Abstract Lactate is a key metabolite produced from glycolytic metabolism of glucose molecules, yet it also serves as a primary carbon fuel source for many cell types. In the tumor-immune microenvironment, effect of lactate on cancer and immune cells can be highly complex and hard to decipher, which is further confounded by acidic protons, a co-product of glycolysis. Here we show that lactate is able to increase stemness of CD8 + T cells and augments anti-tumor immunity. Subcutaneous administration of sodium lactate but not glucose to mice bearing transplanted MC38 tumors results in CD8 + T cell-dependent tumor growth inhibition. Single cell transcriptomics analysis reveals increased proportion of stem-like TCF-1-expressing CD8 + T cells among intra-tumoral CD3 + cells, a phenotype validated by in vitro lactate treatment of T cells. Mechanistically, lactate inhibits histone deacetylase activity, which results in increased acetylation at H3K27 of the Tcf7 super enhancer locus, leading to increased Tcf7 gene expression. CD8 + T cells in vitro pre-treated with lactate efficiently inhibit tumor growth upon adoptive transfer to tumor-bearing mice. Our results provide evidence for an intrinsic role of lactate in anti-tumor immunity independent of the pH-dependent effect of lactic acid, and might advance cancer immune therapy.

Genome-wide association studies have identified thousands of noncoding variants associated with human traits and diseases. However, the functional interpretation of these variants is a major challenge. Here, we constructed a multi-tissue atlas of human 3'UTR alternative polyadenylation (APA) quantitative trait loci (3'aQTLs), containing approximately 0.4 million common genetic variants associated with the APA of target genes, identified in 46 tissues isolated from 467 individuals (Genotype-Tissue Expression Project). Mechanistically, 3'aQTLs can alter poly(A) motifs, RNA secondary structure and RNA-binding protein-binding sites, leading to thousands of APA changes. Our CRISPR-based experiments indicate that such 3'aQTLs can alter APA regulation. Furthermore, we demonstrate that mapping 3'aQTLs can identify APA regulators, such as La-related protein 4. Finally, 3'aQTLs are colocalized with approximately 16.1% of trait-associated variants and are largely distinct from other QTLs, such as expression QTLs. Together, our findings show that 3'aQTLs contribute substantially to the molecular mechanisms underlying human complex traits and diseases.

The young circulatory milieu capable of delaying aging in individual tissues is of interest as rejuvenation strategies, but how it achieves cellular- and systemic-level effects has remained unclear. Here, we constructed a single-cell transcriptomic atlas across aged tissues/organs and their rejuvenation in heterochronic parabiosis (HP), a classical model to study systemic aging. In general, HP rejuvenated adult stem cells and their niches across tissues. In particular, we identified hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) as one of the most responsive cell types to young blood exposure, from which a continuum of cell state changes across the hematopoietic and immune system emanated, through the restoration of a youthful transcriptional regulatory program and cytokine-mediated cell-cell communications in HSPCs. Moreover, the reintroduction of the identified rejuvenating factors alleviated age-associated lymphopoiesis decline. Overall, we provide comprehensive frameworks to explore aging and rejuvenating trajectories at single-cell resolution and revealed cellular and molecular programs that instruct systemic revitalization by blood-borne factors.

•An atlas of age-, tissue-, and cell-type-specific benefits of long-term exercise.•Exercise protects tissues from infectious injury, especially in younger ones.•Exercise promotes rejuvenation in aged tissues, especially in the nervous system.•Exercise exerts geroprotective effects, especially by resetting circadian programs via the circadian clock protein BMAL1. Exercise benefits the whole organism, yet, how tissues across the body orchestrally respond to exercise remains enigmatic. Here, in young and old mice, with or without exercise, and exposed to infectious injury, we characterized the phenotypic and molecular adaptations to a 12-month exercise across 14 tissues/organs at single-cell resolution. Overall, exercise protects tissues from infectious injury, although more effectively in young animals, and benefits aged individuals in terms of inflammaging suppression and tissue rejuvenation, with structural improvement in the central nervous system and systemic vasculature being the most prominent. In vascular endothelial cells, we found that readjusting the rhythmic machinery via the core circadian clock protein BMAL1 delayed senescence and facilitated recovery from infectious damage, recapitulating the beneficial effects of exercise. Our study underscores the effect of exercise in reconstituting the youthful circadian clock network and provides a foundation for further investigating the interplay between exercise, aging, and immune challenges across the whole organism. Exercise benefits the whole organism, yet, how tissues across the body orchestrally respond to exercise remains enigmatic. Here, in young and old mice, with or without exercise, and exposed to infectious injury, we characterized the phenotypic and molecular adaptations to a 12-month exercise across 14 tissues/organs at single-cell resolution. Overall, exercise protects tissues from infectious injury, although more effectively in young animals, and benefits aged individuals in terms of inflammaging suppression and tissue rejuvenation, with structural improvement in the central nervous system and systemic vasculature being the most prominent. In vascular endothelial cells, we found that readjusting the rhythmic machinery via the core circadian clock protein BMAL1 delayed senescence and facilitated recovery from infectious damage, recapitulating the beneficial effects of exercise. Our study underscores the effect of exercise in reconstituting the youthful circadian clock network and provides a foundation for further investigating the interplay between exercise, aging, and immune challenges across the whole organism.

