Abstract The profiles, specificity and dynamics of tumor-specific clonotypes that are associated with clinical response to adoptive cell therapy (ACT) using tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) remain unclear. Using single-cell RNA/TCR-sequencing, we tracked TIL clonotypes from baseline tumors to ACT products and post-ACT blood and tumor samples in melanoma patients treated with TIL-ACT. Patients with clinical responses had baseline tumors enriched in tumor-reactive TILs, which were more effectively mobilized upon in vitro expansion, yielding products with higher numbers of tumor-specific CD8 + cells, which also preferentially infiltrated tumors post-ACT. Conversely, lack of clinical responses was associated with tumors devoid of tumor-reactive resident clonotypes, and with cell products mostly composed of blood-borne clonotypes mainly persisting in blood but not in tumors post-ACT. Upon expansion, tumor-specific TILs lost the specific signatures of states originally exhibited in tumors, including exhaustion, and in responders acquired an intermediate exhausted effector state after tumor engraftment, revealing important functional cell reinvigoration.

Abstract Adoptive cell therapy (ACT) using ex vivo expanded tumor-infiltrating T lymphocytes (TILs) can mediate responses in metastatic melanoma, but long-term efficacy remains limited to a fraction of patients. Here we interrogated tumor-microenvironment (TME) cellular states and interactions of longitudinal samples from 13 metastatic melanoma patients treated with TIL-ACT in our clinical study ( NCT03475134 ). We performed single-cell RNA-seq and spatial proteomic analyses in pre- and post-ACT tumor tissues and showed that responders exhibited higher tumor cell-intrinsic immunogenicity. Also, endogenous CD8 + TILs and myeloid cells of responders were characterized by increased cytotoxicity, exhaustion and costimulation and type-I IFN signaling, respectively. Cell-cell interaction prediction analyses corroborated by spatial neighborhood analyses revealed that responders have rich baseline intratumoral and stromal tumor-reactive T-cell networks with activated myeloid populations. Successful TIL-ACT therapy further reprogrammed the myeloid compartment and increased TIL-myeloid networks. Our systematic target discovery study reveals CD8 + T-cell network-based biomarkers that could improve patient selection and guide the design of ACT clinical trials. One-Sentence Summary Response to adoptive TIL therapy in melanoma is determined by CD8 + TIL-myeloid cell networks

Abstract Persistent exposure to antigen during chronic infection or cancer renders T cells dysfunctional. The molecular mechanisms regulating this state of exhaustion are thought to be common in infection and cancer, despite obvious differences in their microenvironments. We discovered that NFAT5, an NFAT family member lacking an AP-1 docking site, is highly expressed in exhausted T cells from murine and human tumors and is a central player in tumor-induced exhaustion. While NFAT5 overexpression reduced tumor control, NFAT5 deletion improved tumor control by promoting the accumulation of tumor-specific CD8+ T cells that expressed less TOX and PD-1 and produced more cytokines particularly among precursor exhausted cells. Conversely, NFAT5 had no effect on chronic infection-induced T cell exhaustion. Mechanistically we found that TCR triggering induced NFAT5 expression and that hyperosmolarity stimulated transcriptional activity of NFAT5. We propose that NFAT5 takes over NFAT1/2 to promote exhaustion specifically in tumor-infiltrating CD8+ T cells.

Abstract CD8 + T cells play a critical role in cancer control but a range of barriers in the tumor microenvironment, including low pH, can impair their function. Here, we demonstrate that acidity dampens T-cell expansion mainly due to impaired IL-2 responsiveness, blunts cytokine secretion upon re-activation, and lowers the cytolytic capacity of CD8 + T cells expressing weak affinity TCR. We further reveal and dissect defects in both mTORC1 activity and c-Myc accumulation at low pH, the latter of which is largely due to proteasome-mediated degradation. In addition, lower intracellular levels of glutamine, glutamate and aspartate as well as elevated proline were noted, with no apparent impact on mTORC1 or c-Myc. Overall, low pH disrupts diverse intracellular signaling pathways as well as nutrient uptake/processing by T cells and we conclude that unless intracellular pH can be restored, multiple interventions will be required to overcome acidity-induced dysfunction.

In molecular and cell biology, most of the data presented in published papers are not available in accessible formats that would allow for analysis and systematic mining. Here we present SourceData (http://sourcedata.embo.org), a platform that allows researchers and publishers to share scientific figures and, when available, the underlying source data in a way that is machine-readable and findable. SourceData has therefore developed tools to generate machine-readable descriptive metadata from figures in published manuscripts. Experimentally tested hypotheses are represented as directed relationships between standardized biological entities, which can be connected into a searchable data-oriented ′knowledge graph′. SourceData focuses on the core of scientific evidence - data presented in figures - and makes papers searchable based on their data content. By coupling data availability to improved discoverability, SourceData aims at establishing a self-reinforcing data ′ecosystem′ that bridges the conventional visual and narrative description of research findings with a machine-readable representation of data and hypotheses.

Summary Interleukin-2 receptor (IL-2R)-mediated intracellular signaling is a key regulator of T-cell fate decisions. While the potent signals generated by IL-2 engagement execute effector differentiation, elevated metabolic activities and rapid cellular expansion, IL-15 binding induces a stemness/memory phenotype and a quiescent metabolic state. Here, we demonstrate that weak but sustained signaling generated by a non-IL-2R α -binding variant of IL-2 (IL-2v) drive proliferation/metabolic and stemness transcriptional programs, thereby reprogramming CD8 + T cells into a hybrid ‘metabolically active stem-like state’. We further show that IL-2v-induced T cells are capable of superior engraftment, persistence, and tumor control when utilized in adoptive cell therapy. Taken together, our study highlights the ability to fine-tune cytokine engagement of cognate receptors in order to generate therapeutically relevant T-cell states and further reveals the metabolic plasticity of the T-cell memory program.