Abstract Spatial transcriptomics extends single cell RNA sequencing (scRNA-seq) by providing spatial context for cell type identification and analysis. Imaging-based spatial technologies such as Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization (MERFISH) can achieve single-cell resolution, directly mapping single cell identities to spatial positions. MERFISH produces an intrinsically different data type than scRNA-seq and a technical comparison between the two modalities is necessary to ascertain how to best integrate them. We performed MERFISH on mouse liver and kidney and compared the resulting bulk and single-cell RNA statistics with those from the Tabula Muris Senis cell atlas as well as from two Visium datasets. MERFISH quantitatively reproduced the bulk RNA-seq and scRNA-seq results with improvements in overall dropout rates and sensitivity. Finally, we found that MERFISH independently resolved distinct cell types and spatial structure in both liver and kidney. Computational integration with the Tabula Muris Senis atlas did not enhance these results. We conclude that compared to scRNA-seq, MERFISH provides a quantitatively comparable method for measuring single-cell gene expression and can robustly identify cell types without the need for computational integration with scRNA-seq reference atlases.

ABSTRACT Here, we leveraged a large neoadjuvant PD-1 blockade trial in patients with hepatocellular carcinoma (HCC) to search for correlates of response to immune checkpoint blockade (ICB) within T cell-rich tumors. We show that ICB response correlated with the clonal expansion of intratumoral CXCL13 + CH25H + IL-21 + PD-1 + CD4 T helper cells (CXCL13 + Th) and Granzyme K + PD-1 + effector-like CD8 T cells, whereas terminally exhausted CD39 hi TOX hi PD-1 hi CD8 T cells dominated in non-responders. Strikingly, most T cell receptor (TCR) clones that expanded post-treatment were found in pre-treatment biopsies. Notably, PD-1 + TCF-1 + progenitor-like CD8 T cells were present in tumors of responders and non-responders and shared clones mainly with effector-like cells in responders or terminally differentiated cells in non-responders, suggesting that local CD8 T cell differentiation occurs upon ICB. We found that these progenitor CD8 T cells interact with CXCL13 + Th cells within cellular triads around dendritic cells enriched in maturation and regulatory molecules, or “mregDC”. Receptor-ligand analysis revealed unique interactions within these triads that may promote the differentiation of progenitor CD8 T cells into effector-like cells upon ICB. These results suggest that discrete intratumoral niches that include mregDC and CXCL13 + Th cells control the differentiation of tumor-specific progenitor CD8 T cell clones in patients treated with ICB.

ABSTRACT The organization of immune cells in human tumors is not well understood. Immunogenic tumors harbor spatially-localized multicellular ‘immunity hubs’ defined by expression of the T cell-attracting chemokines CXCL10/CXCL11 and abundant T cells. Here, we examined immunity hubs in human pre-immunotherapy lung cancer specimens, and found that they were associated with beneficial responses to PD-1-blockade. Immunity hubs were enriched for many interferon-stimulated genes, T cells in multiple differentiation states, and CXCL9/10/11 + macrophages that preferentially interact with CD8 T cells. Critically, we discovered the stem-immunity hub, a subtype of immunity hub strongly associated with favorable PD-1-blockade outcomes, distinct from mature tertiary lymphoid structures, and enriched for stem-like TCF7+PD-1+ CD8 T cells and activated CCR7 + LAMP3 + dendritic cells, as well as chemokines that organize these cells. These results elucidate the spatial organization of the human intratumoral immune response and its relevance to patient immunotherapy outcomes.

Abstract Radiopharmaceutical therapy is changing the standard of care in prostate cancer (PCa) and other malignancies. We previously reported high CD46 expression in PCa and developed an antibody-drug conjugate and immunoPET agent based on the YS5 antibody, which targets a tumor-selective CD46 epitope. Here, we present the preparation, preclinical efficacy, and toxicity evaluation of [ 225 Ac]DOTA-YS5, a radioimmunotherapy agent based on the YS5 antibody. Our radiolabeled antibody retains binding efficacy and shows a high tumor to background ratio in PCa xenografts. Furthermore, we show that radiolabeled antibody was able to suppress the growth of cell-derived and patient-derived xenografts, including PSMA-positive and deficient models. Nephrotoxicity, not seen at low radioactive doses, is evident at higher radioactivity dose levels, likely due to redistribution of daughter isotope 213 Bi. Overall, this preclinical study confirms that [ 225 Ac]DOTA-YS5 is a highly effective treatment and suggests feasibility for clinical translation of CD46 targeted radioligand therapy in PCa.

