A mouse model of liver damage has identified a population of Lrg5+ liver stem cells that can generate hepatoctyes and bile ducts in vivo. Hans Clevers and colleagues have identified a quiescent population of adult liver stem cells that can be 'woken up' by damage. In mice subject to liver damage, small cells expressing the Wnt target gene Lgr5 accumulate near the bile ducts. One of these cells was used to grow large numbers of bipotent stem cells in vitro. The stem cells were converted to functional hepatocytes in vitro, and when liver organoids were transplanted into a mouse model of tyrosinemia type I liver disease, islands of apparently normal hepatocytes appeared in the liver. Whether these hepatocytes are fully functional is not yet known, but the results are promising for regenerative approaches in the liver. The Wnt target gene Lgr5 (leucine-rich-repeat-containing G-protein-coupled receptor 5) marks actively dividing stem cells in Wnt-driven, self-renewing tissues such as small intestine and colon1, stomach2 and hair follicles3. A three-dimensional culture system allows long-term clonal expansion of single Lgr5+ stem cells into transplantable organoids (budding cysts) that retain many characteristics of the original epithelial architecture2,4,5. A crucial component of the culture medium is the Wnt agonist RSPO16, the recently discovered ligand of LGR57,8. Here we show that Lgr5-lacZ is not expressed in healthy adult liver, however, small Lgr5-LacZ+ cells appear near bile ducts upon damage, coinciding with robust activation of Wnt signalling. As shown by mouse lineage tracing using a new Lgr5-IRES-creERT2 knock-in allele, damage-induced Lgr5+ cells generate hepatocytes and bile ducts in vivo. Single Lgr5+ cells from damaged mouse liver can be clonally expanded as organoids in Rspo1-based culture medium over several months. Such clonal organoids can be induced to differentiate in vitro and to generate functional hepatocytes upon transplantation into Fah−/− mice. These findings indicate that previous observations concerning Lgr5+ stem cells in actively self-renewing tissues can also be extended to damage-induced stem cells in a tissue with a low rate of spontaneous proliferation.

Progress toward understanding the biology of prostate cancer has been slow due to the few animal research models available to study the spectrum of this uniquely human disease. To develop an animal model for prostate cancer, several lines of transgenic mice were generated by using the prostate-specific rat probasin promoter to derive expression of the simian virus 40 large tumor antigen-coding region. Mice expressing high levels of the transgene display progressive forms of prostatic disease that histologically resemble human prostate cancer, ranging from mild intraepithelial hyperplasia to large multinodular malignant neoplasia. Prostate tumors have been detected specifically in the prostate as early as 10 weeks of age. Immunohistochemical analysis of tumor tissue has demonstrated that dorsolateral prostate-specific secretory proteins were confined to well-differentiated ductal epithelial cells adjacent to, or within, the poorly differentiated tumor mass. Prostate tumors in the mice also display elevated levels of nuclear p53 and a decreased heterogeneous pattern of androgen-receptor expression, as observed in advanced human prostate cancer. The establishment of breeding lines of transgenic mice that reproducibly develop prostate cancer provides an animal model system to study the molecular basis of transformation of normal prostatic cells and the factors influencing the progression to metastatic prostate cancer.

Mice homozygous for the targeted deletion of the c/ebp α gene, which expresses the CCAAT/enhancer-binding protein α (C/EBPα), did not store hepatic glycogen and died from hypoglycemia within 8 hours after birth. In these mutant mice, the amounts of glycogen synthase messenger RNA were 50 to 70 percent of normal and the transcriptional induction of the genes for two gluconeogenic enzymes, phosphoenolpyruvate carboxykinase and glucose-6-phosphatase, was delayed. The hepatocytes and adipocytes of the mutant mice failed to accumulate lipid and the expression of the gene for uncoupling protein, the defining marker of brown adipose tissue, was reduced. This study demonstrates that C/EBPα is critical for the establishment and maintenance of energy homeostasis in neonates.

The mouse small intestinal epithelium consists of four principal cell types deriving from one multipotent stem cell: enterocytes, goblet, enteroendocrine, and Paneth cells. Previous studies showed that Math1 , a basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor, is expressed in the gut. We find that loss of Math1 leads to depletion of goblet, enteroendocrine, and Paneth cells without affecting enterocytes. Colocalization of Math1 with Ki-67 in some proliferating cells suggests that secretory cells (goblet, enteroendocrine, and Paneth cells) arise from a common progenitor that expresses Math1 , whereas absorptive cells (enterocytes) arise from a progenitor that is Math1 -independent. The continuous rapid renewal of these cells makes the intestinal epithelium a model system for the study of stem cell regeneration and lineage commitment.

Mice that could be highly repopulated with human hepatocytes would have many potential uses in drug development and research applications. The best available model of liver humanization, the uroplasminogen-activator transgenic model, has major practical limitations. To provide a broadly useful hepatic xenorepopulation system, we generated severely immunodeficient, fumarylacetoacetate hydrolase (Fah)-deficient mice. After pretreatment with a urokinase-expressing adenovirus, these animals could be highly engrafted (up to 90%) with human hepatocytes from multiple sources, including liver biopsies. Furthermore, human cells could be serially transplanted from primary donors and repopulate the liver for at least four sequential rounds. The expanded cells displayed typical human drug metabolism. This system provides a robust platform to produce high-quality human hepatocytes for tissue culture. It may also be useful for testing the toxicity of drug metabolites and for evaluating pathogens dependent on human liver cells for replication.

How organ size is controlled in mammals is not currently understood. In Drosophila the Hippo signaling pathway functions to suppress growth in imaginal discs and has been suggested to control organ size. To investigate the role of hippo signaling in regulation of mammalian organ size we have generated conditional alleles of Sav1 , mst1 , and mst2 , orthologs of Drosophila Salvador and hippo , respectively. Specific deletion of both mst1 and mst2 in hepatocytes results in significantly enlarged livers due to excessive proliferation. By the age of 5–6 months, mst1/2 conditional mutant livers have multiple foci of liver tumors, indicating that the combined activities of mst1 and mst2 act as redundant tumor suppressors in hepatocytes. Similar findings were obtained with liver-specific deletion of Sav1 , a second core Hippo signaling component that facilitates activation of mst1 and mst2 . Tumors from sav1 mutants exhibited varied morphology, suggesting a mixed-lineage origin of tumor-initiating cells. Transcriptional profiling of liver tissues from both mst1/2 and sav1 conditional mutants revealed a network of Hippo signaling regulated genes with specific enrichment for genes involved in immune and inflammatory responses. Histological and immunological characterization of mst1/2 double mutant liver tissues revealed abundant accumulation of adult facultative stem cells termed oval cells in periductal regions. Because oval cells induction is commonly associated with liver injury and tumor formation, it is likely that these cells contribute to the enlarged livers and hepatomas that we observe in sav1 and mst1/2 mutants. Taken together, our results demonstrate that the Hippo signaling pathway is a critical regulator of mammalian liver growth and a potent suppressor of liver tumor formation.

The work of liver stem cell biologists, largely carried out in rodent models, has now started to manifest in human investigations and applications. We can now recognize complex regenerative processes in tissue specimens that had only been suspected for decades, but we also struggle to describe what we see in human tissues in a way that takes into account the findings from the animal investigations, using a language derived from species not, in fact, so much like our own. This international group of liver pathologists and hepatologists, most of whom are actively engaged in both clinical work and scientific research, seeks to arrive at a consensus on nomenclature for normal human livers and human reactive lesions that can facilitate more rapid advancement of our field.