Abstract Non-A (U, G, and C) residues can be added to the 5’-end, internal, and 3’-end positions of poly(A) tails of RNA transcripts 1–3 , and some of these have been shown to regulate mRNA stability 4, 5 . The mammalian oocyte-to-embryo transition (OET) relies on post-transcriptional regulation of maternal RNA, because transcription is silent during this process until the point of zygotic genome activation (ZGA) 6–9 . Although the regulation of mRNA translation by poly(A) tail length plays an important role in the mammalian OET, the dynamics and functions of non-A residues in poly(A) tails are completely unknown. In this study, we profiled the genome-wide presence, abundance, and roles of non-A residues during the OET in mice using PAIso-seq1 and PAIso-seq2 2, 10 , two complementary methods of poly(A) tail analysis. We found that non-A residues are highly dynamic in maternal mRNA, following a general pattern of beginning to increase at the MII stage, becoming highly abundant after fertilization with U residues in about half of poly(A) tails in 1-cell embryos, and declining in 2-cell embryos. We revealed that Btg4-mediated global maternal mRNA deadenylation created the substrates for U residue addition by Tut4/7 at their 3’-ends and further re-polyadenylation. In addition, G residues can be added by Tent4a/b. Finally, we demonstrate that G residues stabilize the modified mRNA, while the U residues mark maternal RNA for faster degradation in 2-cell mouse embryos. Taken together, these findings demonstrate that non-A residues are abundant and re-sculpt the maternal transcriptome to initiate zygotic development, which reveals the functional importance of the post-transcriptional regulation mediated by non-A residues in mRNA poly(A) tails.

Severe infection commonly results in immunosuppression, which leads to impaired pathogen clearance or increased secondary infection in both humans and animals. However, the exact mechanisms remain poorly understood. Here, we demonstrate that IL-33 results in immunosuppression by inducing thymic involution-associated naive T cell dysfunction with aberrant expression of aging-associated genes and impairs host control of infection in mouse disease models of schistosomiasis or sepsis. Furthermore, we illustrate that IL-33 triggers the excessive generation of medullary thymic epithelial cell (mTEC) IV (thymic tuft cells) in a Pou2f3-dependent manner, as a consequence, disturbs mTEC/cortical TEC (cTEC) compartment and causes thymic involution during severe infection. More importantly, IL-33 deficiency, the anti-IL-33 neutralizing antibody treatment, or IL-33 receptor ST2 deficient thymus transplantation rescues T cell immunity to better control infection in mice. Our findings not only uncover a link between severe infection-induced IL-33 and thymic involution-mediated naive T cell aging, but also suggest that targeting IL-33 or ST2 is a promising strategy to rejuvenate T cell immunity to better control severe infection.

