Diet profoundly influences physiology. Whereas over-nutrition elevates risk for disease via its influence on immunity and metabolism, caloric restriction and fasting appear to be salutogenic. Despite multiple correlations observed between diet and health, the underlying biology remains unclear. Here, we identified a fasting-induced switch in leukocyte migration that prolongs monocyte lifespan and alters susceptibility to disease in mice. We show that fasting during the active phase induced the rapid return of monocytes from the blood to the bone marrow. Monocyte re-entry was orchestrated by hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis-dependent release of corticosterone, which augmented the CXCR4 chemokine receptor. Although the marrow is a safe haven for monocytes during nutrient scarcity, re-feeding prompted mobilization culminating in monocytosis of chronologically older and transcriptionally distinct monocytes. These shifts altered response to infection. Our study shows that diet-in particular, a diet's temporal dynamic balance-modulates monocyte lifespan with consequences for adaptation to external stressors.

SUMMARY The cellular architecture of a tumor, particularly immune composition, has a major impact on cancer outcome, and thus there is an interest in identifying genes that control the tumor microenvironment (TME). While CRISPR screens are helping uncover genes regulating many cell-intrinsic processes, existing approaches are suboptimal for identifying gene functions operating extracellularly or within a tissue context. To address this, we developed an approach for spatial functional genomics called Perturb-map, which utilizes protein barcodes (Pro-Code) to enable spatial detection of barcoded cells within tissue. We show >120 Pro-Codes can be imaged within a tumor, facilitating spatial mapping of 100s of cancer clones. We applied Perturb-map to knockout dozens of genes in parallel in a mouse model of lung cancer and simultaneously assessed how each knockout influenced tumor growth, histopathology, and immune composition. Additionally, we paired Perturb-map and spatial transcriptomics for unbiased molecular analysis of Pro-Code/CRISPR lesions. Our studies found in Tgfbr2 knockout lesions, the TME was converted to a mucinous state and T-cells excluded, which was concomitant with increased TGFβ expression and pathway activation, suggesting Tgfbr2 loss on lung cancer cells enhanced suppressive effects of TGFβ on the TME. These studies establish Perturb-map for functional genomics within a tissue at single cell-resolution with spatial architecture preserved.

SUMMARY Generation of functional CD8 + T cell memory typically requires engagement of CD4 + T cells. However, in certain scenarios, such as acutely-resolving viral infections, effector (T E ) and subsequent memory (T M ) CD8 + T cell formation appear impervious to a lack of CD4 + T cell help during priming. Nonetheless, such “helpless” CD8 + T M respond poorly to pathogen rechallenge. At present, the origin and long-term evolution of helpless CD8 + T cell memory remain incompletely understood. Here, we demonstrate that helpless CD8 + T E differentiation is largely normal but a multiplicity of helpless CD8 T M defects, consistent with impaired memory maturation, emerge as a consequence of prolonged yet finite exposure to cognate antigen. Importantly, these defects resolve over time leading to full restoration of CD8 + T M potential and recall capacity. Our findings provide a unified explanation for helpless CD8 + T cell memory and emphasize an unexpected CD8 + T M plasticity with implications for vaccination strategies and beyond.

Microsatellite instability-high (MSI-H) tumors are an important model system for evaluating neoantigen-based immunotherapies given their high tumor mutation burden and response to checkpoint blockade. We identified tumor-specific, frameshift peptides, encoding multiple epitopes that originated from indel mutations shared among patients with MSI-H endometrial, colorectal and stomach cancers. Epitopes derived from these shared frameshifts have high population occurrence rates, wide presence in many tumor subclones and are predicted to bind to the most frequent HLA alleles in the TCGA MSI-H patient cohorts. Neoantigens arising from these mutations are more dissimilar to both self and viral antigens, indicating the creation of peptides, that, when translated, can present truly novel antigens to the immune system. Finally, we validated the immunogenicity of common frameshift peptides from MSI-H endometrial patients in an array of T cell stimulation experiments, using peripheral blood mononuclear cells isolated from healthy donors. Our study describes for the first time the widespread occurrence and strong immunogenicity of tumor-specific antigens, derived from shared frameshift mutations in MSI-H cancer and Lynch syndrome patients, suitable for the design of common preventive “off-the-shelf” cancer vaccines.

ABSTRACT Cancer cells are differentially dependent on the splicing machinery compared to normal untransformed cells. The splicing machinery thus represents a potential therapeutic target in cancer. To identify splicing factors important for prostate cancer cell (PCa) cell growth, we performed a parallel pooled shRNA screen on in vitro passaged cells and in vivo xenografted PCa tumor lines. Our screen revealed HNRNPM as a potential regulator of PCa cell growth. RNA- and eCLIP-sequencing data suggest that HNRNPM is bound to transcripts of key homeostatic genes and that loss of HNRNPM binding in a subset of these genes results in aberrant exon inclusion and exon back-splicing events in target transcripts. In both linear and circular mis-spliced transcripts, HNRNPM appears to preferentially bind to GU-rich elements in long flanking proximal introns. Mimicry of HNRNPM dependent linear splicing events using splice-switching antisense oligonucleotides (SSOs) was sufficient to inhibit cell growth in HNRNPM expressing cells. This suggests that prostate cancer cell dependence on HNRNPM is likely a result of mis-splicing of key homeostatic coding and non-coding genes. Taken together, our data reveal a role for HNRNPM in supporting prostate cancer cell fitness, and also as a potential therapeutic target in PCa.

As SARS-CoV-2 variants continue to emerge capable of evading neutralizing antibodies, it has become increasingly important to fully understand the breadth and functional profile of T cell responses to determine their impact on the immune surveillance of variant strains. Here, sampling healthy individuals, we profiled the kinetics and polyfunctionality of T cell immunity elicited by mRNA vaccination. Modeling of anti-spike T cell responses against ancestral and variant strains of SARS-CoV-2 suggested that epitope immunodominance and cross-reactivity are major predictive determinants of T cell immunity. To identify immunodominant epitopes across the viral proteome, we generated a comprehensive map of CD4+ and CD8+ T cell epitopes within non-spike proteins that induced polyfunctional T cell responses in convalescent patients. We found that immunodominant epitopes mainly resided within regions that were minimally disrupted by mutations in emerging variants. Conservation analysis across historical human coronaviruses combined with in silico alanine scanning mutagenesis of non-spike proteins underscored the functional importance of mutationally-constrained immunodominant regions. Collectively, these findings identify immunodominant T cell epitopes across the mutationally-constrained SARS-CoV-2 proteome, potentially providing immune surveillance against emerging variants, and inform the design of next-generation vaccines targeting antigens throughout SARS-CoV-2 proteome for broader and more durable protection.