Abstract Cysteine-focused chemical proteomic platforms have accelerated the clinical development of covalent inhibitors of a wide-range of targets in cancer. However, how different oncogenic contexts influence cysteine targeting remains unknown. To address this question, we have developed DrugMap , an atlas of cysteine ligandability compiled across 416 cancer cell lines. We unexpectedly find that cysteine ligandability varies across cancer cell lines, and we attribute this to differences in cellular redox states, protein conformational changes, and genetic mutations. Leveraging these findings, we identify actionable cysteines in NFκB1 and SOX10 and develop corresponding covalent ligands that block the activity of these transcription factors. We demonstrate that the NFκB1 probe blocks DNA binding, whereas the SOX10 ligand increases SOX10-SOX10 interactions and disrupts melanoma transcriptional signaling. Our findings reveal heterogeneity in cysteine ligandability across cancers, pinpoint cell-intrinsic features driving cysteine targeting, and illustrate the use of covalent probes to disrupt oncogenic transcription factor activity.

Human tumor samples hold a plethora of information about their microenvironment and immune repertoire. Effective dissociation of human tissue samples into viable cell suspensions is a required input for the single-cell RNA sequencing (scRNAseq) pipeline. Unlike bulk RNA sequencing approaches, scRNAseq enables us to infer the transcriptional heterogeneity in tumor specimens at the single-cell level. Incorporating this approach in recent years has led to many discoveries, such as identifying immune and tumor cellular states and programs associated with clinical responses to immunotherapies and other types of treatments. Moreover, single-cell technologies applied to dissociated tissues can be used to identify accessible chromatin regions T and B cell receptor repertoire, and the expression of proteins, using DNA barcoded antibodies (CITEseq). The viability and quality of the dissociated sample are critical variables when using these technologies, as these can dramatically affect the cross-contamination of single cells with ambient RNA, the quality of the data, and interpretation. Moreover, long dissociation protocols can lead to the elimination of sensitive cell populations and the upregulation of a stress response gene signature. To overcome these limitations, we devised a rapid universal dissociation protocol, which has been validated on multiple types of human and murine tumors. The process begins with mechanical and enzymatic dissociation, followed by filtration, red blood lysis, and live dead enrichment, suitable for samples with a low input of cells (e.g., needle core biopsies). This protocol ensures a clean and viable single-cell suspension paramount to the successful generation of Gel Bead-In Emulsions (GEMs), barcoding, and sequencing.

A central problem in cancer immunotherapy with immune checkpoint blockade (ICB) is the development of resistance, which affects 50% of patients with metastatic melanoma 1,2 . T cell exhaustion, resulting from chronic antigen exposure in the tumour microenvironment, is a major driver of ICB resistance 3 . Here, we show that CD38, an ecto-enzyme involved in nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) catabolism, is highly expressed in exhausted CD8 + T cells in melanoma and is associated with ICB resistance. Tumour-derived CD38 hi CD8 + T cells are dysfunctional, characterised by impaired proliferative capacity, effector function, and dysregulated mitochondrial bioenergetics. Genetic and pharmacological blockade of CD38 in murine and patient-derived organotypic tumour models (MDOTS/PDOTS) enhanced tumour immunity and overcame ICB resistance. Mechanistically, disrupting CD38 activity in T cells restored cellular NAD + pools, improved mitochondrial function, increased proliferation, augmented effector function, and restored ICB sensitivity. Taken together, these data demonstrate a role for the CD38-NAD + axis in promoting T cell exhaustion and ICB resistance, and establish the efficacy of CD38 directed therapeutic strategies to overcome ICB resistance using clinically relevant, patient-derived 3D tumour models.

The potent immunostimulatory effects of toll-like receptor 8 (TLR8) agonism in combination with PD-1 blockade have resulted in various preclinical investigations, yet the mechanism of action in humans remains unknown. To decipher the combinatory mode of action of TLR8 agonism and PD-1 blockade, we employed a unique, open-label, phase 1b pre-operative window of opportunity clinical trial ( NCT03906526 ) in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) patients. Matched pre- and post-treatment tumor biopsies from the same lesion were obtained. We used single-cell RNA sequencing and custom multiplex staining to leverage the unique advantage of same-lesion longitudinal sampling. Patients receiving dual TLR8 agonism and anti-PD-1 blockade exhibited marked upregulation of innate immune effector genes and cytokines, highlighted by increased