Abstract Hepatitis A virus (HAV) is a positive-sense RNA virus causing acute inflammation of the liver. Here, using a genome-scale CRISPR screen in a human hepatocyte cell line, we provide a comprehensive picture of the cellular factors, which are exploited by HAV during replication. We identified genes involved in sialic acid biosynthesis and members of the eukaryotic translation initiation factor complex, corroborating their putative roles in HAV infection. Additionally, we uncovered all components of the cellular machinery for UFMylation, a ubiquitin-like protein modification. We showed that HAV translation specifically depends on UFM1 conjugation of the ribosomal protein RPL26. Furthermore, we found that components related to the yeast Trf4/5– Air1/2–Mtr4 polyadenylation (TRAMP) complex, are required for viral translation, independent of controlling HAV poly(A) tails. While the identified HAV host factors were largely distinct compared to other picornaviruses, we highlighted a surprising co-dependency of HAV and hepatitis B virus (HBV) on the TRAMP-like complex. Finally, we demonstrated that pharmacological inhibition of the TRAMP-like complex decreased HAV replication in hepatocyte cells and human liver organoids, thus providing a strategy for host-directed therapy of HAV infection.

Abstract As SARS-CoV-2 continues to spread worldwide, tractable primary airway cell models that accurately recapitulate the cell-intrinsic response to arising viral variants are needed. Here we describe an adult stem cell-derived human airway organoid model overexpressing the ACE2 receptor that supports robust viral replication while maintaining 3D architecture and cellular diversity of the airway epithelium. ACE2-OE organoids were infected with SARS-CoV-2 variants and subjected to single-cell RNA-sequencing. NF-κB inhibitor alpha was consistently upregulated in infected epithelial cells, and its mRNA expression positively correlated with infection levels. Confocal microscopy showed more IκBα expression in infected than bystander cells, but found concurrent nuclear translocation of NF-κB that IκBα usually prevents. Overexpressing a nondegradable IκBα mutant reduced NF-κB translocation and increased viral infection. These data demonstrate the functionality of ACE2-OE organoids in SARS-CoV-2 research and identify an incomplete NF-κB feedback loop as a rheostat of viral infection that may promote inflammation and severe disease.

Abstract Hepatitis C virus (HCV) remains a global public health challenge with an estimated 71 million people chronically infected, with surges in new cases and no effective vaccine. New methods are needed to study the human immune response to HCV since in vivo animal models are limited and in vitro cancer cell models often show dysregulated immune and proliferative responses. Here we developed a CD8 + T cell and adult stem cell liver organoid system using a microfluidic chip to coculture 3D human liver organoids embedded in extracellular matrix with HLA-matched primary human T cells in suspension. We then employed automated phase contrast and immunofluorescence imaging to monitor T cell invasion and morphological changes in the liver organoids. This microfluidic coculture system supports targeted killing of liver organoids when pulsed with a peptide specific for HCV nonstructural protein 3 (NS3) (KLVALGINAV) in the presence of patient-derived CD8 + T cells specific for KLVALGINAV. This demonstrates the novel potential of the coculture system to molecularly study adaptive immune responses to HCV in an in vitro setting using primary human cells.

Summary Hepatitis C virus (HCV) is the leading cause of death from liver disease. How HCV infection causes lasting liver damage and increases cancer risk beyond viral clearance remains unclear. We identify bipotent liver stem cells as novel targets for HCV infection, and their erroneous differentiation as the potential cause of impaired liver regeneration and cancer development. We show 3D organoids generated from liver stem cells from actively HCV-infected individuals carry replicating virus and maintain low-grade infection over months. Organoids can be infected with a primary HCV isolate. Virus-inclusive single-cell RNA-sequencing uncovered extensive transcriptional reprogramming in HCV + cells supporting hepatocytic differentiation, cancer stem cell development and viral replication while stem cell proliferation and interferon signaling are disrupted. Our data adds a pathogenesis factor – infection of liver stem cells – to the biology of HCV infection that explains persistent liver damage and enhanced cancer risk through an altered stem cell state.

Abstract As SARS-CoV-2 continues to spread worldwide, tractable primary airway cell models that recapitulate the cell-intrinsic response to arising viral variants are needed. Here we describe an adult stem cell-derived human airway organoid model overexpressing the ACE2 receptor (ACE2-OE) that supports robust viral replication while maintaining 3D architecture and cellular diversity of the airway epithelium. ACE2-OE organoids were infected with SARS-CoV-2 variants and subjected to single-cell RNA-sequencing. Interferon-lambda was upregulated in cells with low-level infection while the NF-kB inhibitor alpha gene (encoding IkBa) was consistently upregulated in infected cells, and its expression positively correlated with infection levels. Confocal microscopy showed more IkBa expression in infected than bystander cells, but found concurrent nuclear translocation of NF-kB that IkBa usually prevents. Overexpressing a nondegradable IkBa mutant reduced NF-kB translocation and increased viral infection. These data demonstrate the functionality of ACE2-OE organoids in SARS-CoV-2 research and underscore that the strength of the NF-kB feedback loop in infected cells controls viral replication.