CAR-T cells rest to get back in the race Chimeric antigen receptor (CAR)–T cells, which are engineered to target specific tumor antigens, are increasingly used as an immunotherapy. CAR-T cells have shown promising results in patients, particularly in hematologic cancers, but their anticancer activity can be limited by the onset of exhaustion and the loss of effectiveness. Weber et al. characterized the phenotypic and epigenomic changes associated with CAR-T cell exhaustion caused by continuous activity and the beneficial effects of transient rest periods (see the Perspective by Mamonkin and Brenner). The authors tested different approaches for providing these rest periods, such as using the drug dasatinib to temporarily suppress T cell activity, which helped to prevent exhaustion and improved antitumor activity in mouse models. Science , this issue p. eaba1786 ; see also p. 34

For many solid malignancies, lymph node (LN) involvement represents a harbinger of distant metastatic disease and, therefore, an important prognostic factor. Beyond its utility as a biomarker, whether and how LN metastasis plays an active role in shaping distant metastasis remains an open question. Here, we develop a syngeneic melanoma mouse model of LN metastasis to investigate how tumors spread to LNs and whether LN colonization influences metastasis to distant tissues. We show that an epigenetically instilled tumor-intrinsic interferon response program confers enhanced LN metastatic potential by enabling the evasion of NK cells and promoting LN colonization. LN metastases resist T cell-mediated cytotoxicity, induce antigen-specific regulatory T cells, and generate tumor-specific immune tolerance that subsequently facilitates distant tumor colonization. These effects extend to human cancers and other murine cancer models, implicating a conserved systemic mechanism by which malignancies spread to distant organs.

Regulatable CAR platforms could circumvent toxicities associated with CAR-T therapy, but existing systems have shortcomings including leakiness and attenuated activity. Here, we present SNIP CARs, a protease-based platform for regulating CAR activity using an FDA-approved small molecule. Design iterations yielded CAR-T cells that manifest full functional capacity with drug and no leaky activity in the absence of drug. In numerous models, SNIP CAR-T cells were more potent than constitutive CAR-T cells and showed diminished T cell exhaustion and greater stemness. In a ROR1-based CAR lethality model, drug cessation following toxicity onset reversed toxicity, thereby credentialing the platform as a safety switch. In the same model, reduced drug dosing opened a therapeutic window that resulted in tumor eradication in the absence of toxicity. SNIP CARs enable remote tuning of CAR activity, which provides solutions to safety and efficacy barriers that are currently limiting progress in using CAR-T cells to treat solid tumors.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the cause of a pandemic with growing global mortality. There is an urgent need to understand the molecular pathways required for host infection and anti-viral immunity. Using comprehensive identification of RNA-binding proteins by mass spectrometry (ChIRP-MS), we identified 309 host proteins that bind the SARS-CoV-2 RNA during active infection. Integration of this data with viral ChIRP-MS data from three other positive-sense RNA viruses defined pan-viral and SARS-CoV-2-specific host interactions. Functional interrogation of these factors with a genome-wide CRISPR screen revealed that the vast majority of viral RNA-binding proteins protect the host from virus-induced cell death, and we identified known and novel anti-viral proteins that regulate SARS-CoV-2 pathogenicity. Finally, our RNA-centric approach demonstrated a physical connection between SARS-CoV-2 RNA and host mitochondria, which we validated with functional and electron microscopy data, providing new insights into a more general virus-specific protein logic for mitochondrial interactions. Altogether, these data provide a comprehensive catalogue of SARS-CoV-2 RNA-host protein interactions, which may inform future studies to understand the mechanisms of viral pathogenesis, as well as nominate host pathways that could be targeted for therapeutic benefit.· ChIRP-MS of SARS-CoV-2 RNA identifies a comprehensive viral RNA-host protein interaction network during infection across two species· Comparison to RNA-protein interaction networks with Zika virus, dengue virus, and rhinovirus identify SARS-CoV-2-specific and pan-viral RNA protein complexes and highlights distinct intracellular trafficking pathways· Intersection of ChIRP-MS and genome-wide CRISPR screens identify novel SARS-CoV-2-binding proteins with pro- and anti-viral function· Viral RNA-RNA and RNA-protein interactions reveal specific SARS-CoV-2-mediated mitochondrial dysfunction during infection.