ABSTRACT We recently identified CD46 as a novel prostate cancer cell surface antigen that shows lineage independent expression in both adenocarcinoma and small cell neuroendocrine subtypes of metastatic castration resistant prostate cancer (mCRPC), discovered an internalizing human monoclonal antibody YS5 that binds to a tumor selective CD46 epitope, and developed a microtubule inhibitor-based antibody drug conjugate that is in a multi-center phase I trial for mCRPC ( NCT03575819 ). Here we report the development of a novel CD46-targeted alpha therapy based on YS5. We conjugated 212 Pb, an in vivo generator of alpha-emitting 212 Bi and 212 Po, to YS5 through the chelator TCMC to create the radioimmunoconjugate, 212 Pb-TCMC-YS5. We characterized 212 Pb-TCMC-YS5 in vitro and established a safe dose in vivo . We next studied therapeutic efficacy of a single dose of 212 Pb-TCMC-YS5 using three prostate cancer small animal models: a subcutaneous mCRPC cell line-derived xenograft (CDX) model (subcu-CDX), an orthotopically grafted mCRPC CDX model (ortho-CDX), and a prostate cancer patient-derived xenograft model (PDX). In all three models, a single dose of 20 μCi 212 Pb-TCMC-YS5 was well tolerated and caused potent and sustained inhibition of established tumors, with significant increases of survival in treated animals. A lower dose (10 μCi 212 Pb-TCMC-YS5) was also studied on the PDX model, which also showed a significant effect on tumor growth inhibition and prolongation of animal survival. These results demonstrate that 212 Pb-TCMC-YS5 has an excellent therapeutic window in preclinical models including PDXs, opening a direct path for clinical translation of this novel CD46-targeted alpha radioimmunotherapy for mCRPC treatment. Significance This study reports a novel CD46 targeted 212 Pb alpha particle radioimmunotherapy, 212 Pb-TCMC-YS5, that is well tolerated and shows potent anti-tumor activity (tumor growth inhibition and increase of animal survival) in vivo in three prostate cancer small animal models, i.e., a subcutaneous and an intraprostate orthotopic mCRPC cell line-derived xenograft models, and a prostate cancer patient-derived xenograft model. Given that YS5 is a clinical stage human antibody, this YS5-based 212 Pb alpha particle therapy has potential of translation to the clinic for treatment of mCRPC patients.

Two new cucurbitane-type triterpenoid saponins, 2,20β,22β-trihydroxy-16α,23(R)-epoxycucurbita-1,5,24-triene-3,11-dione 2-O-β-D-glucopyranoside (1), 2,20β,22α-trihydroxy-16α,23(S)-epoxycucurbita-1,5,11,24-tetraene-3-one 2-O-β-D-glucopyranoside (2) were isolated from the fruit of Citrullus colocynthis (L.) Schrad. Their structures were elucidated by mass spectrometry, IR, 1D, and 2D NMR spectroscopy, etc. Besides, both of the compounds showed significant hepatoprotective activities at 10 μM against paracetamol-induced HepG2 cell damage.

Abstract Antibody-drug conjugates (ADCs) have become increasingly adopted clinically, with 13 drugs FDA-approved and over 100 under clinical development. Despite this momentum and major advances in payload and linker technology, ADCs are limited by off-cancer target-mediated toxicities incurred by currently available targets. In contrast to genomic and proteomic strategies, our unique drug discovery approach accounts for a disease’s native context. This led to the identification of cancer-specific plectin (CSP) as not only overexpressed in malignant tissue compared to healthy, but exclusively present on the surface of cancer cells and absent in normal or pre-malignant tissue. A Phase 0 imaging trial (Biodistribution of Novel Imaging for Resectable Pancreatic Cancer - NCT01962909) evaluating a radiolabeled CSP-targeted peptide has revealed that CSP is bioavailable and abundant, with over a million CSP molecules per cancer cell in pancreatic cancer. Previously, we generated ZB131, a humanized monoclonal antibody that targets CSP. ZB131 demonstrated potent monotherapy efficacy in pancreatic, ovarian, and bile duct preclinical cancer models, indications that have high CSP expression and are being evaluated in a first-in-human Phase 1/2 clinical trial (NCT05074472). Here, we show that CSP is an ideal target for an ADC: it is abundantly and selectively expressed in many indications, bioavailable, and its inhibition is predicted to synergize with FDA-approved payloads. ZB131 binds specifically to CSP, rapidly internalizes, displays linear pharmacokinetics in pre-clinical models, and demonstrates a strong safety profile. We describe the development of two ZB131 ADCs, ZB131-MMAE (monomethyl auristatin E) and ZB131-DXd (Deruxtecan), with drug-to-antibody ratios of 3 – 4 and 7 – 8, respectively. After binding, both ADCs are rapidly and specifically internalized by CSP-positive cells resulting in drug payload release and enhancing cancer cell death compared to ZB131 alone. Moreover, we characterize cytotoxic activity in high and low CSP cell lines to evaluate ADC activity in relation to CSP abundance. In preclinical xenograft models, ZB131-ADC enhanced tumor regression compared to controls at clinically relevant doses. Furthermore, anti-huIgG staining revealed selective target engagement by ZB131-ADC. Taken together, these data show that ZB131-ADCs demonstrate potent antitumor activity and support their evaluation in a Phase 1 clinical trial. Citation Format: Samantha M. Perez, Brian P. Murphy, Danielle B. Heckert, Sarah Hall, Abby L. Colvin, Molly F. Owens, Ben R. Verfurth, Julien Dimastromatteo, Jiang He, Reid B. Adams, Yelena Kovtun, Lindsey T. Brinton, Kimberly A. Kelly. ZB131 antibody-drug conjugates induce potent antitumor activity [abstract]. In: Proceedings of the American Association for Cancer Research Annual Meeting 2023; Part 1 (Regular and Invited Abstracts); 2023 Apr 14-19; Orlando, FL. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2023;83(7_Suppl):Abstract nr 6299.