A combination of TGFβ inhibition and checkpoint-inhibition therapy provokes a potent cytotoxic response against metastatic tumours derived from colorectal cancers in mice. Some types of colon tumour are considered immunologically cold owing to their limited response to immunotherapy. Here, the authors model metastatic colorectal tumours using compound genetic mouse models and organoid transplantation and find that their immunogenicity is at least partly regulated by TGFβ signalling in the tumour microenvironment. Stromal-derived TGFβ seems to regulate T-cell differentiation and exclude immune infiltration from tumours. Inhibition of TGFβ can effectively reduce the growth of metastatic colorectal cancer, and synergizes with anti-PD1 blockade, suggesting potential combination strategies for more potent immunotherapy for colorectal cancer. Most patients with colorectal cancer die as a result of the disease spreading to other organs. However, no prevalent mutations have been associated with metastatic colorectal cancers1,2. Instead, particular features of the tumour microenvironment, such as lack of T-cell infiltration3, low type 1 T-helper cell (TH1) activity and reduced immune cytotoxicity2 or increased TGFβ levels4 predict adverse outcomes in patients with colorectal cancer. Here we analyse the interplay between genetic alterations and the tumour microenvironment by crossing mice bearing conditional alleles of four main colorectal cancer mutations in intestinal stem cells. Quadruple-mutant mice developed metastatic intestinal tumours that display key hallmarks of human microsatellite-stable colorectal cancers, including low mutational burden5, T-cell exclusion3 and TGFβ-activated stroma4,6,7. Inhibition of the PD-1–PD-L1 immune checkpoint provoked a limited response in this model system. By contrast, inhibition of TGFβ unleashed a potent and enduring cytotoxic T-cell response against tumour cells that prevented metastasis. In mice with progressive liver metastatic disease, blockade of TGFβ signalling rendered tumours susceptible to anti-PD-1–PD-L1 therapy. Our data show that increased TGFβ in the tumour microenvironment represents a primary mechanism of immune evasion that promotes T-cell exclusion and blocks acquisition of the TH1-effector phenotype. Immunotherapies directed against TGFβ signalling may therefore have broad applications in treating patients with advanced colorectal cancer.

Recent molecular classifications of colorectal cancer (CRC) based on global gene expression profiles have defined subtypes displaying resistance to therapy and poor prognosis. Upon evaluation of these classification systems, we discovered that their predictive power arises from genes expressed by stromal cells rather than epithelial tumor cells. Bioinformatic and immunohistochemical analyses identify stromal markers that associate robustly with disease relapse across the various classifications. Functional studies indicate that cancer-associated fibroblasts (CAFs) increase the frequency of tumor-initiating cells, an effect that is dramatically enhanced by transforming growth factor (TGF)-β signaling. Likewise, we find that all poor-prognosis CRC subtypes share a gene program induced by TGF-β in tumor stromal cells. Using patient-derived tumor organoids and xenografts, we show that the use of TGF-β signaling inhibitors to block the cross-talk between cancer cells and the microenvironment halts disease progression.

The expression of the pluripotency factors OCT4, SOX2, KLF4, and MYC (OSKM) can convert somatic differentiated cells into pluripotent stem cells in a process known as reprogramming. Notably, partial and reversible reprogramming does not change cell identity but can reverse markers of aging in cells, improve the capacity of aged mice to repair tissue injuries, and extend longevity in progeroid mice. However, little is known about the mechanisms involved. Here, we have studied changes in the DNA methylome, transcriptome, and metabolome in naturally aged mice subject to a single period of transient OSKM expression. We found that this is sufficient to reverse DNA methylation changes that occur upon aging in the pancreas, liver, spleen, and blood. Similarly, we observed reversion of transcriptional changes, especially regarding biological processes known to change during aging. Finally, some serum metabolites and biomarkers altered with aging were also restored to young levels upon transient reprogramming. These observations indicate that a single period of OSKM expression can drive epigenetic, transcriptomic, and metabolomic changes toward a younger configuration in multiple tissues and in the serum.

Patient-derived organoids (PDOs) recapitulate tumor architecture, contain cancer stem cells and have predictive value supporting personalized medicine. Here we describe a large-scale functional screen of dual-targeting bispecific antibodies (bAbs) on a heterogeneous colorectal cancer PDO biobank and paired healthy colonic mucosa samples. More than 500 therapeutic bAbs generated against Wingless-related integration site (WNT) and receptor tyrosine kinase (RTK) targets were functionally evaluated by high-content imaging to capture the complexity of PDO responses. Our drug discovery strategy resulted in the generation of MCLA-158, a bAb that specifically triggers epidermal growth factor receptor degradation in leucine-rich repeat-containing G-protein-coupled receptor 5-positive (LGR5+) cancer stem cells but shows minimal toxicity toward healthy LGR5+ colon stem cells. MCLA-158 exhibits therapeutic properties such as growth inhibition of KRAS-mutant colorectal cancers, blockade of metastasis initiation and suppression of tumor outgrowth in preclinical models for several epithelial cancer types. Batlle and colleagues develop an organoid platform for functional antibody screening and identify a therapeutic bispecific antibody that binds EGFR and LGR5 and that shows efficacy across epithelial tumor patient-derived xenograft models in vivo.

