Abstract Cell types can be classified based on shared patterns of transcription. Variability in gene expression between individual cells of the same type has been ascribed to stochastic transcriptional bursting and transient cell states. We asked whether long-term, heritable differences in transcription can impart diversity within a cell type. Studying clonal human lymphocytes and mouse brain cells, we uncover a vast diversity of heritable transcriptional states among different clones of cells of the same type in vivo. In lymphocytes we show that this diversity is coupled to clone specific chromatin accessibility, resulting in distinct expression of genes by different clones. Our findings identify a source of cellular diversity, which may have important implications for how cellular populations are shaped by selective processes in development, aging and disease.

Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) datasets contain true single cells, or singlets, in addition to cells that coalesce during the protocol, or doublets. Identifying singlets with high fidelity in scRNA-seq is necessary to avoid false negative and false positive discoveries. Although several methodologies have been proposed, they are typically tested on highly heterogeneous datasets and lack a priori knowledge of true singlets. Here, we leveraged datasets with synthetically introduced DNA barcodes for a hitherto unexplored application: to extract ground-truth singlets. We demonstrated the feasibility of our framework, "singletCode," to evaluate existing doublet detection methods across a range of contexts. We also leveraged our ground-truth singlets to train a proof-of-concept machine learning classifier, which outperformed other doublet detection algorithms. Our integrative framework can identify ground-truth singlets and enable robust doublet detection in non-barcoded datasets.

ABSTRACT Metastatic prostate cancer is incurable and new therapeutic targets and drugs are needed. Viruses are associated with several cancer types, but their connection to prostate cancer is unclear. Here we show that human herpes virus cytomegalovirus (CMV) infection is common in the healthy prostate epithelium as well as in prostate cancer, with 85% of tumors being infected to varying degrees. The CMV gene locus UL122-UL123 upheld viral genome persistence in endogenously CMV infected prostate cancer cell lines. CMV promoted prostate cancer cell viability independently of androgen receptor status and anti-androgen resistance, partly through CMV UL97 and the androgen signaling pathway. DNA intercalation mitigated CMV infection and reduced CMV-dependent tumor size in xenotransplantation experiments. The anti-herpes drug aciclovir showed modest effects, but the well tolerated CMV UL97 kinase inhibitor maribavir partly mimicked CMV loss by inducing apoptosis and attenuating proliferation, resulting in reduced tumor growth in vivo . We conclude that CMV infects prostate cells in vivo and alters core prostate cancer cell properties, suggesting that it can be therapeutically targeted to improve prostate cancer outcomes.

CD8+ T cells play essential roles in immunity to viral and bacterial infections, and to guard against malignant cells. The CD8+ T cell response to an antigen is composed of many T cell clones with unique T cell receptors, together forming a heterogenous repertoire of phenotypically and functionally distinct effector and memory cells[1][1], [2][2]. How individual T cell clones contribute to this heterogeneity during an immune response is key to understand immunity but remains largely unknown. Here, we longitudinally tracked CD8+ T cell clones expanding in response to yellow fever virus vaccination at the single cell level in humans. We show that only a fraction of the clones detected in the acute response persists as circulating memory T cells, indicative of clonal selection. Clones persisting in the memory phase displayed biased differentiation trajectories along a gradient of stem cell memory (SCM) towards terminally differentiated effector memory (EMRA) fates. Reactivation of single memory CD8+ T cells revealed that they were poised to recapitulate skewed differentiation trajectories in secondary responses, and this was generalizable across individuals for both yellow fever and influenza virus. Together, we show that the sum of distinct clonal differentiation repertoires results in the multifaceted T cell response to acute viral infections in humans. [1]: #ref-1 [2]: #ref-2