Summary

 Cerebral organoids, three-dimensional cultures that model organogenesis, provide a new platform to investigate human brain development. High cost, variability, and tissue heterogeneity limit their broad applications. Here, we developed a miniaturized spinning bioreactor (SpinΩ) to generate forebrain-specific organoids from human iPSCs. These organoids recapitulate key features of human cortical development, including progenitor zone organization, neurogenesis, gene expression, and, notably, a distinct human-specific outer radial glia cell layer. We also developed protocols for midbrain and hypothalamic organoids. Finally, we employed the forebrain organoid platform to model Zika virus (ZIKV) exposure. Quantitative analyses revealed preferential, productive infection of neural progenitors with either African or Asian ZIKV strains. ZIKV infection leads to increased cell death and reduced proliferation, resulting in decreased neuronal cell-layer volume resembling microcephaly. Together, our brain-region-specific organoids and SpinΩ provide an accessible and versatile platform for modeling human brain development and disease and for compound testing, including potential ZIKV antiviral drugs.

Cereal grasses of the Triticeae tribe have been the major food source in temperate regions since the dawn of agriculture. Their large genomes are characterized by a high content of repetitive elements and large pericentromeric regions that are virtually devoid of meiotic recombination. Here we present a high-quality reference genome assembly for barley (Hordeum vulgare L.). We use chromosome conformation capture mapping to derive the linear order of sequences across the pericentromeric space and to investigate the spatial organization of chromatin in the nucleus at megabase resolution. The composition of genes and repetitive elements differs between distal and proximal regions. Gene family analyses reveal lineage-specific duplications of genes involved in the transport of nutrients to developing seeds and the mobilization of carbohydrates in grains. We demonstrate the importance of the barley reference sequence for breeding by inspecting the genomic partitioning of sequence variation in modern elite germplasm, highlighting regions vulnerable to genetic erosion. The International Barley Genome Sequencing Consortium reports sequencing and assembly of a reference genome for barley, Hordeum vulgare. Triticeae grasses, which include barley, wheat and rye, are widely cultivated plants with particularly complex genomes and evolutionary histories. Sequencing of the barley genome has been particularly challenging owing to its large size and particular genomic features, such as an abundance of repetitive elements. Nils Stein and colleagues of the International Barley Genome Sequencing Consortium report sequencing and assembly of a reference genome for barley (Hordeumvulgare L). They use a combined approach of hierarchical shotgun sequencing of bacterial artificial chromosomes, genome mapping on nanochannel arrays and chromosome-scale scaffolding with Hi-C sequencing. This brings the first comprehensive, completely ordered assembly of the pericentromeric regions of a Triticeae genome. The authors also sequenced and examined genetic diversity in the exomes of 96 European elite barley lines with a spring or winter growth habit, and highlight the utility of this resource for cereal genomics and breeding programs.

Abstract Upon recognition of viral components by pattern recognition receptors, including TLRs and retinoic acid-inducible gene I (RIG-I)- like helicases, cells are activated to produce type I IFN and proinflammatory cytokines. These pathways are tightly regulated by host to prevent inappropriate cellular response, but viruses can down-regulate these pathways for their survival. Recently, identification of negative regulators for cytoplasmic RNA-mediated antiviral signaling, especially the RIG-I pathway, attract much attention. However, there is no report about negative regulation of RIG-I antiviral pathway by microRNAs (miRNA) to date. We found that vesicular stomatitis virus (VSV) infection up-regulated miR-146a expression in mouse macrophages in TLR-myeloid differentiation factor 88-independent but RIG-I-NF-κB-dependent manner. In turn, miR-146a negatively regulated VSV-triggered type I IFN production, thus promoting VSV replication in macrophages. In addition to two known miR-146a targets, TRAF6 and IRAK1, we proved that IRAK2 was another target of miR-146a, which also participated in VSV-induced type I IFN production. Furthermore, IRAK1 and IRAK2 participated in VSV-induced type I IFN production by associating with Fas-associated death domain protein, an important adaptor in RIG-I signaling, in a VSV infection-inducible manner. Therefore, we demonstrate that miR-146a, up-regulated during viral infection, is a negative regulator of the RIG-I-dependent antiviral pathway by targeting TRAF6, IRAK1, and IRAK2.

