Cellular senescence induced by chemotherapy leads to the acquisition of stemness in cancer cells, which results in enhanced tumour-promoting capacity after forced release or spontaneous escape from the senescent cell-cycle arrest. Cells can go into senescence under stressed conditions to prevent the spread of potentially cancerous cells. Clemens Schmitt and colleagues show that cellular senescence induced by chemotherapy leads to the acquisition of 'stemness' in cancer cells, which allows them to escape senescence and promote tumour growth. Interestingly, such cells gain elevated tumour-initiating capacity compared with cells that have never undergone senescence. Cellular senescence is a stress-responsive cell-cycle arrest program that terminates the further expansion of (pre-)malignant cells1,2. Key signalling components of the senescence machinery, such as p16INK4a, p21CIP1 and p53, as well as trimethylation of lysine 9 at histone H3 (H3K9me3), also operate as critical regulators of stem-cell functions (which are collectively termed ‘stemness’)3. In cancer cells, a gain of stemness may have profound implications for tumour aggressiveness and clinical outcome. Here we investigated whether chemotherapy-induced senescence could change stem-cell-related properties of malignant cells. Gene expression and functional analyses comparing senescent and non-senescent B-cell lymphomas from Eμ-Myc transgenic mice revealed substantial upregulation of an adult tissue stem-cell signature, activated Wnt signalling, and distinct stem-cell markers in senescence. Using genetically switchable models of senescence targeting H3K9me3 or p53 to mimic spontaneous escape from the arrested condition, we found that cells released from senescence re-entered the cell cycle with strongly enhanced and Wnt-dependent clonogenic growth potential compared to virtually identical populations that had been equally exposed to chemotherapy but had never been senescent. In vivo, these previously senescent cells presented with a much higher tumour initiation potential. Notably, the temporary enforcement of senescence in p53-regulatable models of acute lymphoblastic leukaemia and acute myeloid leukaemia was found to reprogram non-stem bulk leukaemia cells into self-renewing, leukaemia-initiating stem cells. Our data, which are further supported by consistent results in human cancer cell lines and primary samples of human haematological malignancies, reveal that senescence-associated stemness is an unexpected, cell-autonomous feature that exerts its detrimental, highly aggressive growth potential upon escape from cell-cycle blockade, and is enriched in relapse tumours. These findings have profound implications for cancer therapy, and provide new mechanistic insights into the plasticity of cancer cells.

Summary

 The p53 tumor suppressor can restrict malignant transformation by triggering cell-autonomous programs of cell-cycle arrest or apoptosis. p53 also promotes cellular senescence, a tumor-suppressive program that involves stable cell-cycle arrest and secretion of factors that modify the tissue microenvironment. In the presence of chronic liver damage, we show that ablation of a p53-dependent senescence program in hepatic stellate cells increases liver fibrosis and cirrhosis associated with reduced survival and enhances the transformation of adjacent epithelial cells into hepatocellular carcinoma. p53-expressing senescent stellate cells release factors that skew macrophage polarization toward a tumor-inhibiting M1-state capable of attacking senescent cells in culture, whereas proliferating p53-deficient stellate cells secrete factors that stimulate polarization of macrophages into a tumor-promoting M2-state and enhance the proliferation of premalignant cells. Hence, p53 can act non-cell autonomously to suppress tumorigenesis by promoting an antitumor microenvironment, in part, through secreted factors that modulate macrophage function.

The RB protein family (RB, p107, and p130) has overlapping and compensatory functions in cell-cycle control. However, cancer-associated mutations are almost exclusively found in RB, implying that RB has a nonredundant role in tumor suppression. We demonstrate that RB preferentially associates with E2F target genes involved in DNA replication and is uniquely required to repress these genes during senescence but not other growth states. Consequently, RB loss leads to inappropriate DNA synthesis following a senescence trigger and, together with disruption of a p21-mediated cell-cycle checkpoint, enables extensive proliferation and rampant genomic instability. Our results identify a nonredundant RB effector function that may contribute to tumor suppression and reveal how loss of RB and p53 cooperate to bypass senescence.

