Abstract Tissue specimens taken from primary tumors or metastases contain important information for diagnosis and treat-ment of cancer patients. Multiplex imaging allows in situ visualization of heterogeneous cell populations, such as immune cells, in tissue samples. Most image processing pipelines first segment cell boundaries and then measure marker expression to assign cell phenotypes. In dense tissue environments, this segmentation-first approach can be inaccurate due to segmentation errors or overlapping cells. Here we introduce the machine learning pipeline “ImmuNet” that identifies positions and phenotypes of cells without segmenting them. ImmuNet is easy to train: human annotators only need to click on an immune cell and score its expression of each marker. This approach al-lowed us to annotate 34,458 cells. We show that ImmuNet consistently outperforms a state-of-the-art segmentation-based pipeline for multiplex immunohistochemistry analysis across tissue types, cell types and tissue densities, achieving error rates below 5-10% on challenging detection and phenotyping tasks. We externally validate Im-muNet results by comparing them to flow cytometric measurements from the same tissue. In summary, ImmuNet is an effective, simpler alternative to segmentation-based approaches when only cell positions and phenotypes, but not their shapes, are required for downstream analyses. Thus, ImmuNet helps researchers to analyze multiplex tissue images more easily and accurately.

Abstract Progression of epithelial cancers predominantly proceeds by collective invasion of cell groups with coordinated cell-cell junctions and multicellular cytoskeletal activity. Collectively invading breast cancer cells co-express adherens junctions and connexin-43 (Cx43) gap junctions in vitro and in patient samples, yet whether gap junctions contribute to collective invasion remains unclear. We here show that Cx43 is required for chemical coupling between collectively invading breast cancer cells and, by its hemichannel function, adenosine nucleotide release into the extracellular space. Using molecular interference and rescue strategies in vitro and in orthotopic mammary tumors in vivo , Cx43-dependent adenosine nucleotide release was identified as essential mediator engaging the nucleoside receptor ADORA1, to induce leader cell activity and collective migration. In clinical samples joint-upregulation of Cx43 and ADORA1 predicts decreased relapse-free survival. This identifies autocrine nucleotide signaling, through a Cx43/ADORA1 axis, as critical pathway in leader cell function and collective cancer cell invasion. Graphical abstract

Summary Extracellular Galectins constitute a novel mechanism of membrane protein organisation at the cell surface. Although Galectins are also highly expressed intracellularly, their cytosolic functions are poorly understood. Here, we investigated the role of Galectin-9 in dendritic cell (DC) surface organisation and function. By combining functional, super-resolution and atomic force microscopy experiments to analyse membrane stiffness, we identified intracellular Galectin-9 to be indispensable for plasma membrane integrity and structure in DCs. Galectin-9 knockdown studies revealed intracellular Galectin-9 to directly control cortical membrane structure via modulating Rac1 activity, providing the underlying mechanism of Galectin-9-dependent actin cytoskeleton organisation. Consequent to its role in maintaining plasma membrane structure, phagocytosis studies revealed that Galectin-9 was essential for C-type lectin receptor-mediated pathogen uptake by human DCs. This was confirmed by the impaired phagocytic capacity of Galectin-9-null murine DCs. Together, this study demonstrates a novel role for intracellular Galectin-9 in modulating DC function, which may be evolutionary conserved.

ABSTRACT Type 1 conventional dendritic cells (cDC1s) are characterized by their ability to induce potent CD8 + T cell responses. In efforts to generate novel vaccination strategies, notably against cancer, human cDC1s emerge as an ideal target to deliver antigens. cDC1s uniquely express XCR1, a seven transmembrane G protein-coupled receptor (GPCR). Due to its restricted expression and endocytic nature, XCR1 represents an attractive receptor to mediate antigen-delivery to human cDC1s. To explore tumor antigen delivery to human cDC1s, we used an engineered version of XCR1-binding lymphotactin (XCL1), XCL1(CC3). Site-specific sortase-mediated transpeptidation was performed to conjugate XCL1(CC3) to an analog of the HLA-A*02:01 epitope of the cancer testis antigen New York Esophageal Squamous Cell Carcinoma-1 (NY-ESO-1). While poor epitope solubility prevented isolation of stable XCL1-antigen conjugates, incorporation of a single polyethylene glycol (PEG) chain upstream of the epitope-containing peptide enabled generation of soluble XCL1(CC3)-antigen fusion constructs. Binding and chemotactic characteristics of the XCL1-antigen conjugate, as well as its ability to induce antigen-specific CD8 + T cell activation by cDC1s, was assessed. PEGylated XCL1(CC3)-antigen conjugates retained binding to XCR1, and induced cDC1 chemoattraction in vitro . The model epitope was efficiently cross-presented by human cDC1s to activate NY-ESO-1-specific CD8 + T cells. Importantly, vaccine activity was increased by targeting XCR1 at the surface of cDC1s. Our results present a novel strategy for the generation of targeted vaccines fused to insoluble antigens. Moreover, our data emphasize the potential of targeting XCR1 at the surface of primary human cDC1s to induce potent CD8 + T cell responses.