The mechanisms that regulate mammalian organ size are poorly understood. It is unclear whether the pathways that control organ size also impinge on stem/progenitor cells. A highly expressed gene in stem cells is YAP1 [1Ramalho-Santos M. Yoon S. Matsuzaki Y. Mulligan R.C. Melton D.A. “Stemness”: transcriptional profiling of embryonic and adult stem cells.Science. 2002; 298: 597-600Crossref PubMed Scopus (1388) Google Scholar], the ortholog of Drosophila Yorkie, a downstream component of the Hippo pathway [2Huang J. Wu S. Barrera J. Matthews K. Pan D. The Hippo signaling pathway coordinately regulates cell proliferation and apoptosis by inactivating Yorkie, the Drosophila homolog of YAP.Cell. 2005; 122: 421-434Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1179) Google Scholar]. Mutations in components of this pathway produce tissue overgrowth phenotypes in the fly whereas mammalian orthologs, like salvador [3Tapon N. Harvey K.F. Bell D.W. Wahrer D.C. Schiripo T.A. Haber D.A. Hariharan I.K. salvador promotes both cell cycle exit and apoptosis in Drosophila and is mutated in human cancer cell lines.Cell. 2002; 110: 467-478Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (620) Google Scholar], merlin [4McClatchey A.I. Giovannini M. Membrane organization and tumorigenesis—the NF2 tumor suppressor Merlin.Genes Dev. 2005; 19: 2265-2277Crossref PubMed Scopus (198) Google Scholar], LATS [5St John M.A. Tao W. Fei X. Fukumoto R. Carcangiu M.L. Brownstein D.G. Parlow A.F. McGrath J. Xu T. Mice deficient of Lats1 develop soft-tissue sarcomas, ovarian tumours and pituitary dysfunction.Nat. Genet. 1999; 21: 182-186Crossref PubMed Scopus (349) Google Scholar], and YAP1 [6Overholtzer M. Zhang J. Smolen G.A. Muir B. Li W. Sgroi D.C. Deng C.X. Brugge J.S. Haber D.A. Transforming properties of YAP, a candidate oncogene on the chromosome 11q22 amplicon.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103: 12405-12410Crossref PubMed Scopus (681) Google Scholar, 7Zender L. Spector M.S. Xue W. Flemming P. Cordon-Cardo C. Silke J. Fan S.T. Luk J.M. Wigler M. Hannon G.J. et al.Identification and validation of oncogenes in liver cancer using an integrative oncogenomic approach.Cell. 2006; 125: 1253-1267Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (851) Google Scholar], have been implicated in tumorigenesis. We report here that YAP1 increases organ size and causes aberrant tissue expansion in mice. YAP1 activation reversibly increases liver size more than 4-fold. In the intestine, expression of endogenous YAP1 is restricted to the progenitor/stem cell compartment, and activation of YAP1 expands multipotent undifferentiated progenitor cells, which differentiate upon cessation of YAP1 expression. YAP1 stimulates Notch signaling, and administration of γ-secretase inhibitors suppressed the intestinal dysplasia caused by YAP1. Human colorectal cancers expressing higher levels of YAP1 share molecular aspects with YAP1-induced dysplastic growth in the mouse. Our data show that the Hippo signaling pathway regulates organ size in mammals and can act on stem cell compartments, indicating a potential link between stem/progenitor cells, organ size, and cancer.

It is currently thought that life-long blood cell production is driven by the action of a small number of multipotent haematopoietic stem cells. Evidence supporting this view has been largely acquired through the use of functional assays involving transplantation. However, whether these mechanisms also govern native non-transplant haematopoiesis is entirely unclear. Here we have established a novel experimental model in mice where cells can be uniquely and genetically labelled in situ to address this question. Using this approach, we have performed longitudinal analyses of clonal dynamics in adult mice that reveal unprecedented features of native haematopoiesis. In contrast to what occurs following transplantation, steady-state blood production is maintained by the successive recruitment of thousands of clones, each with a minimal contribution to mature progeny. Our results demonstrate that a large number of long-lived progenitors, rather than classically defined haematopoietic stem cells, are the main drivers of steady-state haematopoiesis during most of adulthood. Our results also have implications for understanding the cellular origin of haematopoietic disease. On the basis of transplantation experiments it is generally believed that a very small number of haematopoietic stem cells maintain multi-lineage haematopoiesis by stably producing a hierarchy of short-lived progenitor cells; here a new transposon-based labelling technique shows that this might not be the case during non-transplant haematopoiesis, but rather that a large number of long-lived progenitors are the main drivers of steady-state haematopoiesis during most of adulthood. It is generally believed that a very small number of haematopoietic stem cells (HSCs) maintain multilineage haematopoiesis by stably producing a hierarchy of short-lived progenitor cells. This theory is historically based on transplantation experiments in lethally irradiated hosts. Using a new transposon-based labelling technique that enables unique tagging of individual cells and their progeny in vivo, Fernando Camargo and colleagues now show that this might not be the case during native non-transplant haematopoiesis. The authors found that the main drivers of steady state haematopoiesis during most of adulthood are a large number of long-lived progenitors, rather than classically defined haematopoietic stem cells.

