina NextSeq 550. Similar comparisons were evaluated for synthetic long-read sequencing for RNA and targeted single-cell transcripts between the AVITI and Illumina NovaSeq 6000. For both DNA and RNA short-read applications, the study found that the AVITI produced significantly higher per sequence quality scores. For PCR-free DNA libraries, we observed up to a 10-fold lower experimentally determined error rate for using the AVITI chemistry compared to the NextSeq 550. For short-read RNA quantification, both AVITI and the NextSeq 550 demonstrated comparable accuracy. With regards to synthetic long-read mRNA and targeted synthetic long read single cell mRNA sequencing, both platforms respective chemistries performed comparably in quantification of genes and isoforms. The AVITI displayed a marginally lower error rate for long reads, with fewer chemistry-specific errors and a higher mutation detection rate. Conclusion: These results point to the potential of the AVITI platform as a competitive candidate in high-throughput short read sequencing analyses when juxtaposed with the Illumina NextSeq 550.