SUMMARY T cell exhaustion limits immune responses against cancer and is a major cause of resistance to CAR-T cell therapeutics. Using a model wherein tonic CAR signaling induces hallmark features of exhaustion, we employed a drug-regulatable CAR to test the impact of transient cessation of receptor signaling (i.e. “rest”) on the development and maintenance of exhaustion. Induction of rest in exhausting or already-exhausted CAR-T cells resulted in acquisition of a memory-like phenotype, improved anti-tumor functionality, and wholescale transcriptional and epigenetic reprogramming. Similar results were achieved with the Src kinase inhibitor dasatinib, which reversibly suppresses CAR signaling. The degree of functional reinvigoration was proportional to the duration of rest and was associated with expression of transcription factors TCF1 and LEF1. This work demonstrates that transient cessation of CAR-T cell signaling can enhance anti-tumor potency by preventing or reversing exhaustion and challenges the paradigm that exhaustion is an epigenetically fixed state.

Abstract T cell exhaustion limits anti-tumor immunity, but the molecular determinants of this process remain poorly understood. Using a chronic antigen stimulation assay, we performed genome-wide CRISPR/Cas9 screens to systematically discover genetic regulators of T cell exhaustion, which identified an enrichment of epigenetic factors. In vivo CRISPR screens in murine and human tumor models demonstrated that perturbation of several epigenetic regulators, including members of the INO80 and BAF chromatin remodeling complexes, improved T cell persistence in tumors. In vivo paired CRISPR perturbation and single-cell RNA sequencing revealed distinct transcriptional roles of each complex and that depletion of canonical BAF complex members, including Arid1a , resulted in the maintenance of an effector program and downregulation of terminal exhaustion-related genes in tumor-infiltrating T cells. Finally, Arid1a -depletion limited the global acquisition of chromatin accessibility associated with T cell exhaustion and led to improved anti-tumor immunity after adoptive cell therapy. In summary, we provide a comprehensive atlas of the genetic regulators of T cell exhaustion and demonstrate that modulation of the epigenetic state of T cell exhaustion can improve T cell responses in cancer immunotherapy.

Abstract A diverse set of driver genes, such as regulators of DNA methylation, RNA splicing, and chromatin remodeling, have been associated with pre-malignant clonal expansion of hematopoietic stem cells (HSCs). The factors mediating expansion of these mutant clones remain largely unknown, partially due to a paucity of large cohorts with longitudinal blood sampling. To circumvent this limitation, we developed and validated a method to infer clonal expansion rate from single timepoint data called PACER (passenger-approximated clonal expansion rate). Applying PACER to 5,071 persons with clonal hematopoiesis accurately recapitulated the known fitness effects due to different driver mutations. A genome-wide association study of PACER revealed that a common inherited polymorphism in the TCL1A promoter was associated with slower clonal expansion. Those carrying two copies of this protective allele had up to 80% reduced odds of having driver mutations in TET2, ASXL1, SF3B1, SRSF2 , and JAK2 , but not DNMT3A. TCL1A was not expressed in normal or DNMT3A -mutated HSCs, but the introduction of mutations in TET2 or ASXL1 by CRISPR editing led to aberrant expression of TCL1A and expansion of HSCs in vitro. These effects were abrogated in HSCs from donors carrying the protective TCL1A allele. Our results indicate that the fitness advantage of multiple common driver genes in clonal hematopoiesis is mediated through TCL1A activation. PACER is an approach that can be widely applied to uncover genetic and environmental determinants of pre-malignant clonal expansion in blood and other tissues.

