CD4+ T cells are repositories of immune memory, conferring enhanced immunity to many infectious agents. Studies of acute viral and bacterial infection suggest that memory CD4+ T cells develop directly from effectors. However, delineating these dynamic developmental pathways has been challenging. Here, we used high-resolution single-cell RNA-seq and temporal mixture modelling to examine the fate of Th1 and Tfh effector cells during non-lethal Plasmodium infection in mice. We observed linear Th1 and Tfh pathways towards memory, characterised by progressive halving in the numbers of genes expressed, and partial transcriptomic coalescence. Low-level persisting infection diverted but did not block these pathways. We observed in the Th1-pathway a linear transition from Th1 through a Tr1 state to TEM cells, which were then poised for Th1 re-call. The Tfh-pathway exhibited a modest Th1-signature throughout, with little evidence of Tr1 development, and co-expression of TCM and memory Tfh markers. Thus, we present a high-resolution atlas of transcriptome dynamics for naïve to memory transitions in CD4+ T cells. We also defined a subset of memory-associated genes, including transcription factors Id2 and Maf, whose expression increased progressively against the background of transcriptomic quiescence. Single-cell ATAC-seq revealed substantial heterogeneity in chromatin accessibility in single effectors, which was extensively, though incompletely reset and homogenised in memory. Our data reveal that linear transitions from effector to memory occur in a progressive manner over several weeks, suggesting opportunities for manipulating CD4+ T cell memory after primary infection.

ABSTRACT Telomerase enables replicative immortality in most cancers including acute myeloid leukemia (AML). Imetelstat is a first-in-class telomerase inhibitor with clinical efficacy in myelofibrosis and myelodysplastic syndromes. Here, we develop an AML patient-derived xenograft (PDX) resource, and perform integrated genomics, transcriptomics, and lipidomics analyses combined with functional genetics to identify key mediators of imetelstat efficacy. In a randomized Phase II-like preclinical trial in PDX, imetelstat effectively diminishes AML burden, and preferentially targets subgroups containing mutant NRAS and oxidative stress-associated gene expression signatures. Unbiased, genome-wide CRISPR/Cas9 editing identifies ferroptosis regulators as key mediators of imetelstat efficacy. Imetelstat promotes the formation of polyunsaturated fatty acid-containing phospholipids, causing excessive levels of lipid peroxidation and oxidative stress. Pharmacological inhibition of ferroptosis diminishes imetelstat efficacy. We leverage these mechanistic insights to develop an optimized therapeutic strategy using oxidative stress-inducing chemotherapy to sensitize patient samples to imetelstat causing significant disease control in AML.