Although clonal neo-antigen burden is associated with improved response to immune therapy, the functional basis for this remains unclear. Here we study this question in a novel controlled mouse melanoma model that enables us to explore the effects of intra-tumor heterogeneity (ITH) on tumor aggressiveness and immunity independent of tumor mutational burden. Induction of UVB-derived mutations yields highly aggressive tumors with decreased anti-tumor activity. However, single-cell-derived tumors with reduced ITH are swiftly rejected. Their rejection is accompanied by increased T cell reactivity and a less suppressive microenvironment. Using phylogenetic analyses and mixing experiments of single-cell clones, we dissect two characteristics of ITH: the number of clones forming the tumor and their clonal diversity. Our analysis of melanoma patient tumor data recapitulates our results in terms of overall survival and response to immune checkpoint therapy. These findings highlight the importance of clonal mutations in robust immune surveillance and the need to quantify patient ITH to determine the response to checkpoint blockade.

Abstract Understanding the molecular programs that guide cellular differentiation during development is a major goal of modern biology. Here, we introduce an approach, WADDINGTON-OT, based on the mathematics of optimal transport, for inferring developmental landscapes, probabilistic cellular fates and dynamic trajectories from large-scale single-cell RNA-seq (scRNA-seq) data collected along a time course. We demonstrate the power of WADDINGTON-OT by applying the approach to study 65,781 scRNA-seq profiles collected at 10 time points over 16 days during reprogramming of fibroblasts to iPSCs. We construct a high-resolution map of reprogramming that rediscovers known features; uncovers new alternative cell fates including neuraland placental-like cells; predicts the origin and fate of any cell class; highlights senescent-like cells that may support reprogramming through paracrine signaling; and implicates regulatory models in particular trajectories. Of these findings, we highlight Obox6 , which we experimentally show enhances reprogramming efficiency. Our approach provides a general framework for investigating cellular differentiation.

Abstract Antigen processing and presentation are critical for modulating tumor-host interactions. While post-translational modifications (PTMs) can alter the binding and recognition of antigens, their identification remains challenging. Here we uncover the role PTMs may play in antigen presentation and recognition in human cancers by profiling 29 different PTM combinations in immunopeptidomics data from multiple clinical samples and cell lines. We established and validated an antigen discovery pipeline and showed that newly identified modified antigens from a murine cancer model are cancer-specific and can elicit T cell killing. Systematic analysis of PTMs across multiple cohorts defined new haplotype preferences and binding motifs in association with specific PTM types. By expanding the antigenic landscape with modifications, we uncover disease-specific targets, including thousands of novel cancer-specific antigens and reveal insight into PTM-driven antigenicity. Collectively, our findings highlight an immunomodulatory role for modified peptides presented on HLA I, which may have broad implications for T-cell mediated therapies in cancer and beyond. Significance Major efforts are underway to identify cancer-specific antigens for personalized immunotherapy. Here, we enrich the immunopeptidome landscape by uncovering thousands of novel putative antigens that are post-translationally modified. We define unique preferences for PTM-driven alterations affecting HLA binding and TCR recognition, which in turn alter tumor-immune interactions. Conflict of interest statement Authors declare no conflicts of interest.

Abstract Monocytes are short-lived myeloid immune cells that arise from adult hematopoiesis and circulate for a short time in the blood. They comprise two main subsets, in mice defined as classical Ly6C high and non-classical Ly6C low monocytes (CM, NCM). Recent fate mapping and transcriptomic analyses revealed that CM themselves are heterogeneous. Here, we report surface markers that allow segregation of murine GMP- and MDP-derived CM in the BM and blood. Functional characterization, including fate definition following adoptive cell transfer, established that GMP-Mo and MDP-Mo could equal rise to homeostatic CM progeny, such as NCM in blood and gut macrophages, but differentially seeded selected other tissues. Specifically, GMP-Mo and MDP-Mo gave rise to distinct interstitial lung macrophages, thus linking CM dichotomy to previously reported pulmonary macrophage heterogeneity. Collectively, we provide comprehensive evidence for the existence of two functionally distinct CM subsets in the mouse, which differentially contribute to peripheral tissue macrophage populations in homeostasis and following challenge. Our findings are indicative of impact of monocyte ontogeny on in situ differentiation.