Abstract Transient reprogramming by the expression of OCT4, SOX2, KLF4 and MYC (OSKM) is a therapeutic strategy for tissue regeneration and rejuvenation, but little is known about its metabolic requirements. Here we show that OSKM reprogramming in mice causes a global depletion of vitamin B 12 and molecular hallmarks of methionine starvation. Supplementation with vitamin B 12 increases the efficiency of reprogramming both in mice and in cultured cells, the latter indicating a cell-intrinsic effect. We show that the epigenetic mark H3K36me3, which prevents illegitimate initiation of transcription outside promoters (cryptic transcription), is sensitive to vitamin B 12 levels, providing evidence for a link between B 12 levels, H3K36 methylation, transcriptional fidelity and efficient reprogramming. Vitamin B 12 supplementation also accelerates tissue repair in a model of ulcerative colitis. We conclude that vitamin B 12 , through its key role in one-carbon metabolism and epigenetic dynamics, improves the efficiency of in vivo reprogramming and tissue repair.

Abstract Anti-cancer therapies often result in a subset of surviving cancer cells that undergo therapy-induced senescence (TIS). Senescent cancer cells strongly modify the intratumoural microenvironment favoring immunosuppression and, thereby, tumour growth. An emerging strategy to optimise current therapies is to combine them with treatments that eliminate senescent cells. To this end, we undertook an unbiased proteomics approach to identify surface markers contributing to senescent cells immune evasion. Through this approach, we discovered that the immune checkpoint inhibitor PD-L2, but not PD-L1, is upregulated across multiple senescent human and murine cells. Importantly, blockade of PD-L2 strongly synergises with genotoxic chemotherapy, causing remission of solid tumours in mice. We show that PD-L2 inhibition prevents the persistence of chemotherapy-induced senescent cells, which exert cell-extrinsic immunomodulatory actions. In particular, upon chemotherapy, tumours deficient in PD-L2 fail to produce cytokines of the CXCL family, do not recruit myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) and are eliminated in a CD8 T cell-dependent manner. We conclude that blockade of PD-L2 improves chemotherapy efficacy by reducing the intratumoural burden of senescent cells and their associated recruitment of immunosuppressive cells. These findings provide a novel strategy to exploit vulnerabilities arising in tumour cells as a result of therapy-induced damage and cellular senescence.

ABSTRACT Cellular senescence is a stress response that activates innate immunity. However, the interplay between senescent cells and the adaptive immune system remains largely unexplored. Here, we show that senescent cells display enhanced MHC class I (MHC-I) antigen processing and presentation. Immunization of mice with senescent syngeneic fibroblasts generates CD8 T cells reactive against both normal and senescent fibroblasts, some of them targeting senescence-associated MHC-I-peptides. In the context of cancer, we demonstrate that senescent cancer cells trigger strong anti-tumor protection mediated by antigen-presenting cells and CD8 T cells. This response is superior to the protection elicited by cells undergoing immunogenic cell death. Finally, induction of senescence in patient-derived cancer cells exacerbates the activation of autologous tumor-reactive CD8 tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) with no effect on non-reactive TILs. Our study indicates that immunization with senescent cancer cells strongly activates anti-tumor immunity, and this can be exploited for cancer therapy. STATEMENT OF SIGNIFICANCE Our study shows that senescent cells are endowed with a high immunogenic potential, superior to the gold standard of immunogenic cell death. The induction of senescence in cancer cells can be exploited to develop efficient and protective CD8-dependent anti-tumor immune responses.

ABSTRACT The expression of the pluripotency factors OCT4, SOX2, KLF4 and MYC (OSKM) can convert somatic differentiated cells into pluripotent stem cells in a process known as reprogramming. Notably, cycles of brief OSKM expression do not change cell identity but can reverse markers of aging in cells and extend longevity in progeroid mice. However, little is known about the mechanisms involved. Here, we have studied changes in the DNA methylome, transcriptome and metabolome in naturally aged mice subject to a single period of transient OSKM expression. We found that this is sufficient to reverse DNA methylation changes that occur upon aging in the pancreas, liver, spleen and blood. Similarly, we observed reversion of transcriptional changes, especially regarding biological processes known to change during aging. Finally, some serum metabolites altered with aging were also restored to young levels upon transient reprogramming. These observations indicate that a single period of OSKM expression can drive epigenetic, transcriptomic and metabolomic changes towards a younger configuration in multiple tissues and in the serum.