Abstract Targeted therapy is effective in many tumor types including lung cancer, the leading cause of cancer mortality. Paradigm defining examples are targeted therapies directed against non-small cell lung cancer (NSCLC) subtypes with oncogenic alterations in EGFR, ALK and KRAS. The success of targeted therapy is limited by drug-tolerant tumor cells which withstand and adapt to treatment and comprise the residual disease state that is typical during treatment with clinical targeted therapies. Here, we integrate studies in patient-derived and immunocompetent lung cancer models and clinical specimens obtained from patients on targeted therapy to uncover a focal adhesion kinase (FAK)-YAP signaling axis that promotes residual disease during oncogenic EGFR-, ALK-, and KRAS-targeted therapies. FAK-YAP signaling inhibition combined with the primary targeted therapy suppressed residual drug-tolerant cells and enhanced tumor responses. This study unveils a FAK-YAP signaling module that promotes residual disease in lung cancer and mechanism-based therapeutic strategies to improve tumor response.

Objective: Single cell profiling of synovial tissue has previously identified gene signatures associated with rheumatoid arthritis (RA) pathophysiology, but synovial tissue is difficult to obtain. This study leverages single cell sequencing of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from patients with RA and matched healthy controls to identify disease relevant cell subsets and cell type specific signatures of disease. Methods: Single-cell RNA sequencing (scRNAseq) was performed on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from 18 RA patients and 18 matched controls, accounting for age, gender, race, and ethnicity). Samples were processed using standard CellRanger and Scanpy pipelines, pseudobulk differential gene expression analysis was performed using DESeq2, and cell-cell communication analysis using CellChat. Results: We identified 18 distinct PBMC subsets, including a novel IFITM3+ monocyte subset. CD4+ T effector memory cells were increased in patients with moderate to high disease activity (DAS28-CRP ≥ 3.2), while non-classical monocytes were decreased in patients with low disease activity or remission (DAS28-CRP < 3.2). Differential gene expression analysis identified RA-associated genes in IFITM3+ and non-classical monocyte subsets, and downregulation of pro-inflammatory genes in the Vδ subset. Additionally, we identified gene signatures associated with disease activity, characterized by upregulation of pro-inflammatory genes TNF, JUN, EGR1, IFIT2, MAFB, G0S2, and downregulation of HLA-DQB1, HLA-DRB5, TNFSF13B. Notably, cell-cell communication analysis revealed upregulation of immune-associated signaling pathways, including VISTA, in patients with RA. Conclusions: We provide a novel single-cell transcriptomics dataset of PBMCs from patients with RA, and identify insights into the systemic cellular and molecular mechanisms underlying RA disease activity.

The development of DNA-barcoded antibodies to tag cell-surface molecules has enabled the use of droplet-based single cell sequencing (dsc-seq) to profile the surface proteomes of cells. Compared to flow and mass cytometry, the major limitation of current dsc-seq-based workflows is the high cost associated with profiling each cell, thus precluding its use in applications where millions of cells are required. Here, we introduce SCITO-seq, a new workflow that combines combinatorial indexing and commercially available dsc-seq to enable cost-effective cell surface proteomic sequencing of greater than 105 cells per microfluidic reaction. We demonstrate SCITO-seq's feasibility and scalability by profiling mixed species cell lines and mixed human T and B lymphocytes. To further demonstrate its applicability, we show comparable cellular composition estimates in peripheral blood mononuclear cells obtained with SCITO-seq and mass cytometry. SCITO-seq can be extended to include simultaneous profiling of additional modalities such as transcripts and accessible chromatin or tracking of experimental perturbations such as genome edits or extracellular stimuli.

Summary When monocyte-derived macrophages are recruited to injured tissues, they can induce a maladaptive fibrotic response characterized by excessive production of fibrillar collagen from local fibroblasts. Macrophages initiate the fibrotic programming of fibroblasts via paracrine factors, but it is unclear if reciprocal responses from the fibroblasts trigger pro-fibrotic programming of macrophages to establish a collaborative feed-forward fibrotic circuit. We identify macrophage-fibroblast cross talk necessary for injury-associated fibrosis, in which macrophages induce interleukin 6 ( IL-6 ) expression in fibroblasts via purinergic receptor P2rx4 signaling and IL-6 induces arginase 1 ( Arg1 ) expression in macrophages. Surprisingly, Arg1 contributes to fibrotic responses by metabolizing arginine to ornithine, which fibroblasts use as a substrate to synthesize proline, a uniquely abundant constituent of fibrillar collagen. Taken together, we define a bidirectional circuit between macrophages and fibroblasts that facilitates cross-feeding metabolism necessary for injury-associated fibrosis.

ABSTRACT The latent reservoir is a main barrier for curing HIV. But because latently-infected cells cannot be phenotyped directly, the features of the in vivo reservoir have remained elusive. Here, we describe a method that leverages high-dimensional phenotyping using CyTOF to trace latently-infected cells reactivated ex vivo to their original pre-activation states. Our results suggest that contrary to common assumptions, the reservoir is not randomly distributed among cell subsets, and is remarkably conserved between individuals. However, reservoir composition differs between tissues and blood, as do cells successfully reactivated by different latency reversing agents. Most importantly, by selecting 8-10 of our 39 original CyTOF markers, we were able to isolate highly purified populations of unstimulated in vivo latent cells, thereby validating the PP-SLIDE approach for reservoir characterization. These purified populations were highly enriched for replication-competent and intact provirus, transcribed HIV, and displayed clonal expansion. The ability to isolate unstimulated latent cells from infected individuals enables previously impossible studies of HIV persistence.

ABSTRACT Background Glioblastoma (GBM) is refractory to checkpoint blockade immunotherapy (CPI). We sought to determine to what extent this immune evasion is due to intrinsic properties of the tumor cells versus the specialized immune context of the brain, and if it can be reversed. Methods We used CyTOF mass cytometry to compare the tumor immune microenvironments (TIME) of human tumors that are generally CPI-refractory (GBM and sarcoma) or CPI-responsive (renal cell carcinoma), as well as mouse models of GBM that are CPI-responsive (GL261) or CPI-refractory (SB28). We further compared SB28 tumors grown intracerebrally versus subcutaneously to determine how tumor site affects TIME and responsiveness to dual CTLA-4/PD-1 blockade. Informed by these data, we explored rational immunotherapeutic combinations. Results CPI-sensitivity in human and mouse tumors was associated with increased T cells and dendritic cells, and fewer myeloid cells, in particular PD-L1+ tumor associated macrophages. The SB28 mouse model of GBM responded to CPI when grown subcutaneously but not intracerebrally, providing a system to explore mechanisms underlying CPI resistance in GBM. The response to CPI in the subcutaneous SB28 model required CD4 T cells and NK cells, but not CD8 T cells. Recombinant FLT3L expanded dendritic cells, improved antigen-specific T cell priming, and prolonged survival of mice with intracerebral SB28 tumors, but at the cost of increased Tregs. Targeting PD-L1 also prolonged survival, especially when combined with stereotactic radiation. Conclusions Our data suggest that a major obstacle for effective immunotherapy of GBM is the low antigenicity of the tumor cells coupled with poor antigen presentation in the brain, rather than intrinsic immunosuppressive properties of GBM tumor cells. Deep immune profiling identified dendritic cells and PD-L1+ tumor-associated macrophages as promising targetable cell populations, which was confirmed using therapeutic interventions in vivo . Graphical Abstract In Brief In mice and humans, tumors that were sensitive to checkpoint blockade had consistent immunological features. A mouse model of glioma that is refractory to checkpoint blockade was sensitized by increasing antigen presentation through a variety of approaches.