Following severe liver injury, when hepatocyte-mediated regeneration is impaired, biliary epithelial cells (BECs) can transdifferentiate into functional hepatocytes. However, the subset of BECs with such facultative tissue stem cell potential, as well as the mechanisms enabling transdifferentiation, remains elusive. Here we identify a transitional liver progenitor cell (TLPC), which originates from BECs and differentiates into hepatocytes during regeneration from severe liver injury. By applying a dual genetic lineage tracing approach, we specifically labeled TLPCs and found that they are bipotent, as they either differentiate into hepatocytes or re-adopt BEC fate. Mechanistically, Notch and Wnt/β-catenin signaling orchestrate BEC-to-TLPC and TLPC-to-hepatocyte conversions, respectively. Together, our study provides functional and mechanistic insights into transdifferentiation-assisted liver regeneration.

SUMMARY Blood vessels supplying tumors are often dysfunctional and generally heterogeneous. The mechanisms underlying this heterogeneity remain poorly understood. Here, using multicolor lineage tracing, in vivo time-lapse imaging and single cell RNA sequencing in a mouse glioma model, we identify tumour-specific blood endothelial cells that originate from cells expressing the receptor for colony stimulating factor 1, Csf1r , a cytokine which controls macrophage biology. These Csf1r lineage endothelial cells (CLECs) form up to 10% of the tumour vasculature and express, besides classical blood endothelial cell markers, a gene signature that is distinct from brain endothelium but shares similarities with lymphatic endothelial cell populations. in silico analysis of pan-cancer single cell RNAseq datasets highlights the presence of a comparable subpopulation in the endothelium of a wide spectrum of human tumours. We show that CLECs actively contribute to sprouting and remodeling of tumour blood vessels and that selective depletion of CLECs reduces vascular branching and tumour growth. Our findings indicate that a non-tumour resident Csf1r-positive population is recruited to tumours, differentiates into blood endothelial cells to contribute to vascularization and, thereby, tumour growth.

Abstract Background Hypoxic stress-induced inflammation had been considered to play an important role in the onset and progression of altitude-related illnesses, but the origin of inflammatory cytokines, the specific responding cell types, and molecular mechanisms remain unknown. Mitochondria are responsible for oxygen consumption and recently reported to be the master regulators of inflammation, but it is not clear whether and how mitochondrial organelles sense the hypoxic stress and then control the inflammation. Methods Human subjects and mouse models were exposed to real or simulated altitude of 5500 m. Bone marrow-derived macrophages (BMDMs) and monocyte RAW264.7 cells were cultured under 1% oxygen hypoxic conditions. Myeloid-specific Bmal1 knock-out mice were generated by crossing Bmal1 flox/flox mice with Lyz2-Cre mice. Inflammation was investigated by assessing inflammatory mediators, monocyte activities, and leukocyte infiltrating. Mitochondrial unfolded protein response was examined by measuring stress markers, such as LONP1, AFG3L2, and HSP60. The target molecular mechanisms were identified by performing bioinformatic analyses, ChIP assays, and gain/loss-of-function experiments. Results 1) Monocytes in peripheral blood mononuclear cell (PBMCs) were more sensitive and contributed promptly to circulating inflammation in response to acute hypobaric hypoxia. 2) Hypoxic stress triggered the mitochondrial unfolded protein response and then induced the mito-inflammation (NLRP3 inflammasome) in monocytes. 3) Activation of Bmal1 drove mitochondrial stress and mito-inflammation by promoting Fis1-mediated mitochondrial fission in monocytes under hypoxia. 4) BHLHE40, a stress-responsive transcription factor directly targeted by HIF-1α, stimulated Bmal1 transcription in monocytes under hypobaric hypoxia. 5) Myeloid-specific Bmal1 deletion alleviated systemic circulating and vascular inflammation under acute hypobaric hypoxia. Conclusion BHLHE40, a transcription factor associated with hypoxia, stimulated Bmal1 , which in turn triggered the mitochondrial unfolded protein response and drove the mito-inflammation in monocytes by promoting Fis1-mediated mitochondrial fission. Our work provides a novel mechanism which may develop the circadian targeting drugs for altitude or hypoxia-related diseases.

Summary Compared with lowlander migrants, native Tibetans have a higher reproductive success at high altitude though the underlying mechanism remains unclear. Here, we compared the transcriptome and histology of full-term placentas between native Tibetans and Han migrants. We found that the placental trophoblast shows the largest expression divergence between Tibetans and Han, and Tibetans show decreased immune response and endoplasmic reticulum stress. Remarkably, we detected a sex-biased expression divergence, where the male-infant placentas show a greater between-population difference than the female-infant placentas. The umbilical cord plays a key role in the sex-biased expression divergence, which is associated with the higher birth weight of the male newborns of Tibetans. We also identified adaptive histological changes in the male-infant placentas of Tibetans, including larger umbilical artery wall and umbilical artery intima and media, and fewer syncytial knots. These findings provide valuable insights into the sex-biased adaptation of human populations, with significant implications for medical and genetic studies of human reproduction.

