The adoptive transfer of T lymphocytes reprogrammed to target tumour cells has demonstrated potential for treatment of various cancers1-7. However, little is known about the long-term potential and clonal stability of the infused cells. Here we studied long-lasting CD19-redirected chimeric antigen receptor (CAR) T cells in two patients with chronic lymphocytic leukaemia1-4 who achieved a complete remission in 2010. CAR T cells remained detectable more than ten years after infusion, with sustained remission in both patients. Notably, a highly activated CD4+ population emerged in both patients, dominating the CAR T cell population at the later time points. This transition was reflected in the stabilization of the clonal make-up of CAR T cells with a repertoire dominated by a small number of clones. Single-cell profiling demonstrated that these long-persisting CD4+ CAR T cells exhibited cytotoxic characteristics along with ongoing functional activation and proliferation. In addition, longitudinal profiling revealed a population of gamma delta CAR T cells that prominently expanded in one patient concomitant with CD8+ CAR T cells during the initial response phase. Our identification and characterization of these unexpected CAR T cell populations provide novel insight into the CAR T cell characteristics associated with anti-cancer response and long-term remission in leukaemia.

The Ser/Thr protein phosphatase 2A (PP2A) is a highly conserved collection of heterotrimeric holoenzymes responsible for the dephosphorylation of many regulated phosphoproteins. Substrate recognition and the integration of regulatory cues are mediated by B regulatory subunits that are complexed to the catalytic subunit (C) by a scaffold protein (A). PP2A/B55 substrate recruitment was thought to be mediated by charge-charge interactions between the surface of B55α and its substrates. Challenging this view, we recently discovered a conserved SLiM [ RK ]- V -x-x-[ VI ]- R in a range of proteins, including substrates such as the retinoblastoma-related protein p107 and TAU (Fowle et al. eLife 2021;10:e63181). Here we report the identification of this SLiM in FAM122A, an inhibitor of B55α/PP2A. This conserved SLiM is necessary for FAM122A binding to B55α in vitro and in cells. Computational structure prediction with AlphaFold2 predicts an interaction consistent with the mutational and biochemical data and supports a mechanism whereby FAM122A uses the ‘SLiM’ in the form of a short α-helix to dock to the B55α top groove. In this model, FAM122A spatially constrains substrate access by occluding the catalytic subunit with a second α-helix immediately adjacent to helix 1. Consistently, FAM122A functions as a competitive inhibitor as it prevents binding of substrates in in vitro competition assays and the dephosphorylation of CDK substrates by B55α/PP2A in cell lysates. Ablation of FAM122A in human cell lines reduces the rate of proliferation, progression through cell cycle transitions and abrogates G1/S and intra-S phase cell cycle checkpoints. FAM122A-KO in HEK293 cells results in attenuation of CHK1 and CHK2 activation in response to replication stress. Overall, these data strongly suggest that FAM122A is a ‘SLiM’-dependent, substrate-competitive inhibitor of B55α/PP2A that suppresses multiple functions of B55α in the DNA damage response and in timely progression through the cell cycle interphase.

Abstract Protein phosphorylation is a reversible post-translation modification essential in cell signaling. This study addresses a long-standing question as to how the most abundant serine/threonine Protein Phosphatase 2 (PP2A) holoenzyme, PP2A/B55α, specifically recognizes substrates and presents them to the enzyme active site. Here, we show how the PP2A regulatory subunit B55α recruits p107, a pRB-related tumor suppressor and B55α substrate. Using molecular and cellular approaches, we identified a conserved region 1 (R1, residues 615-626) encompassing the strongest p107 binding site. This enabled us to identify an “HxRVxxV 619-625 ” short linear motif (SLiM) in p107 as necessary for B55α binding and dephosphorylation of the proximal pSer-615 in vitro and in cells. Numerous B55α/PP2A substrates, including TAU, contain a related SLiM C-terminal from a proximal phosphosite, “ p [ ST ]- P- x(5-10)-[ RK ]- V -x-x-[ VI ]- R ”. Mutation of conserved SLiM residues in TAU dramatically inhibits dephosphorylation by PP2A/B55α, validating its generality. A data-guided computational model details the interaction of residues from the conserved p107 SLiM, the B55α groove, and phosphosite presentation. Altogether these data provide key insights into PP2A/B55α mechanisms of substrate recruitment and active site engagement, and also facilitate identification and validation of new substrates, a key step towards understanding PP2A/B55〈 role in multiple cellular processes.

Abstract Despite a high response rate in chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy for acute lymphocytic leukaemia (ALL) 1–3 , approximately 50% of patients relapse within the first year 4–6 , representing an urgent question to address in the next stage of cellular immunotherapy. Here, to investigate the molecular determinants of ultralong CAR T cell persistence, we obtained a single-cell multi-omics atlas from 695,819 pre-infusion CAR T cells at the basal level or after CAR-specific stimulation from 82 paediatric patients with ALL enrolled in the first two CAR T ALL clinical trials and 6 healthy donors. We identified that elevated type 2 functionality in CAR T infusion products is significantly associated with patients maintaining a median B cell aplasia duration of 8.4 years. Analysis of ligand–receptor interactions revealed that type 2 cells regulate a dysfunctional subset to maintain whole-population homeostasis, and the addition of IL-4 during antigen-specific activation alleviates CAR T cell dysfunction while enhancing fitness at both transcriptomic and epigenomic levels. Serial proteomic profiling of sera after treatment revealed a higher level of circulating type 2 cytokines in 5-year or 8-year relapse-free responders. In a leukaemic mouse model, type 2 high CAR T cell products demonstrated superior expansion and antitumour activity, particularly after leukaemia rechallenge. Restoring antitumour efficacy in type 2 low CAR T cells was attainable by enhancing their type 2 functionality, either through incorporating IL-4 into the manufacturing process or by priming manufactured CAR T products with IL-4 before infusion. Our findings provide insights into the mediators of durable CAR T therapy response and suggest potential therapeutic strategies to sustain long-term remission by boosting type 2 functionality in CAR T cells.