Summary

 The mammalian liver possesses a remarkable regenerative ability. Two modes of damage response have been described: (1) The "oval cell" response emanates from the biliary tree when all hepatocytes are affected by chronic liver disease. (2) A massive, proliferative response of mature hepatocytes occurs upon acute liver damage such as partial hepatectomy (PHx). While the oval cell response has been captured in vitro by growing organoids from cholangiocytes, the hepatocyte proliferative response has not been recapitulated in culture. Here, we describe the establishment of a long-term 3D organoid culture system for mouse and human primary hepatocytes. Organoids can be established from single hepatocytes and grown for multiple months, while retaining key morphological, functional and gene expression features. Transcriptional profiles of the organoids resemble those of proliferating hepatocytes after PHx. Human hepatocyte organoids proliferate extensively after engraftment into mice and thus recapitulate the proliferative damage-response of hepatocytes.

Brassinolides (BRs) are naturally occurring substances, which modulate plant growth and development events and have been known to improve the crop tolerance to abiotic stresses. In this study, possible role of exogenously applied brassinolide (BR) in alleviating the detrimental effects of drought in maize was evaluated in a rain-protected wire-house. Maize was subjected to drought at the start of tasseling for 6 days by withholding water application followed by foliar spray of BR (0.1 mg l−1) to assess the changes in growth, gas exchange, chlorophyll contents, protein, relative leaf water contents (RLWC), proline, malonialdehyde (MDA) and enzymatic antioxidants. Drought substantially reduced the maize growth in terms of plant height, leaf area and plant biomass. Moreover, substantial decrease in gas exchange attributes (net photosynthetic rate (A), transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), water use efficiency (WUE), instantaneous water use efficiency (WUEi) and intercellular CO2 (Ci) was also recorded. However, exogenous application of BR remarkably improved the gas exchange attributes, plant height, leaf area, cobs per plant, seedling dry weight both under drought and well-watered conditions. BR-induced promotion in growth and physiological and metabolic activities were mediated through increased protein synthesis enabling maintenance of tissue water potential and activities of antioxidant enzymes lowering the lipid peroxidation under drought.

ABSTRACT Advanced non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a rapidly emerging global health problem associated with pre-disposing genetic polymorphisms, most strikingly an isoleucine to methionine substitution in patatin-like phospholipase domain-containing protein 3 (PNPLA3-I148M). Here, we study how human hepatocytes with PNPLA3 148I and 148M variants engrafted in the livers of chimeric mice respond to a hypercaloric Western-style diet. As early as 4 weeks, mice developed dyslipidemia, impaired glucose tolerance, and steatohepatitis selectively in the human graft, followed by pericellular fibrosis after 8 weeks of hypercaloric feeding. The PNPLA3 148M variant, either from a homozygous 148M human donor or overexpressed in a homozygous 148I donor background, caused widespread microvesicular steatosis and even more severe steatohepatitis. We conclude that PNPLA3 148M in human hepatocytes exacerbates NAFLD. These models will facilitate mechanistic studies into human genetic variants associated with advanced fatty liver diseases.

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.

Although there is no effective cure for chronic hepatitis B virus (HBV) infection, antibodies are protective and constitute clinical correlates of recovery from infection. To examine the human neutralizing antibody response to HBV in elite neutralizers we screened 144 individuals. The top individuals produced shared clones of broadly neutralizing antibodies (bNAbs) that targeted 3 non-overlapping epitopes on the HBV S antigen (HBsAg). Single bNAbs protected humanized mice against infection, but selected for resistance mutations in mice with established infection. In contrast, infection was controlled by a combination of bNAbs targeting non-overlapping epitopes with complementary sensitivity to mutations that commonly emerge during human infection. The co-crystal structure of one of the bNAbs with a peptide epitope containing residues frequently mutated in human immune escape variants revealed a loop anchored by oppositely charged residues. The structure provides a molecular explanation for why immunotherapy for HBV infection may require combinations of complementary bNAbs.

Abstract Hemophilia A gene therapy targets hepatocytes to express B domain deleted-(BDD) clotting factor VIII (FVIII) to permit viral encapsidation. Since BDD is prone to misfolding in the endoplasmic reticulum (ER) and ER protein misfolding in hepatocytes followed by high fat diet (HFD) can cause hepatocellular carcinoma (HCC), we studied how FVIII misfolding impacts HCC development using hepatocyte DNA delivery to express three proteins from the same parental vector: 1) well-folded cytosolic dihydrofolate reductase (DHFR); 2) BDD-FVIII, which is prone to misfolding in the ER; and 3) N6-FVIII which folds more efficiently than BDD-FVIII. One week after DNA delivery, when FVIII expression was undetectable, mice were fed HFD for 65 weeks. Remarkably, all mice that received BDD-FVIII vector developed liver tumors, whereas only 58% of mice that received N6 and no mice that received DHFR vector developed liver tumors, suggesting that the degree of protein misfolding in the ER increases predisposition to HCC in the context of a HFD and in the absence of viral transduction. Our findings raise concerns of ectopic BDD-FVIII expression in hepatocytes in the clinic, which poses risks independent of viral vector integration. Limited expression per hepatocyte and/or use of proteins that avoid misfolding may enhance safety. Graphical abstract