Immunotherapy failures can result from the highly suppressive tumour microenvironment that characterizes aggressive forms of cancer such as recurrent glioblastoma (rGBM)1,2. Here we report the results of a first-in-human phase I trial in 41 patients with rGBM who were injected with CAN-3110-an oncolytic herpes virus (oHSV)3. In contrast to other clinical oHSVs, CAN-3110 retains the viral neurovirulence ICP34.5 gene transcribed by a nestin promoter; nestin is overexpressed in GBM and other invasive tumours, but not in the adult brain or healthy differentiated tissue4. These modifications confer CAN-3110 with preferential tumour replication. No dose-limiting toxicities were encountered. Positive HSV1 serology was significantly associated with both improved survival and clearance of CAN-3110 from injected tumours. Survival after treatment, particularly in individuals seropositive for HSV1, was significantly associated with (1) changes in tumour/PBMC T cell counts and clonal diversity, (2) peripheral expansion/contraction of specific T cell clonotypes; and (3) tumour transcriptomic signatures of immune activation. These results provide human validation that intralesional oHSV treatment enhances anticancer immune responses even in immunosuppressive tumour microenvironments, particularly in individuals with cognate serology to the injected virus. This provides a biological rationale for use of this oncolytic modality in cancers that are otherwise unresponsive to immunotherapy (ClinicalTrials.gov: NCT03152318 ).

Abstract Each tumor contains malignant cells that differ in genotype, phenotype, and in their interactions with the tumor micro-environment (TME). This results in distinct integrated cellular states that govern intra-tumor heterogeneity (ITH), a central challenge of cancer therapeutics. Dozens of recent studies have begun to describe ITH by single cell RNA-seq, but each study typically profiledonly a small number of tumors and provided a narrow view of transcriptional ITH. Here, we curate, annotate and integrate the data from 77 different studies to reveal the patterns of ITH across 1,163 tumor samples covering 24 tumor types. Focusing on the malignant cells, we find thousands of transcriptional ITH programs that can be described by 41 consensus meta-programs (MPs), each consisting of dozens of genes that are coordinately upregulated in subpopulations of cells within many different tumors. The MPs cover diverse cellular processes and differ in their cancer-type distribution. General MPs associated with processes such as cell cycle and stress vary within most tumors, while context-specific MPs reflect the unique biology of particular cancer types, often resembling developmental cell types and suggesting the co-existence of variable differentiation states within tumors. Some of the MPs are further associated with overall tumor proliferation or immune state, highlighting their potential clinical significance. Based on functional similarities among MPs, we propose a set of 11 hallmarks that together account for the majority of observed ITH programs. Given the breadth and scope of the investigated cohort, the MPs and hallmarks described here reflect the first comprehensive pan-cancer description of transcriptional ITH.