ABSTRACT Tissue development and repair throughout life depends on the availability of multipotent mesenchymal stem/progenitor cells capable of differentiating into specialized cell types. How an appropriately sized pool of such multipotent progenitors is maintained under varied signals for tissue growth and repair is unknown. We addressed this question by monitoring fate trajectories of human adipose tissue-derived multipotent progenitor cells using single-cell transcriptomics. Homogenous multipotent progenitors underwent two distinct fate trajectories rapidly upon induction of adipose differentiation– one toward the adipocyte fate, and the other towards a distinct, non-differentiated state characterized by up-regulation of canonical Wnt target genes. Upon isolation, this latter cell population was able to resume proliferation and display multipotency. Using canonical Wnt agonists and antagonists we find Wnt signaling is required for the maintenance of this multipotent pool under differentiation stimulus. In vivo , these cells are retained in adipose tissue developed from human multipotent progenitor cells in immunocompromised mice, and their transcriptomic signature is detected in human adult adipose tissue. Our study reveals a previously unrecognized mechanism for maintaining a functional pool of human mesenchymal progenitor cells under conditions of differentiation pressure, driven by Wnt signaling.

ABSTRACT Adipocyte lipid droplets (LDs) play a crucial role in systemic lipid metabolism by storing and releasing lipids to meet the organism’s energy needs. Hormonal signals such as catecholamines and insulin act on adipocyte LDs, and impaired responsiveness to these signals can lead to uncontrolled lipolysis, lipotoxicity, and a higher risk of metabolic diseases. To investigate the mechanisms that control LD function in human adipocytes, we employed techniques to obtain mesenchymal progenitor cells on a large scale and applied proximity labeling mediated by enhanced ascorbate peroxidase (APEX2) to identify the interactome of PLIN1 in differentiated adipocytes. We identified 70 proteins that interact specifically with PLIN1, including PNPLA2 and LIPE, which are the primary effectors of regulated triglyceride hydrolysis, and four members of the 14-3-3 protein family (YWHAB, YWHAE, YWHAZ, and YWHAG), which are known to regulate diverse signaling pathways. Functional studies showed that YWHAB is required for maximum cAMP-stimulated lipolysis and helps to mitigate the anti-lipolytic effects of insulin. These findings reveal new regulatory mechanisms that control lipolysis in human metabolism. SIGNIFICANCE STATEMENT Lipid droplets are ubiquitous cytoplasmic organelles that store metabolic energy and play a key role in cellular lipid metabolism (1). Adipocyte LDs play an additional, crucial role, as they supply the energy needs of the whole body through hormonally regulated triglyceride synthesis, storage, and release. The mechanisms by which adipocyte lipid droplets release lipids for systemic use has been mostly studied in mouse models and cell lines. To understand how lipid mobilization is controlled in human adipocytes, we used proximity labeling to identify proteins that interact with PLIN1, a major component of the lipid droplet, in adipocytes generated from primary human progenitor cells. Our study catalogues the interactome of human PLIN1 and identifies previously unrecognized potential mechanism for control of human adipocyte lipolysis through 14-3-3 proteins.

Aging and metabolic diseases are accompanied by systemic inflammation, but the mechanisms that induce this state are not known. We developed a human bone-marrow organoid system to explore mechanisms underlying metabolic-disease associated systemic inflammation. We find that a distinct type of hematopoietic stem cell (HSC) develops in the adipose-rich, yellow bone marrow, which is known to gradually replace the hematopoietic red marrow as we age and during metabolic disease. Unlike HSCs derived from the red bone marrow, HSCs derived from the yellow bone marrow have higher proliferation rates, increase myeloid differentiation, skew towards pro-inflammatory M1 macrophage differentiation, and express a distinct transcriptomic profile associated with responsiveness to wounding. Yellow marrow-derived HSCs express higher levels of the leptin receptor, which we find to be further increased in patients with type 2 diabetes. Our work demonstrates that the human long bone yellow marrow is a niche for a distinct class of HSCs which could underlie hematopoietic dysfunction during aging and metabolic disease processes suggesting a shared inflammaging mechanism.

ABSTRACT Mechanisms that control “beige/brite” thermogenic adipose tissue development may be harnessed to improve human metabolic health. To define these mechanisms, we developed a species-hybrid model in which human mesenchymal progenitor cells were used to develop white or thermogenic/beige adipose tissue in mice. The hybrid adipose tissue developed distinctive features of human adipose tissue, such as larger adipocyte size, despite its neurovascular architecture being entirely of murine origin. Thermogenic adipose tissue recruited a denser, qualitatively distinct vascular network, differing in genes mapping to circadian rhythm pathways, and denser sympathetic innervation. The enhanced thermogenic neurovascular network was associated with human adipocyte expression of THBS 4 , TNC , NTRK3 and SPARCL1 , which enhance neurogenesis, and decreased expression of MAOA and ACHE , which control neurotransmitter tone. Systemic inhibition of MAOA, which is present in human but absent in mouse adipocytes, induced browning of human but not mouse adipose tissue, revealing the physiological relevance of this pathway. Our results reveal species-specific cell type dependencies controlling the development of thermogenic adipose tissue and point to human adipocyte MAOA as a potential target for metabolic disease therapy.