Type I interferon (IFN) is produced when host sensors detect foreign nucleic acids, but how sensors differentiate self from nonself nucleic acids, such as double-stranded RNA (dsRNA), is incompletely understood. Mutations in ADAR1, an adenosine-to-inosine editing enzyme of dsRNA, cause Aicardi-Goutières syndrome, an autoinflammatory disorder associated with spontaneous interferon production and neurologic sequelae. We generated ADAR1 knockout human cells to explore ADAR1 substrates and function. ADAR1 primarily edited Alu elements in RNA polymerase II (pol II)-transcribed mRNAs, but not putative pol III-transcribed Alus. During the IFN response, ADAR1 blocked translational shutdown by inhibiting hyperactivation of PKR, a dsRNA sensor. ADAR1 dsRNA binding and catalytic activities were required to fully prevent endogenous RNA from activating PKR. Remarkably, ADAR1 knockout neuronal progenitor cells exhibited MDA5 (dsRNA sensor)-dependent spontaneous interferon production, PKR activation, and cell death. Thus, human ADAR1 regulates sensing of self versus nonself RNA, allowing pathogen detection while avoiding autoinflammation.

Stem cells are highly resistant to viral infection compared to their differentiated progeny; however, the mechanism is mysterious. Here, we analyzed gene expression in mammalian stem cells and cells at various stages of differentiation. We find that, conserved across species, stem cells express a subset of genes previously classified as interferon (IFN) stimulated genes (ISGs) but that expression is intrinsic, as stem cells are refractory to interferon. This intrinsic ISG expression varies in a cell-type-specific manner, and many ISGs decrease upon differentiation, at which time cells become IFN responsive, allowing induction of a broad spectrum of ISGs by IFN signaling. Importantly, we show that intrinsically expressed ISGs protect stem cells against viral infection. We demonstrate the in vivo importance of intrinsic ISG expression for protecting stem cells and their differentiation potential during viral infection. These findings have intriguing implications for understanding stem cell biology and the evolution of pathogen resistance.

Flaviviruses pose a constant threat to human health. These RNA viruses are transmitted by the bite of infected mosquitoes and ticks and regularly cause outbreaks. To identify host factors required for flavivirus infection we performed full-genome loss of function CRISPR-Cas9 screens. Based on these results we focused our efforts on characterizing the roles that TMEM41B and VMP1 play in the virus replication cycle. Our mechanistic studies on TMEM41B revealed that all members of the Flaviviridae family that we tested require TMEM41B. We tested 12 additional virus families and found that SARS-CoV-2 of the Coronaviridae also required TMEM41B for infection. Remarkably, single nucleotide polymorphisms (SNPs) present at nearly twenty percent in East Asian populations reduce flavivirus infection. Based on our mechanistic studies we hypothesize that TMEM41B is recruited to flavivirus RNA replication complexes to facilitate membrane curvature, which creates a protected environment for viral genome replication.TMEM41B and VMP1 are required for both autophagy and flavivirus infection, however, autophagy is not required for flavivirus infection.TMEM41B associates with viral proteins and likely facilitates membrane remodeling to establish viral RNA replication complexes.TMEM41B single nucleotide polymorphisms (SNPs) present at nearly twenty percent in East Asian populations reduce flavivirus infection.TMEM41B-deficient cells display an exaggerated innate immune response upon high multiplicity flavivirus infection.

Current culture systems available for studying hepatitis D virus (HDV) are suboptimal. In this study, we demonstrate that hepatocyte-like cells (HLCs) derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) are fully permissive to HDV infection across various tested genotypes. When co-infected with the helper hepatitis B virus (HBV) or transduced to express the HBV envelope protein HBsAg, HLCs effectively secrete infectious progeny virions. We also show that HLCs expressing HBsAg support extracellular spread of HDV, thus providing a valuable platform for testing available anti-HDV regimens. By challenging the cells along the differentiation with HDV infection, we have identified CD63 as a potential HDV/HBV co-entry factor, which was rate-limiting HDV infection in immature hepatocytes. Given their renewable source and the potential to derive hPSCs from individual patients, we propose HLCs as a promising model for investigating HDV biology. Our findings offer new insights into HDV infection and expand the repertoire of research tools available for the development of therapeutic interventions.

Hepatitis B virus (HBV) chronically infects over 250 million people worldwide, increasing their risk of liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. There is a vaccine to prevent new infections, but no efficient cure for chronic infection. New insights into HBV biology are needed to improve cure rates for this widespread devastating disease. We describe a method to initiate replication of HBV, a DNA virus, using synthetic RNA. This approach has several advantages over existing systems: it eliminates contaminating background signal from input virus or plasmid DNA and can be easily adapted to multiple genotypes and mutants. Further, it can be applied to identify anti-HBV compounds, measure anti-HBV drug efficiency, study virus evolution, and, as we demonstrate, it can be uniquely applied to predict antiviral drug resistance.

Abstract Current culture systems available for studying hepatitis D virus (HDV) are suboptimal. In this study, we demonstrate that hepatocyte-like cells (HLCs) derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) are fully permissive to HDV infection across various tested genotypes. When co-infected with the helper hepatitis B virus (HBV) or transduced to express the HBV envelope protein HBsAg, HLCs effectively release infectious progeny virions. We also show that HBsAg-expressing HLCs support the extracellular spread of HDV, thus providing a valuable platform for testing available anti-HDV regimens. By challenging the cells along the differentiation with HDV infection, we have identified CD63 as a potential HDV co-entry factor that was rate-limiting for HDV infection in immature hepatocytes. Given their renewable source and the potential to derive hPSCs from individual patients, we propose HLCs as a promising model for investigating HDV biology. Our findings offer new insights into HDV infection and expand the repertoire of research tools available for the development of therapeutic interventions.