The Hippo-signaling pathway is an important regulator of cellular proliferation and organ size. However, little is known about the role of this cascade in the control of cell fate. Employing a combination of lineage tracing, clonal analysis, and organoid culture approaches, we demonstrate that Hippo pathway activity is essential for the maintenance of the differentiated hepatocyte state. Remarkably, acute inactivation of Hippo pathway signaling in vivo is sufficient to dedifferentiate, at very high efficiencies, adult hepatocytes into cells bearing progenitor characteristics. These hepatocyte-derived progenitor cells demonstrate self-renewal and engraftment capacity at the single-cell level. We also identify the NOTCH-signaling pathway as a functional important effector downstream of the Hippo transducer YAP. Our findings uncover a potent role for Hippo/YAP signaling in controlling liver cell fate and reveal an unprecedented level of phenotypic plasticity in mature hepatocytes, which has implications for the understanding and manipulation of liver regeneration.

Heart growth is tightly controlled so that the heart reaches a predetermined size. Fetal heart growth occurs through cardiomyocyte proliferation, whereas postnatal heart growth involves primarily physiological cardiomyocyte hypertrophy. The Hippo kinase cascade is an important regulator of organ growth. A major target of this kinase cascade is YAP1, a transcriptional coactivator that is inactivated by Hippo kinase activity. Here, we used both genetic gain and loss of Yap1 function to investigate its role in regulating proliferative and physiologic hypertrophic heart growth. Fetal Yap1 inactivation caused marked, lethal myocardial hypoplasia and decreased cardiomyocyte proliferation, whereas fetal activation of YAP1 stimulated cardiomyocyte proliferation. Enhanced proliferation was particularly dramatic in trabecular cardiomyocytes that normally exit from the cell cycle. Remarkably, YAP1 activation was sufficient to stimulate proliferation of postnatal cardiomyocytes, both in culture and in the intact heart. A dominant negative peptide that blocked YAP1 binding to TEAD transcription factors inhibited YAP1 proliferative activity, indicating that this activity requires YAP1–TEAD interaction. Although Yap1 was a critical regulator of cardiomyocyte proliferation, it did not influence physiological hypertrophic growth of cardiomyocytes, because postnatal Yap1 gain or loss of function did not significantly alter cardiomyocyte size. These studies demonstrate that Yap1 is a crucial regulator of cardiomyocyte proliferation, cardiac morphogenesis, and myocardial trabeculation. Activation of Yap1 in postnatal cardiomyocytes may be a useful strategy to stimulate cardiomyocyte expansion in therapeutic myocardial regeneration.

Mapping cell fate during hematopoiesis Biologists have long attempted to understand how stem and progenitor cells in regenerating and embryonic tissues differentiate into mature cell types. Through the use of recent technical advances to sequence the genes expressed in thousands of individual cells, differentiation mechanisms are being revealed. Weinreb et al. extended these methods to track clones of cells (cell families) across time. Their approach reveals differences in cellular gene expression as cells progress through hematopoiesis, which is the process of blood production. Using machine learning, they tested how well gene expression measurements account for the choices that cells make. This work reveals that a considerable gap still exists in understanding differentiation mechanisms, and future methods are needed to fully understand—and ultimately control—cell differentiation. Science , this issue p. eaaw3381