Summary

 The full scale of human miRNome in specific cell or tissue, especially in cancers, remains to be determined. An in-depth analysis of miRNomes in human normal liver, hepatitis liver, and hepatocellular carcinoma (HCC) was carried out in this study. We found nine miRNAs accounted for ∼88.2% of the miRNome in human liver. The third most highly expressed miR-199a/b-3p is consistently decreased in HCC, and its decrement significantly correlates with poor survival of HCC patients. Moreover, miR-199a/b-3p can target tumor-promoting PAK4 to suppress HCC growth through inhibiting PAK4/Raf/MEK/ERK pathway both in vitro and in vivo. Our study provides miRNomes of human liver and HCC and contributes to better understanding of the important deregulated miRNAs in HCC and liver diseases.

We describe the synthesis and properties of a small molecule mimic of Smac, a pro-apoptotic protein that functions by relieving inhibitor-of-apoptosis protein (IAP)–mediated suppression of caspase activity. The compound binds to X chromosome– encoded IAP (XIAP), cellular IAP 1 (cIAP-1), and cellular IAP 2 (cIAP-2) and synergizes with both tumor necrosis factor α (TNFα) and TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) to potently induce caspase activation and apoptosis in human cancer cells. The molecule has allowed a temporal, unbiased evaluation of the roles that IAP proteins play during signaling from TRAIL and TNF receptors. The compound is also a lead structure for the development of IAP antagonists potentially useful as therapy for cancer and inflammatory diseases.

Semihydrogenation of acetylene in an ethylene-rich stream is an industrially important process. Conventional supported monometallic Pd catalysts offer high acetylene conversion, but they suffer from very low selectivity to ethylene due to overhydrogenation and the formation of carbonaceous deposits. Herein, a series of Ag alloyed Pd single-atom catalysts, possessing only ppm levels of Pd, supported on silica gel were prepared by a simple incipient wetness coimpregnation method and applied to the selective hydrogenation of acetylene in an ethylene-rich stream under conditions close to the front-end employed by industry. High acetylene conversion and simultaneous selectivity to ethylene was attained over a wide temperature window, surpassing an analogous Au alloyed Pd single-atom system we previously reported. Restructuring of AgPd nanoparticles and electron transfer from Ag to Pd were evidenced by in situ FTIR and in situ XPS as a function of increasing reduction temperature. Microcalorimetry and XANES measurements support both geometric and electronic synergetic effects between the alloyed Pd and Ag. Kinetic studies provide valuable insight into the nature of the active sites within these AgPd/SiO2 catalysts, and hence, they provide evidence for the key factors underpinning the excellent performance of these bimetallic catalysts toward the selective hydrogenation of acetylene under ethylene-rich conditions while minimizing precious metal usage.

TET proteins oxidize 5-methylcytosine (5mC) to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC), and 5-carboxylcytosine (5caC). 5fC and 5caC are excised by mammalian DNA glycosylase TDG, implicating 5mC oxidation in DNA demethylation. Here, we show that the genomic locations of 5fC can be determined by coupling chemical reduction with biotin tagging. Genome-wide mapping of 5fC in mouse embryonic stem cells (mESCs) reveals that 5fC preferentially occurs at poised enhancers among other gene regulatory elements. Application to Tdg null mESCs further suggests that 5fC production coordinates with p300 in remodeling epigenetic states of enhancers. This process, which is not influenced by 5hmC, appears to be associated with further oxidation of 5hmC and commitment to demethylation through 5fC. Finally, we resolved 5fC at base resolution by hydroxylamine-based protection from bisulfite-mediated deamination, thereby confirming sites of 5fC accumulation. Our results reveal roles of active 5mC/5hmC oxidation and TDG-mediated demethylation in epigenetic tuning at regulatory elements.

