Skin scarring, the end result of adult wound healing, is detrimental to tissue form and function. Engrailed-1 lineage-positive fibroblasts (EPFs) are known to function in scarring, but Engrailed-1 lineage-negative fibroblasts (ENFs) remain poorly characterized. Using cell transplantation and transgenic mouse models, we identified a dermal ENF subpopulation that gives rise to postnatally derived EPFs by activating Engrailed-1 expression during adult wound healing. By studying ENF responses to substrate mechanics, we found that mechanical tension drives Engrailed-1 activation via canonical mechanotransduction signaling. Finally, we showed that blocking mechanotransduction signaling with either verteporfin, an inhibitor of Yes-associated protein (YAP), or fibroblast-specific transgenic YAP knockout prevents Engrailed-1 activation and promotes wound regeneration by ENFs, with recovery of skin appendages, ultrastructure, and mechanical strength. This finding suggests that there are two possible outcomes to postnatal wound healing: a fibrotic response (EPF-mediated) and a regenerative response (ENF-mediated).

Regeneration is the holy grail of tissue repair, but skin injury typically yields fibrotic, non-functional scars. Developing pro-regenerative therapies requires rigorous understanding of the molecular progression from injury to fibrosis or regeneration. Here, we report the divergent molecular events driving skin wound cells toward scarring or regenerative fates. We profile scarring versus YAP-inhibition-induced wound regeneration at the transcriptional (single-cell RNA sequencing), protein (timsTOF proteomics), and tissue (extracellular matrix ultrastructural analysis) levels. Using cell-surface barcoding, we integrate these data to reveal fibrotic and regenerative "molecular trajectories" of healing. We show that disrupting YAP mechanotransduction yields regenerative repair by fibroblasts with activated Trps1 and Wnt signaling. Finally, via in vivo gene knockdown and overexpression in wounds, we identify Trps1 as a key regulatory gene that is necessary and partially sufficient for wound regeneration. Our findings serve as a multi-omic map of wound regeneration and could have therapeutic implications for pathologic fibroses.

Summary Regeneration is the “holy grail” of tissue repair, but skin injury typically yields fibrotic, non-functional scars. Developing pro-regenerative therapies requires rigorous understanding of the molecular progression from injury to fibrosis or regeneration. Here, we report the divergent molecular events driving skin wound cells toward either scarring or regenerative fates. We profile scarring versus YAP inhibition-induced wound regeneration at the transcriptional (single-cell RNA-sequencing), protein (timsTOF proteomics), and tissue (extracellular matrix ultrastructural analysis) levels. Using cell surface barcoding, we integrate these data to reveal fibrotic and regenerative “molecular trajectories” of healing. We show that disrupting YAP mechanical signaling yields regenerative repair orchestrated by fibroblasts with activated Trps1 and Wnt signaling. Our findings serve as a multimodal map of wound regeneration and could have therapeutic implications for pathologic fibroses.

While past studies have suggested that plasticity exists between dermal fibroblasts and adipocytes, it remains unknown whether fat actively contributes to fibrosis in scarring. We show that adipocytes convert to scar-forming fibroblasts in response to Piezo -mediated mechanosensing to drive wound fibrosis. We establish that mechanics alone are sufficient to drive adipocyte-to- fibroblast conversion. By leveraging clonal-lineage-tracing in combination with scRNA-seq, Visium, and CODEX, we define a "mechanically naïve" fibroblast-subpopulation that represents a transcriptionally intermediate state between adipocytes and scar-fibroblasts. Finally, we show that Piezo1 or Piezo2 -inhibition yields regenerative healing by preventing adipocytes' activation to fibroblasts, in both mouse-wounds and a novel human-xenograft-wound model. Importantly, Piezo1 -inhibition induced wound regeneration even in pre-existing established scars, a finding that suggests a role for adipocyte-to-fibroblast transition in wound remodeling, the least-understood phase of wound healing. Adipocyte-to-fibroblast transition may thus represent a therapeutic target for minimizing fibrosis via Piezo -inhibition in organs where fat contributes to fibrosis.

In the skin, tissue injury results in fibrosis in the form of scars composed of dense extracellular matrix deposited by fibroblasts. The therapeutic goal of regenerative wound healing has remained elusive in part because principles of fibroblast programming and adaptive response to injury remain incompletely understood. Here, we present a multimodal -omics platform for the comprehensive study of cell populations in complex tissue, which has allowed us to characterize the cells involved in wound healing across both time and space. We employ a stented wound model that recapitulates human tissue repair kinetics and multiple Rainbow transgenic lines to precisely track fibroblast fate during the physiologic response to injury. Through integrated analysis of single cell chromatin landscapes and gene expression states, coupled with spatial transcriptomic profiling, we are able to impute fibroblast epigenomes with temporospatial resolution. This has allowed us to define the mechanisms controlling cell fate during migration, proliferation, and differentiation following tissue injury and thereby reexamine the canonical phases of wound healing. These findings have broad implications for the study of tissue repair in complex organ systems.

Summary In adult mammals, skin wounds typically heal by scarring rather than through regeneration. In contrast, “super-healer” MRL mice have the unusual ability to regenerate ear punch wounds, yet the molecular basis for this regeneration remains elusive. Here, in hybrid crosses between MRL and non-regenerating mice, we use allele-specific gene expression to identify cis -regulatory variation associated with ear regeneration. Analyzing three major wound cell populations, we identified extensive strain- and tissue- specific cis- regulatory divergence associated with differences in healing outcomes. Genes with cis- regulatory differences specifically in fibroblasts were associated with wound healing phenotypes and pathways, and were enriched near genetic markers associated with ear-healing in a genetic cross. Finally, we demonstrated that one of these genes, Cfh , could be applied ectopically to accelerate wound repair and induce regeneration in typically fibrotic wounds. Overall, our results provide insight into the molecular drivers of regeneration in MRL mice with potential clinical implications.