ABSTRACT Paired T cell receptor and RNA single cell sequencing (scTCR/RNA-seq) has allowed for enhanced resolution of clonal T cell dynamics in cancer. Here, we report a scTCR/RNA-seq dataset of 162,062 single T cells from 31 tissue regions, including tumor, adjacent normal tissues, and lymph nodes (LN), from three patients who underwent resections for progressing lung cancers after immune checkpoint blockade (ICB). We found marked regional heterogeneity in tumor persistence that was associated with heterogeneity in CD4 and CD8 T cell phenotypes; regions with persistent cancer cells were enriched for follicular helper CD4 T cells (TFH), regulatory T cells (Treg), and exhausted CD8 T cells. Clonal analysis demonstrated that highly-expanded T cell clones were predominantly of the CD8 subtype, were ubiquitously present across all sampled regions, found in the peripheral circulation, and expressed gene signatures of ‘large’ and ‘dual-expanded’ clones that have been predictive of response to ICB. Longitudinal tracking of CD8 T cell clones in the peripheral blood revealed that the persistence of ubiquitous CD8 T cell clones, as well as phenotypically distinct clones with tumor-reactive features, correlated with systemic tumor control. Finally, tracking CD8 T cell clones across tissues revealed the presence of TCF-1 + precursor exhausted CD8 T cells in tumor draining LNs that were clonally linked to expanded exhausted CD8 T cells in tumors. Altogether, this comprehensive scTCR/RNA-seq dataset with regional, longitudinal, and clonal resolution provides fundamental insights into the tissue distribution, persistence, and differentiation trajectories of ICB-responsive T cells that underlie clinical responses to ICB.

Summary T cell exhaustion is a major impediment to anti-tumor immunity. However, it remains elusive how other immune cells in the tumor microenvironment (TME) contribute to this dysfunctional state. Here we show that the biology of tumor-associated macrophages (TAM) and exhausted T cells (T ex ) in the TME is extensively linked. We demonstrate that in vivo depletion of TAM reduces exhaustion programs in tumor-infiltrating CD8 + T cells and reinvigorates their effector potential. Reciprocally, transcriptional and epigenetic profiling reveals that T ex express factors that actively recruit monocytes to the TME and shape their differentiation. Using lattice light sheet microscopy, we show that TAM and CD8 + T cells engage in unique long-lasting antigen-specific synaptic interactions that fail to activate T cells, but prime them for exhaustion, which is then accelerated in hypoxic conditions. Spatially resolved sequencing supports a spatiotemporal self-enforcing positive feedback circuit that is aligned to protect rather than destroy a tumor. Graphical Abstract

SUMMARY The long noncoding RNA (lncRNA) XIST establishes X chromosome inactivation (XCI) in female cells in early development and thereafter is thought to be largely dispensable. Here we show XIST is continually required in adult human B cells to silence a subset of X-linked immune genes such as TLR7 . XIST-dependent genes lack promoter DNA methylation and require continual XIST-dependent histone deacetylation. XIST RNA-directed proteomics and CRISPRi screen reveal distinctive somatic cell-specific XIST complexes, and identify TRIM28 that mediates Pol II pausing at promoters of X-linked genes in B cells. XIST dysregylation, reflected by escape of XIST-dependent genes, occurs in CD11c+ atypical memory B cells across single-cell transcriptome data in patients with female-biased autoimmunity and COVID-19 infection. XIST inactivation with TLR7 agonism suffices to promote isotype-switched atypical B cells. These results suggest cell-type-specific diversification of lncRNA-protein complexes increase lncRNA functionalities, and expand roles for XIST in sex-differences in biology and medicine. HIGHLIGHTS XIST prevents escape of genes with DNA hypomethylated promoters in B cells. XIST maintains X-inactivation through continuous deacetylation of H3K27ac. XIST ChIRP-MS and allelic CRISPRi screen reveal a B cell-specific XIST cofactor TRIM28. XIST loss and TLR7 stimulation promotes CD11c+ atypical B cell formation.