Abstract While inhibition of T cell co-inhibitory receptors has revolutionized cancer therapy, the mechanisms governing their expression on human T cells have not been elucidated. Type 1 interferon (IFN-I) modulates T cell immunity in viral infection, autoimmunity, and cancer, and may facilitate induction of T cell exhaustion in chronic viral infection 1,2 . Here we show that IFN-I regulates co-inhibitory receptors expression on human T cells, inducing PD-1/TIM-3/LAG-3 while surprisingly inhibiting TIGIT expression. High-temporal-resolution mRNA profiling of IFN-I responses enabled the construction of dynamic transcriptional regulatory networks uncovering three temporal transcriptional waves. Perturbation of key transcription factors on human primary T cells revealed both canonical and non-canonical IFN-I transcriptional regulators, and identified unique regulators that control expression of co-inhibitory receptors. To provide direct in vivo evidence for the role of IFN-I on co-inhibitory receptors, we then performed single cell RNA-sequencing in subjects infected with SARS-CoV-2, where viral load was strongly associated with T cell IFN-I signatures. We found that the dynamic IFN-I response in vitro closely mirrored T cell features with acute IFN-I linked viral infection, with high LAG3 and decreased TIGIT expression. Finally, our gene regulatory network identified SP140 as a key regulator for differential LAG3 and TIGIT expression. The construction of co-inhibitory regulatory networks induced by IFN-I with identification of unique transcription factors controlling their expression may provide targets for enhancement of immunotherapy in cancer, infectious diseases, and autoimmunity.

Abstract Multiple sclerosis (MS) is a complex genetically mediated autoimmune disease of the central nervous system where anti-CD20-mediated B cell depletion is remarkably effective in the treatment of early disease. While previous studies investigated the effect of B cell depletion on select immune cell subsets using flow cytometry-based methods, the therapeutic impact on patient immune landscape is unknown. In this study, we explored how a therapy-driven “ in vivo perturbation ” modulates the diverse immune landscape by measuring transcriptomic granularity with single-cell RNA sequencing (scRNAseq). We demonstrate that B cell depletion leads to cell type-specific changes in the abundance and function of CSF macrophages and peripheral blood monocytes. Specifically, a CSF-specific macrophage population with an anti-inflammatory transcriptomic signature and peripheral CD16 + monocytes increased in frequency post-B cell depletion. In addition, we observed increases in TNFα messenger RNA and protein in monocytes post-B cell depletion, consistent with the finding that anti-TNFα treatment exacerbates autoimmune activity in MS. In parallel, B cell depletion also induced changes in peripheral CD4 + T cell populations, including increases in the frequency of TIGIT + regulatory T cells and marked decreases in the frequency of myelin peptide loaded-tetramer binding CD4 + T cells. Collectively, this study provides an exhaustive transcriptomic map of immunological changes, revealing different mechanisms of action contributing to the high efficacy in B cell depletion treatment of MS.

The promising results obtained with immunotherapeutic approaches for multiple myeloma (MM) call for a better stratification of patients based on immune components. The most pressing being cytotoxic lymphocytes such as Natural Killer (NK) cells that are mandatory for MM surveillance and therapy. In this study, we performed a single cell RNA sequencing analysis of NK cells from 10 MM patients and 10 age/sex matched healthy donors (HD) that revealed important transcriptomic changes in NK cell landscape affecting both the bone marrow and peripheral blood compartment. The frequency of mature cytotoxic "CD56dim" NK cell subsets was reduced in MM patients at the advantage of late-stage NK cell subsets expressing NFB and IFN-I inflammatory signatures. These NK cell subsets accumulating in MM patients were characterized by a low CD16 and CD226 expression and poor cytotoxic functions. MM CD16/CD226Lo NK cells also had adhesion defects with reduced LFA-1 integrin activation and actin polymerization that may account for their limited effector functions in vitro. Finally, analysis of BM infiltrating NK cells in a retrospective cohort of 177 MM patients from the IFM 2009 trial demonstrated that a high frequency of NK cells and their low CD16 and CD226 expression were associated with a shorter overall survival. Thus, CD16/CD226Lo NK cells with reduced effector functions accumulate along MM development and negatively impact patients' clinical outcome. Given the growing interest in harnessing NK cells to treat myeloma, this improved knowledge around MM-associated NK cell dysfunction will stimulate the development of more efficient immunotherapeutic drugs against MM.