YAP has previously been identified as an oncogene that promotes cell growth, but now it is shown to restrict stem cell expansion during regeneration in the mouse intestine, suggesting that it may function as a tumour suppressor in colon cancer. YAP is the main transcriptional effector of the growth-suppressive Hippo signalling pathway. It has been identified as an oncogene that promotes cell growth, and has emerged as a potential antitumour target. Surprisingly, Fernando Camargo and colleagues now find that in the mouse intestine, YAP actually suppresses growth, acting to restrict stem cell expansion during regeneration by limiting Wnt signalling. Consequently, loss of YAP leads to hyperplasia and microadenomas during regeneration. YAP is found to be downregulated in some human colon cancer, and its expression can reduce the growth of human colorectal cancer xenografts, suggesting that it may function as a tumour suppressor in colon cancer. A remarkable feature of regenerative processes is their ability to halt proliferation once an organ’s structure has been restored. The Wnt signalling pathway is the major driving force for homeostatic self-renewal and regeneration in the mammalian intestine. However, the mechanisms that counterbalance Wnt-driven proliferation are poorly understood. Here we demonstrate in mice and humans that yes-associated protein 1 (YAP; also known as YAP1)—a protein known for its powerful growth-inducing and oncogenic properties1,2—has an unexpected growth-suppressive function, restricting Wnt signals during intestinal regeneration. Transgenic expression of YAP reduces Wnt target gene expression and results in the rapid loss of intestinal crypts. In addition, loss of YAP results in Wnt hypersensitivity during regeneration, leading to hyperplasia, expansion of intestinal stem cells and niche cells, and formation of ectopic crypts and microadenomas. We find that cytoplasmic YAP restricts elevated Wnt signalling independently of the AXIN–APC–GSK-3β complex partly by limiting the activity of dishevelled (DVL). DVL signals in the nucleus of intestinal stem cells, and its forced expression leads to enhanced Wnt signalling in crypts. YAP dampens Wnt signals by restricting DVL nuclear translocation during regenerative growth. Finally, we provide evidence that YAP is silenced in a subset of highly aggressive and undifferentiated human colorectal carcinomas, and that its expression can restrict the growth of colorectal carcinoma xenografts. Collectively, our work describes a novel mechanistic paradigm for how proliferative signals are counterbalanced in regenerating tissues. Additionally, our findings have important implications for the targeting of YAP in human malignancies.

Transposon tagging to clonally trace progenitors and stem cells provides evidence for a substantially revised roadmap for unperturbed haematopoiesis, and highlights unique properties of multipotent progenitors and haematopoietic stem cells in situ. Generating new blood, or haematopoiesis, relies on a pool of stem cells that produces multipotent progenitors and differentiated blood and immune cells. Different models have been proposed to explain the hierarchical organization and fate decision of these cells, mainly using transplantation to assess lineage potential. Fernando Camargo and colleagues use transposon tagging to trace progenitors and stem cells clonally in unperturbed haematopoiesis and apply single-cell RNA sequencing to assess the transcriptome of the cells produced. They find the coexistence of unilineage- and oligolineage-producing clones and suggest that the megakaryocyte lineage arises largely independently of other haematopoietic fates, and can do so from long-term haematopoietic stem cells directly. Haematopoiesis, the process of mature blood and immune cell production, is functionally organized as a hierarchy, with self-renewing haematopoietic stem cells and multipotent progenitor cells sitting at the very top1,2. Multiple models have been proposed as to what the earliest lineage choices are in these primitive haematopoietic compartments, the cellular intermediates, and the resulting lineage trees that emerge from them3,4,5,6,7,8,9,10. Given that the bulk of studies addressing lineage outcomes have been performed in the context of haematopoietic transplantation, current models of lineage branching are more likely to represent roadmaps of lineage potential than native fate. Here we use transposon tagging to clonally trace the fates of progenitors and stem cells in unperturbed haematopoiesis. Our results describe a distinct clonal roadmap in which the megakaryocyte lineage arises largely independently of other haematopoietic fates. Our data, combined with single-cell RNA sequencing, identify a functional hierarchy of unilineage- and oligolineage-producing clones within the multipotent progenitor population. Finally, our results demonstrate that traditionally defined long-term haematopoietic stem cells are a significant source of megakaryocyte-restricted progenitors, suggesting that the megakaryocyte lineage is the predominant native fate of long-term haematopoietic stem cells. Our study provides evidence for a substantially revised roadmap for unperturbed haematopoiesis, and highlights unique properties of multipotent progenitors and haematopoietic stem cells in situ.

It has recently been shown that mononuclear cells from murine skeletal muscle contain the potential to repopulate all major peripheral blood lineages in lethally irradiated mice, but the origin of this activity is unknown. We have fractionated muscle cells on the basis of hematopoietic markers to show that the active population exclusively expresses the hematopoietic stem cell antigens Sca-1 and CD45. Muscle cells obtained from 6- to 8-week-old C57BL/6-CD45.1 mice and enriched for cells expressing Sca-1 and CD45 were able to generate hematopoietic but not myogenic colonies in vitro and repopulated multiple hematopoietic lineages of lethally irradiated C57BL/6-CD45.2 mice. These data show that muscle-derived hematopoietic stem cells are likely derived from the hematopoietic system and are a result not of transdifferentiation of myogenic stem cells but instead of the presence of substantial numbers of hematopoietic stem cells in the muscle. Although CD45-negative cells were highly myogenic in vitro and in vivo , CD45-positive muscle-derived cells displayed only very limited myogenic activity and only in vivo .