Abstract The conclusive identity of Wnt proteins regulating liver zonation (LZ) and regeneration (LR) remains unclear despite an undisputed role of β-catenin. Using single-cell analysis of liver cells from various species, a conserved Wnt2 and Wnt9b expression in endothelial cells (ECs) in zone 3 shown to be the major Wnt cell source, was identified. Conditional EC-elimination of Wnt2 and Wnt9b led to perturbation of LZ with not only loss of β-catenin targets in zone 3, but also re-appearance of zone 1 genes in zone 3, unraveling dynamicity as revealed by single-cell spatial transcriptomics using Molecular Cartography. Defective LR observed in the knockouts phenocopied other models of defective hepatic Wnt signaling. Administration of a tetravalent antibody to activate Wnt signaling rescued LZ and LR in the knockouts. Molecular Cartography on the livers of the agonist-treated animal revealed changes in LZ. Administration of the agonist also promoted LR in acetaminophen overdose acute liver failure (ALF) fulfilling an unmet clinical need. Overall, we report an unequivocal role of EC-Wnt2 and Wnt9b in LZ and LR and show the role of Wnt activators as regenerative therapy for ALF.

ABSTRACT Intrahepatic cholangiocarcinoma (ICC), a disease of poor prognosis, has increased in incidence. It is challenging to treat due to intra- and inter-tumoral heterogeneity, which in part is attributed to diverse cellular origin. Indeed, co-expression of AKT and NICD in hepatocytes (HCs) yielded ICC, with similarity to proliferative, Notch-activated, and stem cell-like subclasses of clinical ICC. NICD regulated SOX9 and YAP1 during ICC development. Yap1 deletion or TEAD inhibition impaired HC-to-biliary epithelial cell (BEC) reprogramming and ICC proliferation; Sox9 loss repressed tumor growth; and Yap1-Sox9 combined loss abolished ICC development in AKT-NICD model. DNMT1 was discovered as a novel downstream effector of YAP1-TEAD complex that directed HC-to-BEC/ICC fate-switch. DNMT1 loss prevented Notch-dependent HC-to-ICC development, and DNMT1 re-expression restored ICC development following TEAD repression. Coexpression of DNMT1 with AKT was sufficient to induce hepatic tumor development including ICC. Thus, we have identified a novel NOTCH-YAP1/TEAD-DNMT1 axis essential for HC-driven ICC development. SIGNIFICANCE We evaluated the clinical relevance of hepatocyte-driven ICC model and revealed critical but distinct roles of YAP1 and SOX9 in AKT-NICD-driven hepatocyte-derived ICC. We also identified NOTCH-YAP1/TEAD-DNMT1 axis as a critical driver for hepatocyte-to-ICC reprogramming, which might have biological and therapeutic implications in ICC subsets.

Huntington's disease arises from a toxic gain of function in the huntingtin ( HTT ) gene. As a result, many HTT-lowering therapies are being pursued in clinical studies, including those that reduce HTT RNA and protein expression in the liver. To investigate potential impacts, we characterized molecular, cellular, and metabolic impacts of chronic HTT lowering in mouse hepatocytes. Lifelong hepatocyte HTT loss is associated with multiple physiological changes, including increased circulating bile acids, cholesterol and urea, hypoglycemia, and impaired adhesion. HTT loss causes a clear shift in the normal zonal patterns of liver gene expression, such that pericentral gene expression is reduced. These alterations in liver zonation in livers lacking HTT are observed at the transcriptional, histological and plasma metabolite level. We have extended these phenotypes physiologically with a metabolic challenge of acetaminophen, for which the HTT loss results in toxicity resistance. Our data reveal an unexpected role for HTT in regulating hepatic zonation, and we find that loss of HTT in hepatocytes mimics the phenotypes caused by impaired hepatic β-catenin function.

YAP1 regulates cell plasticity during liver injury, regeneration and cancer, but its role in liver development is unknown. YAP1 activity was detected in biliary cells and in cells at the hepato-biliary bifurcation in single-cell RNA-sequencing analysis of developing livers. Hepatoblast deletion of led to no impairment in Notch-driven SOX9+ ductal plate formation, but prevented the formation of the abutting second layer of SOX9+ ductal cells, blocking the formation of a patent intrahepatic biliary tree. Intriguingly, the mice survived for 8 months with severe cholestatic injury and without any hepatocyte-to-biliary transdifferentiation. Ductular reaction in the perihilar region suggested extrahepatic biliary proliferation likely seeking the missing intrahepatic biliary network. Long-term survival of these mice occurred through hepatocyte adaptation via reduced metabolic and synthetic function including altered bile acid metabolism and transport. Overall, we show YAP1 as a key regulator of bile duct development while highlighting a profound adaptive capability of hepatocytes.

Abstract Expansion of biliary epithelial cells (BECs) during ductular reaction (DR) is observed in liver diseases including cystic fibrosis (CF), and associated with inflammation and fibrosis, albeit without complete understanding of underlying mechanism. Using two different genetic knockouts of β-catenin, one with β-catenin loss is hepatocytes and BECs (KO1), and another with loss in only hepatocytes (KO2), we demonstrate disparate long-term repair after an initial injury by 2-week choline-deficient ethionine- supplemented diet. KO2 show gradual liver repopulation with BEC-derived β-catenin- positive hepatocytes, and resolution of injury. KO1 showed persistent loss of β-catenin, NF-κB activation in BECs, progressive DR and fibrosis, reminiscent of CF histology. We identify interactions of β-catenin, NFκB and CF transmembranous conductance regulator (CFTR) in BECs. Loss of CFTR or β-catenin led to NF-κB activation, DR and inflammation. Thus, we report a novel β-catenin-NFκB-CFTR interactome in BECs, and its disruption may contribute to hepatic pathology of CF.