ABSTRACT Understanding the cellular mechanisms of novel immunotherapy agents in the human tumor microenvironment ( TME ) is critical to their clinical success. We examined GITR and TIGIT immunotherapy in gastric and colon cancer patients using ex vivo slice tumor slice cultures derived from cancer surgical resections. This primary culture system maintains the original TME in a near-native state. We applied paired single-cell RNA and TCR sequencing to identify cell type specific transcriptional reprogramming. The GITR agonist was limited to increasing effector gene expression only in cytotoxic CD8 T cells. The TIGIT antagonist increased TCR signaling and activated both cytotoxic and dysfunctional CD8 T cells, including clonotypes indicative of potential tumor antigen reactivity. The TIGIT antagonist also activated T follicular helper-like cells and dendritic cells, and reduced markers of immunosuppression in regulatory T cells. Overall, we identified cellular mechanisms of action of these two immunotherapy targets in the patients’ TME.

ABSTRACT In this proof-of-concept study, we developed a single cell method that identifies somatic alterations found in coding regions of mRNAs and integrates these mutation genotypes with their matching cell transcriptomes. We used nanopore adaptive sampling on single cell cDNA libraries, generated long read sequences from target gene transcripts and identified coding variants among individual cells. Short-read single cell transcriptomes characterized the cell types with mutations. We delineated CRISPR edits from a cancer cell line. From primary cancer samples, we targeted hundreds of cancer genes, identified somatic coding mutations and a gene rearrangement among individual tumor cells.

ABSTRACT Appendiceal mucinous neoplasms (AMN) are rare tumors of the gastrointestinal tract. They metastasize with widespread abdominal dissemination leading to pseudomyxoma peritonei (PMP) , a disease with poor prognosis. The cellular features of origin, differentiation and progression in AMN and PMP remain largely unknown. We characterized the distinct cell states of AMN and PMP using single-cell RNA-sequencing in 31 samples including AMNs, PMP metastases and matched normal tissues. We identified previously undescribed cellular features and heterogeneity in AMN and PMP. We discovered developmental cell states in tumor epithelial cells that ranged from progenitor phase to goblet cell differentiation, which was accompanied by elevated mucin gene expression. Metastatic PMP cells had a distinct cell state with increased mTOR and RAS signaling pathways and a series of upregulated cancer genes. We observed heterogeneity in a single PMP tumor as well as PMP metastases from the same patient. We validated our findings with immunohistochemistry, mass spectrometry on malignant ascites from PMP patients and gene expression data from an independent set of 63 PMPs.