The genetic heterogeneity of cancer influences the trajectory of tumor progression and may underlie clinical variation in therapy response. To model such heterogeneity, we produced genetically and pathologically accurate mouse models of common forms of human acute myeloid leukemia (AML) and developed methods to mimic standard induction chemotherapy and efficiently monitor therapy response. We see that murine AMLs harboring two common human AML genotypes show remarkably diverse responses to conventional therapy that mirror clinical experience. Specifically, murine leukemias expressing the AML1/ETO fusion oncoprotein, associated with a favorable prognosis in patients, show a dramatic response to induction chemotherapy owing to robust activation of the p53 tumor suppressor network. Conversely, murine leukemias expressing MLL fusion proteins, associated with a dismal prognosis in patients, are drug-resistant due to an attenuated p53 response. Our studies highlight the importance of genetic information in guiding the treatment of human AML, functionally establish the p53 network as a central determinant of chemotherapy response in AML, and demonstrate that genetically engineered mouse models of human cancer can accurately predict therapy response in patients.

Although p53 inactivation promotes genomic instability1 and presents a route to malignancy for more than half of all human cancers2,3, the patterns through which heterogenous TP53 (encoding human p53) mutant genomes emerge and influence tumorigenesis remain poorly understood. Here, in a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma that reports sporadic p53 loss of heterozygosity before cancer onset, we find that malignant properties enabled by p53 inactivation are acquired through a predictable pattern of genome evolution. Single-cell sequencing and in situ genotyping of cells from the point of p53 inactivation through progression to frank cancer reveal that this deterministic behaviour involves four sequential phases-Trp53 (encoding mouse p53) loss of heterozygosity, accumulation of deletions, genome doubling, and the emergence of gains and amplifications-each associated with specific histological stages across the premalignant and malignant spectrum. Despite rampant heterogeneity, the deletion events that follow p53 inactivation target functionally relevant pathways that can shape genomic evolution and remain fixed as homogenous events in diverse malignant populations. Thus, loss of p53-the 'guardian of the genome'-is not merely a gateway to genetic chaos but, rather, can enable deterministic patterns of genome evolution that may point to new strategies for the treatment of TP53-mutant tumours.

Over one year after its inception, the coronavirus disease-2019 (COVID-19) pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) remains difficult to control despite the availability of several excellent vaccines. Progress in controlling the pandemic is slowed by the emergence of variants that appear to be more transmissible and more resistant to antibodies 1,2 . Here we report on a cohort of 63 COVID-19-convalescent individuals assessed at 1.3, 6.2 and 12 months after infection, 41% of whom also received mRNA vaccines 3,4 . In the absence of vaccination antibody reactivity to the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2, neutralizing activity and the number of RBD-specific memory B cells remain relatively stable from 6 to 12 months. Vaccination increases all components of the humoral response, and as expected, results in serum neutralizing activities against variants of concern that are comparable to or greater than neutralizing activity against the original Wuhan Hu-1 achieved by vaccination of naïve individuals 2,5-8 . The mechanism underlying these broad-based responses involves ongoing antibody somatic mutation, memory B cell clonal turnover, and development of monoclonal antibodies that are exceptionally resistant to SARS-CoV-2 RBD mutations, including those found in variants of concern 4,9 . In addition, B cell clones expressing broad and potent antibodies are selectively retained in the repertoire over time and expand dramatically after vaccination. The data suggest that immunity in convalescent individuals will be very long lasting and that convalescent individuals who receive available mRNA vaccines will produce antibodies and memory B cells that should be protective against circulating SARS-CoV-2 variants.

Though it has been 2 years since the start of the Coronavirus Disease 19 (COVID-19) pandemic, COVID-19 continues to be a worldwide health crisis. Despite the development of preventive vaccines, very little progress has been made to identify curative therapies to treat COVID-19 and other inflammatory diseases which remain a major unmet need in medicine. Our study sought to identify drivers of disease severity and death to develop tailored immunotherapy strategies to halt disease progression. Here we assembled the Mount Sinai COVID-19 Biobank which was comprised of ~600 hospitalized patients followed longitudinally during the peak of the pandemic. Moderate disease and survival were associated with a stronger antigen (Ag) presentation and effector T cell signature, while severe disease and death were associated with an altered Ag presentation signature, increased numbers of circulating inflammatory, immature myeloid cells, and extrafollicular activated B cells associated with autoantibody formation. Strikingly, we found that in severe COVID-19 patients, lung tissue resident alveolar macrophages (AM) were not only severely depleted, but also had an altered Ag presentation signature, and were replaced by inflammatory monocytes and monocyte-derived macrophages (MoMΦ). Notably, the size of the AM pool correlated with recovery or death, while AM loss and functionality were restored in patients that recovered. These data therefore suggest that local and systemic myeloid cell dysregulation is a driver of COVID-19 severity and that modulation of AM numbers and functionality in the lung may be a viable therapeutic strategy for the treatment of critical lung inflammatory illnesses.