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.

Cancer cells are known to execute reprogramed metabolism of glucose, amino acids and lipids. Here, we report a significant role of cholesterol metabolism in cancer metastasis. By using label-free Raman spectromicroscopy, we found an aberrant accumulation of cholesteryl ester in human pancreatic cancer specimens and cell lines, mediated by acyl-CoA cholesterol acyltransferase-1 (ACAT-1) enzyme. Expression of ACAT-1 showed a correlation with poor patient survival. Abrogation of cholesterol esterification, either by an ACAT-1 inhibitor or by shRNA knockdown, significantly suppressed tumor growth and metastasis in an orthotopic mouse model of pancreatic cancer. Mechanically, ACAT-1 inhibition increased intracellular free cholesterol level, which was associated with elevated endoplasmic reticulum stress and caused apoptosis. Collectively, our results demonstrate a new strategy for treating metastatic pancreatic cancer by inhibiting cholesterol esterification.

The adoptive transfer of T lymphocytes reprogrammed to target tumor cells has demonstrated significant potential in various malignancies. However, little is known about the long-term potential and the clonal stability of the infused cells. Here, we studied the longest persisting CD19-redirected chimeric antigen receptor (CAR) T cells to date in two chronic lymphocytic leukemia (CLL) patients who achieved a complete remission in 2010. CAR T-cells were still detectable up to 10+ years post-infusion, with sustained remission in both patients. Surprisingly, a prominent, highly activated CD4 + population developed in both patients during the years post-infusion, dominating the CAR T-cell population at the late time points. This transition was reflected in the stabilization of the clonal make-up of CAR T-cells with a repertoire dominated by few clones. Single cell multi-omics profiling via Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by Sequencing (CITE-Seq) with TCR sequencing of CAR T-cells obtained 9.3 years post-infusion demonstrated that these long-persisting CD4 + CAR T-cells exhibited cytotoxic characteristics along with strong evidence of ongoing functional activation and proliferation. Our data provide novel insight into the CAR T-cell characteristics associated with long-term remission in leukemia.

Summary Pediatric high-grade glioma (pHGG) is an incurable central nervous system malignancy that is a leading cause of pediatric cancer death. While pHGG shares many similarities to adult glioma, it is increasingly recognized as a molecularly distinct, yet highly heterogeneous disease. In this study, we longitudinally profiled a molecularly diverse cohort of 16 pHGG patients before and after standard therapy through single-nucleus RNA and ATAC sequencing, whole-genome sequencing, and CODEX spatial proteomics to capture the evolution of the tumor microenvironment during progression following treatment. We found that the canonical neoplastic cell phenotypes of adult glioblastoma are insufficient to capture the range of tumor cell states in a pediatric cohort and observed differential tumor-myeloid interactions between malignant cell states. We identified key transcriptional regulators of pHGG cell states and did not observe the marked proneural to mesenchymal shift characteristic of adult glioblastoma. We showed that essential neuromodulators and the interferon response are upregulated post-therapy along with an increase in non-neoplastic oligodendrocytes. Through in vitro pharmacological perturbation, we demonstrated novel malignant cell-intrinsic targets. This multiomic atlas of longitudinal pHGG captures the key features of therapy response that support distinction from its adult counterpart and suggests therapeutic strategies which are targeted to pediatric gliomas.

Abstract The bone marrow is the organ responsible for blood production. Diverse non-hematopoietic cells contribute essentially to hematopoiesis. However, these cells and their spatial organization remain largely uncharacterized as they have been technically challenging to study in humans. Here, we used fresh femoral head samples and performed single-cell RNA sequencing (scRNA-Seq) to profile 29,325 enriched non-hematopoietic bone marrow cells and discover nine transcriptionally distinct subtypes. We next employed CO-detection by inDEXing (CODEX) multiplexed imaging of 18 individuals, including both healthy and acute myeloid leukemia (AML) samples, to spatially profile over one million single cells with a novel 53-antibody panel. We discovered a relatively hyperoxygenated arterio-endosteal niche for early myelopoiesis, and an adipocytic, but not endosteal or perivascular, niche for early hematopoietic stem and progenitor cells. We used our atlas to predict cell type labels in new bone marrow images and used these predictions to uncover mesenchymal stromal cell (MSC) expansion and leukemic blast/MSC-enriched spatial neighborhoods in AML patient samples. Our work represents the first comprehensive, spatially-resolved multiomic atlas of human bone marrow and will serve as a reference for future investigation of cellular interactions that drive hematopoiesis.