Abstract The majority of oncogenic drivers are intracellular proteins, constraining their immunotherapeutic targeting to mutated peptides (neoantigens) presented by individual human leukocyte antigen (HLA) allotypes 1 . However, most cancers have a modest mutational burden that is insufficient for generating responses using neoantigen-based therapies 2,3 . Neuroblastoma is a paediatric cancer that harbours few mutations and is instead driven by epigenetically deregulated transcriptional networks 4 . Here we show that the neuroblastoma immunopeptidome is enriched with peptides derived from proteins essential for tumorigenesis. We focused on targeting the unmutated peptide QYNPIRTTF discovered on HLA-A*24:02, which is derived from the neuroblastoma-dependency gene and master transcriptional regulator PHOX2B . To target QYNPIRTTF, we developed peptide-centric chimeric antigen receptors (PC-CARs) through a counter panning strategy using predicted potentially cross-reactive peptides. We further proposed that PC-CARs can recognize peptides on additional HLA allotypes when presenting a similar overall molecular surface. Informed by our computational modelling results, we show that PHOX2B PC-CARs also recognize QYNPIRTTF presented by HLA-A*23:01, the most common non-A2 allele in people with African ancestry. Finally, we demonstrate potent and specific killing of neuroblastoma cells expressing these HLAs in vitro and complete tumour regression in mice. These data suggest that PC-CARs have the potential to expand the pool of immunotherapeutic targets to include non-immunogenic intracellular oncoproteins and allow targeting through additional HLA allotypes in a clinical setting.

SUMMARY Poly(A) tail length and non-A residues are vital for oocyte-to-embryo transition (OET) in mice and humans 1–5 . However, the role of poly(A) tail length and non-A residues during OET in other commonly used mammalian animal models for human diseases remains unexplored. In addition, the degree of conservation in maternal mRNA poly(A) tail dynamics during OET across different mammal species is unknown. Here, we conduct a comparative analysis of the poly(A) tails during OET across four species: mice, rats, pigs, and humans. Dynamics during OET found to be conserved across all four species include: maternal mRNA deadenylation during oocyte maturation and re-polyadenylation after fertilization; a fall-rise trend in poly(A) tail length distribution; a rise-fall trend in the ratio of poly(A) tails with non-A residues; higher abundance of non-A residues in poly(A) tails of maternal mRNA than in zygotic genome activation (ZGA) mRNA; maternal mRNA with U residues degrades faster than those without U residues at the stage when ZGA takes place. While in mice and rats maternal mRNA deadenylation is impaired in parthenogenetic embryos and ZGA inhibition leads to blocked maternal mRNA deadenylation in mice and humans. In contrast, the length of consecutive U residues and the duration time of U residues in poly(A) tail diverges across the four species. Together, these findings reveal that the poly(A) tail mediated maternal mRNA post-transcriptional regulation is highly conserved in mammals with unique divergences in the length and life-span of U residues, providing new insights for the further understanding of OET across different mammals.

Abstract Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) transmission with several emerging variants remain uncontrolled in many countries, indicating the pandemic remains severe. Recent studies showed reduction of neutralization against these emerging SARS-CoV-2 variants by vaccine-elicited antibodies. Among those emerging SARS-CoV-2 variants, a panel of amino acid mutations was characterized including those in the receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 spike (S) glycoprotein. In the present study, we evaluated our previously identified antibody and antibody domains for binding to these RBD variants with the emerging mutations, and neutralization of pseudo typed viruses carrying spike proteins with such mutations. Our results showed that one previously identified antibody domain, ab6, can bind 32 out of 35 RBD mutants tested in an ELISA assay. All three antibodies and antibody domains can neutralize pseudo typed B.1.1.7 (UK variant), but only the antibody domain ab6 can neutralize the pseudo typed virus with the triple mutation (K417N, E484K, N501Y). This domain and its improvements have potential for therapy of infections caused by SARS-CoV-2 mutants.

Abstract The Delta and Kappa variants of SARS-CoV-2 co-emerged in India in late 2020, with the Delta variant underlying the resurgence of COVID-19, even in countries with high vaccination rates. In this study, we assess structural and biochemical aspects of viral fitness for these two variants using cryo-electron microscopy (cryo-EM), ACE2-binding and antibody neutralization analyses. Both variants demonstrate escape of antibodies targeting the N-terminal domain, an important immune hotspot for neutralizing epitopes. Compared to wild-type and Kappa lineages, Delta variant spike proteins show modest increase in ACE2 affinity, likely due to enhanced electrostatic complementarity at the RBD-ACE2 interface, which we characterize by cryo-EM. Unexpectedly, Kappa variant spike trimers form a novel head-to-head dimer-of-trimers assembly, which we demonstrate is a result of the E484Q mutation. The combination of increased antibody escape and enhanced ACE2 binding provides an explanation, in part, for the rapid global dominance of the Delta variant.