The exponential availability of omic data presents challenges in data manipulation, analysis, and integration. Addressing these challenges, Bioconductor offers an extensive community-driven data analysis platform, while R tidy programming offers a revolutionary standard for data organisation and manipulation. Bioconductor and tidy R have mostly remained independent; bridging them would streamline omic analysis and ease learning and cross-disciplinary collaborations. Here, we introduce the tidyomics software ecosystem that brings the R tidy toolkit to omic data analysis. We demonstrate its benefits by analysing 7.5 million PBMCs from the Human Cell Atlas, bridging six data frameworks and ten analysis tools.

ABSTRACT The promising results obtained with immunotherapeutic approaches for multiple myeloma (MM) call for a better stratification of patients based on immune components. The most pressing being cytotoxic lymphocytes such as Natural Killer (NK) cells that are mandatory for MM surveillance and therapy. In this study, we performed a single cell RNA sequencing analysis of NK cells from 10 MM patients and 10 age/sex matched healthy donors (HD) that revealed important transcriptomic changes in NK cell landscape affecting both the bone marrow and peripheral blood compartment. The frequency of mature cytotoxic “CD56 dim ” NK cell subsets was reduced in MM patients at the advantage of late-stage NK cell subsets expressing NFκB and IFN-I inflammatory signatures. These NK cell subsets accumulating in MM patients were characterized by a low CD16 and CD226 expression and poor cytotoxic functions. MM CD16/CD226 lo NK cells also had adhesion defects with reduced LFA-1 integrin activation and actin polymerization that may account for their limited effector functions in vitro . Finally, analysis of BM infiltrating NK cells in a retrospective cohort of 177 MM patients from the IFM 2009 trial demonstrated that a high frequency of NK cells and their low CD16 and CD226 expression were associated with a shorter overall survival. Thus, CD16/CD226 lo NK cells with reduced effector functions accumulate along MM development and negatively impact patients’ clinical outcome. Given the growing interest in harnessing NK cells to treat myeloma, this improved knowledge around MM-associated NK cell dysfunction will stimulate the development of more efficient immunotherapeutic drugs against MM. Scientific category: Lymphoid Neoplasia; Immunobiology and Immunotherapy. KEY POINTS MM patients have increased CD16/CD226 low NK cell subsets characterized by “inflammatory” signatures and reduced effector functions. The frequency of CD16/CD226 low NK cells correlate with MM patient clinical outcome

Abstract Understanding the relationship between tumor and peripheral immune environments could allow longitudinal immune monitoring in cancer. Here, we examined whether T cells that share the same TCRαβ and are found in both tumor and blood can be interrogated to gain insight into the ongoing tumor T cell response. Paired transcriptome and TCRαβ repertoire of circulating and tumor-infiltrating T cells were analyzed from matched tumor and blood from patients with metastatic melanoma at the single cell level. We found that in circulating T cells matching clonally expanded tumor-infiltrating T cells (circulating TILs), gene signatures of effector functions, but not terminal exhaustion, reflect those observed in the tumor. In contrast, features of exhaustion are displayed predominantly by T cells present only in tumor. Finally, genes associated with a high degree of blood-tumor TCR sharing were overexpressed in tumor tissue after immunotherapy. These data demonstrate that circulating TILs, identified by TCRs shared with T cells in tumors, have unique transcriptional expression patterns that may have utility for the interrogation of T cell function in cancer immunotherapy. Summary Combining transcriptomic and TCRαβ repertoire analysis of circulating and tumor-infiltrating CD8 T cells from patients with metastatic melanoma, we identify a blood-based population with effector properties that reflect those of clonally related tumor-resident T cells.