Abstract The origin and differentiation mechanism of articular chondrocytes remain poorly understood. Broadly, the difference in developmental mechanisms of articular and growth-plate cartilage is still less elucidated. Here, we identified that the nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1 (NFATc1) is a crucial regulator of articular, but not growth-plate, chondrocyte differentiation during development. At the early stage of mouse knee development (embryonic day 13.5), NFATc1-expressing cells were mainly located in the flanking region of the joint interzone. With development, NFATc1-expressing cells generated almost all articular chondrocytes, but not chondrocytes in limb growth-plate primordium. NFATc1-expressing cells displayed prominent capacities for colony formation and multipotent differentiation. Transcriptome analyses revealed a set of characteristic genes in NFATc1-enriched articular cartilage progenitors. Strikingly, the expression of NFATc1 was diminished with articular chondrocyte differentiation, and suppressing NFATc1 expression in articular cartilage progenitors was sufficient to induce spontaneous chondrogenesis while overexpressing NFATc1 suppresses chondrogenesis. Mechanistically, NFATc1 negatively regulated the transcriptional activity of the Col2a1 gene. Thus, our results reveal that NFATc1 characterizes articular, but not growth-plate, cartilage progenitors and negatively determines articular chondrocyte differentiation at least partly through regulating COL2A1 gene transcription.

ABSTRACT The spatiotemporal blood vessel formation and specification at the osteogenic and angiogenic interface of cranial bone defect repair were examined utilizing a high-resolution multiphoton-based imaging platform in conjunction with advanced optical techniques that allow interrogation of the oxygen microenvironment and cellular energy metabolism in living animals. Our study demonstrates the dynamic changes of vessel types, i.e. arterial, venous and capillary vessel networks at the superior and dura periosteum of cranial bone defect, suggesting a differential coupling of the vessel type with osteoblast expansion and bone tissue deposition/remodeling during repair. Employing transgenic reporter mouse models that label distinct types of vessels at the site of repair, we further show that oxygen distributions in capillary vessels at the healing site are heterogeneous as well as time and location-dependent. The endothelial cells coupling to osteoblasts prefer glycolysis and are less sensitive to microenvironmental oxygen changes than osteoblasts. In comparison, osteoblasts utilize relatively more OxPhos and potentially consume more oxygen at the site of repair. Taken together, our study highlights the dynamics and functional significance of blood vessel types at the site of defect repair, opening up opportunities for further delineating the oxygen and metabolic microenvironment at the interface of bone tissue regeneration.

Abstract Lung injury activates epithelial stem or progenitor cells for alveolar repair and regeneration. However, the origin and fate of injury-induced progenitors are poorly defined. Here, we report that p63-expressing progenitors emerge upon bleomycin-induced lung injury. These p63 + progenitors proliferate rapidly and differentiate into alveolar type 1 (AT1) and type 2 (AT2) cells through distinct trajectories. Dual recombinase-mediated sequential genetic lineage tracing reveals that p63 + progenitors originate from airway secretory cells and subsequently generate alveolar cells. Functionally, p63 activation is required for efficient alveolar regeneration from secretory cells. Our study identifies a secretory cell-derived p63 + progenitor that contributes to alveolar repair, indicating a potential therapeutic avenue for lung regeneration after injury.

ABSTRACT BACKGROUND Dual recombinases have been increasingly employed for enhanced precision in genetic targeting. A recent study utilizing an intersectional genetic approach through dual recombinases (Dre + CreER) has revealed that endocardium-derived fibroblasts (EndoFbs) play a pivotal role in cardiac fibrosis after pressure overload. However, this intersectional strategy has limitations, primarily due to ectopic genetic labeling of non-target cells within the adult heart by the constitutively active Dre recombinase. METHODS To address this issue, we have developed an advanced, interleaved and intersectional reporter (IIR) strategy in this study. This IIR strategy leverages an inducible CreER to prevent inadvertent Dre-rox recombination during development or disease progression by designing an interleaved reporter to allow for more specific tracing of EndoFbs. Moreover, our IIR system also incorporates Diphtheria Toxin Receptor (DTR) in targeted cells, enabling functional characterization of these cells after genetic ablation. RESULTS EndoFbs were regionally distributed in the heart during homeostasis and proliferated preferentially in response to pressure overload, leading to cardiac fibrosis in defined regions. The IIR strategy enables the tracing of EndoFbs with a more prominent regional pattern and facilitates genetic ablation of EndoFbs through DT injection. In addition, we have applied this IIR strategy to specifically target fibroblasts derived from the epicardium (EpiFbs). Genetic lineage tracing of EpiFb reveals that their distribution pattern is complementary to that of EndoFbs in the adult heart. When a substantial number of EpiFbs were genetically ablated, EndoFbs could replace the loss of EpiFbs in some specific regions of hearts. CONCLUSIONS The IIR strategy refines the precision of genetic lineage tracing while still employing the constitutively active Dre recombinase in tandem with inducible Cre. EndoFbs and EpiFbs are complementary in their distribution pattern in the heart, where EndoFbs have the potential to replace the loss of EpiFbs in some regions.