Abstract Age related cancer is not only due to the random accumulation of mutations, but also how phenotypes are selected by the aging environment. While fatty bone marrow (FBM), is one of the hallmarks of bone marrow ageing, it is unknown whether FBM can modify the evolution of the early stages of leukemia and clonal hematopoiesis (CH). To address this question, we established FBM mice models and transplanted both human and mice preleukemic hematopoietic stem cells (PreL-HSCs) carrying DNMT3A mutations. We demonstrate that castration which models age related andropenia result in FBM. A significant increase in self-renewal was found when DNMT3A Mut - preL-HSPCs were exposed to FBM. To better understand the mechanisms of the FBM-preL-HSPCs interaction, we performed single cell RNA-sequencing on HSPCs three days after FBM exposure. A 20-50 fold increase in DNMT3A Mut -preL-HSCs was observed under FBM conditions in comparison to other conditions. PreL-HSPCs exposed to FBM exhibited an activated inflammatory signaling (IL-6 and INFγ). Cytokine analysis of BM fluid demonstrated increased IL-6 levels under FBM conditions. Anti-IL-6 neutralizing antibodies significantly reduced the selective advantage of DNMT3A Mut -preL-HSPCs exposed to FBM. Overall, age related paracrine FBM inflammatory signals promote DNMT3A -driven clonal hematopoiesis, which can be inhibited by blocking the IL-6 receptor.

Summary Encounters between host cells and intracellular bacterial pathogens lead to complex phenotypes that determine the outcome of infection. Single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) are increasingly used to study the host factors underlying diverse cellular phenotypes. But current approaches do not permit the simultaneous unbiased study of both host and bacterial factors during infection. Here, we developed scPAIR-seq, an approach to analyze both host and pathogen factors during infection by combining multiplex-tagged mutant bacterial library with scRNA-seq to identify mutant-specific changes in host transcriptomes. We applied scPAIR-seq to macrophages infected with a library of Salmonella Typhimurium secretion system effector mutants. We developed a pipeline to independently analyze redundancy between effectors and mutant-specific unique fingerprints, and mapped the global virulence network of each individual effector by its impact on host immune pathways. ScPAIR-seq is a powerful tool to untangle bacterial virulence strategies and their complex interplay with host defense strategies that drive infection outcome.

We describe the case of a woman with mild endometriosis and Allen-Masters syndrome after in vitro fertilisation (IVF), presenting at 7 weeks 2 days gestation with abdominal pain. A transvaginal ultrasound revealed a gestational sac with a non-viable fetus near the right ovary. Laparoscopy was performed due to escalating abdominal pain which revealed a ruptured ectopic pregnancy at the right uterosacral ligament (USL) and blood in the pouch of Douglas. A peritoneal incision along the USL facilitated drainage and removal of the ectopic pregnancy. A pathological investigation described the presence of endometrial tissue directly adjacent to products of conception, which suggested a retroperitoneal implantation that may have been facilitated by the presence of an endometriotic lesion. This case underscores the distinctive clinical trajectory of unconventional ectopic pregnancies, provides novel insights into the pathophysiological mechanism of ectopic implantation and underscores the crucial role of comprehensive patient assessment during IVF and subsequent pregnancy in ensuring effective management.

Abstract Interactions between intracellular bacteria and mononuclear phagocytes give rise to diverse cellular phenotypes that may determine the outcome of infection. Recent advances in single cell RNA-seq (scRNA-seq) have identified multiple subsets within the mononuclear population defined by unique molecular features, but the implications to their function during infection is unknown. Here, we applied high resolution kinetic analysis using microscopy, flow cytometry and scRNA-seq to survey the mononuclear niche of intracellular Salmonella Typhimurium ( S .Tm) during early systemic infection in mice. We describe an eclipse like growth kinetics in the spleen, with a first phase of bacterial control mediated by tissue resident red pulp macrophages. A second phase involved bacterial growth mediated by intracellular replication within a macrophage population we termed CD9 macrophages, that originate from non-classical monocytes. Nr4a1 e2−/− mice, specifically depleted of non-classical monocytes but not other mononuclear cells, are more resistant to S .Tm infection. Our study underscores a cell-type specific host-pathogen interaction that determines early infection growth dynamics and has implications to the infection outcome of the entire organism.

Melanoma, a malignant neoplasm originating from melanocytes, stands as one of the most prevalent cancers globally, ranking fifth in terms of estimated new cases in recent years. Its aggressive nature and propensity for metastasis pose significant challenges in oncology. Recent advancements have led to a notable shift towards targeted therapies, driven by a deeper understanding of cutaneous tumor pathogenesis. Immunotherapy and tyrosine kinase inhibitors have emerged as promising strategies, demonstrating the potential to improve clinical outcomes across all disease stages, including neoadjuvant, adjuvant, and metastatic settings. Notably, there has been a groundbreaking development in the treatment of brain metastasis, historically associated with poor prognosis in oncology but showcasing impressive results in melanoma patients. This review article provides a comprehensive synthesis of the most recent knowledge on staging and prognostic factors while highlighting emerging therapeutic modalities, with a particular focus on neoadjuvant and adjuvant strategies, notably immunotherapy and targeted therapies, including the ongoing trials.