The prevalence of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) has been increasing worldwide in recent years, causing severe economic and social burdens. Therefore, the lack of currently approved drugs for anti-NAFLD has gradually gained attention. SIRT1, as a member of the sirtuins family, is now the most widely studied in the pathophysiology of many metabolic diseases, and has great potential for preventing and treating NAFLD. Natural products such as Diosgenin (DG) have the potential to be developed as clinical drugs for the treatment of NAFLD due to their excellent multi-target therapeutic effects. In this study, we found that DG can activate the SIRT1/PGC-1α pathway and upregulate the expression of its downstream targets nuclear respiratory factor 1 (NRF1), complex IV (COX IV), mitofusin-2 (MFN2), and PPARα (perox-isome proliferator-activated receptor α) in SD rats induced by high-fat diet (HFD) and HepG2 cells caused by free fatty acids (FFAs, sodium oleate: sodium palmitate = 2:1). Conversely, the levels of dynamin-related protein 1 (DRP1) and inflammatory factors, including NF-κB p65, IL6, and TNFα, were downregulated both in vitro and in vivo. This improved mitochondrial dysfunction, fatty acid oxidation (FAO), lipid accumulation, steatosis, oxidative stress, and hepatocyte inflammation. Subsequently, we applied SIRT1 inhibitor EX527 and SIRT1 agonist SRT1720 to confirm further the necessity of activating SIRT1 for DG to exert therapeutic effects on NAFLD. In summary, these results further demonstrate the potential therapeutic role of DG as a SIRT1 natural agonist for NAFLD. (Graphical Abstracts)

SUMMARY The genome of an organism is inherited from its ancestor and keeps evolving over time, however, how much the current version could be altered remains unknown. Here, we use the left arm of chromosome XII ( chrXIIL ) as an example to probe the genome plasticity in Saccharomyces cerevisiae . A neochromosome was designed to harbor originally dispersed genes. The essentiality of sequences in chrXIIL was dissected by targeted DNA removal, chromosome truncation and random deletion. Notably, 12 genes were sufficient for survival, while 25 genes are required to retain robust fitness. Next, we demonstrated these genes could be reconstructed using synthetic regulatory sequences and recoded open-reading frames with “one-amino-acid-one-codon” strategy. Finally, we built a neochromsome, which could substitute for chrXIIL for cell viability, with these reconstructed genes. Our work not only highlights the high plasticity of yeast genome, but also illustrates the possibility of making functional chromosomes with completely artificial sequences. HIGHLIGHTS A neochromosome was designed to facilitate the assembly of exogenous DNA for stable expression in yeast The left arm of chrXII could be minimized to just 12 genes to maintain viability, but additional genes were required to retain robust fitness Comprehensive recoding and transcriptional refactoring using artificial regulatory sequences produced a functional chromosome arm A completely reconstructed neochromosome could replace the chrXIIL to maintain comparable fitness

Summary Genomic rearrangements contribute to gene copy number alterations, disruption of protein-coding sequences and/or perturbation of cis-regulatory networks. SCRaMbLE, a Cre/loxP-based system implanted in synthetic yeast chromosomes, can effectively introduce genomic rearrangements, and is thus a potential tool to study genomic rearrangements. However, the potential of SCRaMbLE to study genomic rearrangements is currently hindered, because a strain containing all 16 synthetic chromosomes is not yet available. Here, we constructed a yeast strain, SparLox83, containing 83 loxPsym sites distributed across all 16 chromosomes, with at least two sites per chromosome. Inducing Cre recombinase expression in SparLox83 produced versatile genome-wide genomic rearrangements, including inter-chromosomal events. Moreover, SCRaMbLE of the hetero-diploid strains derived from crossing SparLox83 with strains possessing synthetic chromosome III (synIII) from the Sc2.0 project led to increased diversity of genomic rearrangements and relatively faster evolution of traits compared to a strain with only synIII. Analysis of these evolved strains demonstrates that genomic rearrangements can perturb the transcriptome and 3D genome structure and can consequently impact phenotypes. In summary, a genome with sparsely distributed loxPsym sites can serve as a powerful tool to study the consequence of genomic rearrangements and help accelerate strain engineering in Saccharomyces cerevisiae.

Summary In eukaryotic genomes, ribosomal DNA (rDNA) generally resides as a highly repetitive and dynamic structure, making it difficult to study. Here, a synthetic rDNA array on chromosome III in budding yeast was constructed to serve as the sole source of rRNA. Utilizing the loxPsym site within each rDNA repeat and the Cre recombinase, we were able to reduce the copy number to as few as eight copies. Additionally, we constructed strains with two or three rDNA arrays, and found that the presence of multiple arrays did not affect the formation of a single nucleolus. Although alteration on the position and number of rDNA arrays did impact three-dimensional genome structure, the additional rDNA arrays had no deleterious influence on cell growth or transcriptomes. Together, this study sheds light on the high plasticity of rDNA organization and opens up opportunities for future rDNA engineering. Highlights A method was established for efficient construction of synthetic rDNA arrays in budding yeast The rDNA repeats in a haploid yeast can be reduced to as few as eight copies to support cell viability Yeast cells with two or three DNA arrays on distinct chromosomes form a single nucleolus. Dispersed rDNA arrays result in no deleterious influence on cell growth or transcriptomes.

Metabolic-associated fatty liver disease (MAFLD) is one of the most common liver diseases worldwide; however, its pathogenesis and treatment methods have not been perfected. NOD-like receptor thermal protein domain-associated protein 3 (NLRP3) is a promising therapeutic target for MAFLD. Diosgenin (DG) is a natural compound that was identified in a traditional Chinese herbal medicine, which has pharmacological effects, such as anti-inflammatory, antioxidant, hepatoprotective, and hypolipidemic activities. In this study, we examined the effects and molecular mechanisms of DG on MAFLD in vitro and in vivo. We established a rat model by administering a high-fat diet (HFD). We also generated an in vitro MAFLD model by treating HepG2 cells with free fatty acids (FFAs). The results indicated that DG attenuated lipid accumulation and liver injury in both in vitro and in vivo models. DG downregulated the expression of NLRP3, apoptosis-associated speckle-like protein (ASC), cysteinyl aspartate specific proteinase-1 (caspase-1), gasdermin D (GSDMD), GSDMD-n, and interleukin-1β (IL-1β). In addition, we silenced and overexpressed NLRP3 in vitro to determine the effects of DG on antiMAFLD. Silencing NLRP3 enhanced the effect of DG on the treatment of MAFLD, whereas NLRP3 overexpression reversed its beneficial effects. Taken together, the results show that DG has a favorable effect on attenuating MAFLD through the hepatic NLRP3 inflammasome-dependent signaling pathway. DG represents a natural NLRP3 inhibitor for the MAFLD treatment.