Myotonic dystrophy (DM) is an autosomal dominant neuromuscular disease that is associated with a (CTG) n repeat expansion in the 3′-untranslated region of the myotonin protein kinase (Mt-PK) gene. This study reports the isolation and characterization of a (CUG) n triplet repeat pre-mRNA/mRNA binding protein that may play an important role in DM pathogenesis. Two HeLa cell proteins, CUG-BP1 and CUG-BP2, have been purified based upon their ability to bind specifically to (CUG) 8 oligonucleotides in vitro . While CUG-BP1 is the major (CUG) 8 -binding activity in normal cells, nuclear CUG-BP2 binding activity increases in DM cells. Both CUG-BP1 and CUG-BP2 have been identified as isoforms of a novel heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP), hNab50. The CUG-BP/hNab50 protein is localized predominantly in the nucleus and is associated with polyadenylated RNAs in vivo. In vitro RNA-binding/photocrosslinking studies demonstrate that CUG-BP/hNab50 binds to RNAs containing the Mt-PK 3′-UTR. We propose that the (CUG) n repeat region in Mt-PK mRNA is a binding site for CUG-BP/hNab50 in vivo , and triplet repeat expansion leads to sequestration of this hnRNP on mutant Mt-PK transcripts.

Selective hydrogenation of acetylene to ethylene is an industrially important reaction. Pd-based catalysts have been proved to be efficient for the acetylene conversion, while enhancing the selectivity to ethylene is challenging. Here, we chose Cu as the partner of Pd, fabricated an alloyed Pd single-atom catalyst (SAC), and investigated its catalytic performance for the selective hydrogenation of acetylene to ethylene under a simulated front-end hydrogenation process in industry: that is, with a high concentration of hydrogen and ethylene. The Cu-alloyed Pd SAC showed ∼85% selectivity to ethylene and 100% acetylene elimination. In comparison with the Au- or Ag-alloyed Pd SAC, the Cu-alloyed analogue exceeded both of them in conversion, while the selectivity rivaled that of the Ag-alloyed Pd SAC and surpassed that of the Au-alloyed Pd SAC. As Cu is a low-cost metal, Cu-alloyed Pd SAC would minimize the noble-metal usage and possess high utilization potential for industry. The Cu-alloyed Pd SAC was verified by EXAFS, with the Pd/Cu atomic ratio lowered to 0.006, corresponding to the loading of Pd at 494 ppm. The microcalorimetric measurement results demonstrated that the adsorption of C2H4 over the Cu-alloyed Pd SAC was weaker than that over the catalyst with large Pd ensembles; thus, the selectivity to ethylene was greatly enhanced. At the same time, the adsorption of H2 was stronger than that over the corresponding monometallic Cu catalyst; thus, the activation of H2 was obviously promoted. On the basis of the above results, a possible reaction path over the Cu-alloyed Pd SAC was proposed. Furthermore, by systematic comparison of the IB-metal-alloyed Pd SACs, we found that the apparent activation energies of the IB-metal-alloyed Pd SACs were close to each other, indicating similar active sites and/or catalytic mechanisms over the three catalysts. The isolation of the Pd atoms by the IB metal distinctly contributed to both the conversion and the selectivity. Further DFT calculation results suggested that electron transfer between the IB metal and Pd might be responsible for their different selectivities to ethylene.

Abstract Effective recognition of viral infection and subsequent triggering of antiviral innate immune responses are essential for the host antiviral defense, which is tightly regulated by multiple regulators, including microRNAs. Our previous study showed that a panel of microRNAs, including miR-155, was markedly upregulated in macrophages upon vesicular stomatitis virus infection; however, the biological function of miR-155 during viral infection remains unknown. In this paper, we show that RNA virus infection induces miR-155 expression in macrophages via TLR/MyD88-independent but retinoic acid-inducible gene I/JNK/NF-κB–dependent pathway. And the inducible miR-155 feedback promotes type I IFN signaling, thus suppressing viral replication. Furthermore, suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1), a canonical negative regulator of type I IFN signaling, is targeted by miR-155 in macrophages, and SOCS1 knockdown mediates the enhancing effect of miR-155 on type I IFN-mediated antiviral response. Therefore, we demonstrate that inducible miR-155 feedback positively regulates host antiviral innate immune response by promoting type I IFN signaling via targeting SOCS1.