SUMMARY Immunotherapy is becoming a mainstay in the treatment of NSCLC. While tumor mutational burden (TMB) has been shown to correlate with response to immunotherapy, little is known about the relation of the baseline immune response with the tumor genotype. Here, we profiled 35 early stage NSCLC lesions using multiscale single cell sequencing. Unsupervised clustering identified in a subset of patients a key cellular module consisting of PDCD1+ CXCL13 + activated T cells, IgG+ plasma cells, and SPP1 + macrophages, referred to as the lung cancer activation module (LCAM hi ). Transcriptional data from two NSCLC cohorts confirmed a subset of patients with LCAM hi enrichment, which was independent of overall immune cell content. The LCAM hi module strongly correlated with TMB, expression of cancer testis antigens, and with TP53 mutations in smokers and non-smokers. These data establish LCAM as a key mode of immune cell activation associated with high tumor antigen load and driver mutations.

Abstract A damaging inflammatory response is strongly implicated in the pathogenesis of severe COVID-19 but mechanisms contributing to this response are unclear. In two prospective cohorts, early non-neutralizing, afucosylated, anti-SARS-CoV-2 IgG predicted progression from mild, to more severe COVID-19. In contrast to the antibody structures that predicted disease progression, antibodies that were elicited by mRNA SARS-CoV-2 vaccines were low in Fc afucosylation and enriched in sialylation, both modifications that reduce the inflammatory potential of IgG. To study the biology afucosylated IgG immune complexes, we developed an in vivo model which revealed that human IgG-FcγR interactions can regulate inflammation in the lung. Afucosylated IgG immune complexes induced inflammatory cytokine production and robust infiltration of the lung by immune cells. By contrast, vaccine elicited IgG did not promote an inflammatory lung response. Here, we show that IgG-FcγR interactions can regulate inflammation in the lung and define distinct lung activities associated with the IgG that predict severe COVID-19 and protection against SARS-CoV-2. One Sentence Summary Divergent early antibody responses predict COVID-19 disease trajectory and mRNA vaccine response and are functionally distinct in vivo .

SUMMARY It is currently accepted that activated cancer-associated fibroblasts (CAF) participate in T cell exclusion from tumor nests, but it remains unclear how they promote barrier phenotypes, and whether specific subsets are involved. Here, using single-cell RNA sequencing coupled with multiplex imaging on a large cohort of lung tumors, we identify four main CAF populations, of which only two are associated with T cell exclusion: (i) MYH11 + αSMA + CAF, which are present in early-stage tumors and form a single-cell layer lining cancer aggregates, and (ii) FAP + αSMA + CAF, which appear in more advanced tumors and organize in patches within the stroma or in multiple layers around tumor nests. Both CAF populations show a contractility phenotype together with dense and aligned matrix fiber deposition compared to the T cell-permissive CAF. Yet they express distinct matrix genes, including COL4A1/COL9A1 (MYH11 + αSMA + CAF) and COL11A1/COL12A1 (FAP + αSMA + CAF). Hereby, we uncovered unique molecular programs of CAF driving T cell marginalization, whose targeting should increase immunotherapy efficacy in patients bearing T cell-excluded tumors. SIGNIFICANCE The cellular and molecular programs driving T cell marginalization in solid tumors remain unclear. Here, we describe two CAF populations associated with T cell exclusion in human lung tumors. We demonstrate the importance of pairing molecular and spatial analysis of the tumor microenvironment, a prerequisite to develop new strategies targeting T cell-excluding CAF.

Older patients have similar immune checkpoint inhibitor efficacy and rates of adverse events as younger patients, but appear to have decreased tolerability, particularly in the oldest patient cohort (>80 years), often leading to early cessation of therapy. We aimed to determine whether early discontinuation impacts efficacy of anti-PD-1 therapy in patients ≥80 years old. In this retrospective, multicenter, international cohort study, we examined 773 patients with 4 tumor types who were at least 80 years old and treated with anti-PD-1 therapy. We determined response rate, overall survival (OS), and progression-free survival (PFS) in patients who discontinued therapy early (<12 months) for reasons other than progression or death. We used descriptive statistics for demographics, response, and toxicity rates. Survival statistics were described using Kaplan Meier curves. Median (range) age at anti-PD-1 initiation was 83.0 (75.8-97.0) years. The cancer types included were melanoma (n = 286), non-small cell lung cancer (NSCLC) (n = 345), urothelial cell carcinoma (UCC) (n = 108), and renal cell carcinoma (RCC) (n = 34). Of these, 102 met the primary endpoint of <12 months to discontinuation for reasons other than death or progression. Median PFS and OS, respectively, for these patients were 34.4 months and 46.6 months for melanoma, 15.8 months and 23.4 months for NSCLC, and 10.4 months and 15.8 months for UCC. This study suggests geriatric patients who have demonstrated therapeutic benefit and discontinued anti-PD-1 therapy at less than 12 months of duration for reasons other than progression may have durable clinical benefit without additional therapy.

ABSTRACT Immunotherapies have shown great promise in pleural mesothelioma (PM), yet most patients still do not achieve significant clinical response, highlighting the importance of improving understanding of the tumor microenvironment (TME). Here, we utilized high-throughput, single-cell RNA-sequencing to de novo identify 54 expression programs and construct a comprehensive cellular catalogue of the PM TME. We found four cancer-intrinsic programs associated with poor disease outcome and a novel fetal-like, endothelial cell population that likely responds to VEGF signaling and promotes angiogenesis. Throughout cellular compartments, we observe substantial difference in the TME associated with a cancer-intrinsic sarcomatoid signature, including enrichment in fetal-like endothelial cells, CXCL9+ macrophages, cytotoxic, exhausted, and regulatory T cells, which we validated using imaging and bulk deconvolution analyses on two independent cohorts. Finally, we show, both computationally and experimentally, that NKG2A-HLA-E interaction between NK and tumor cells represents an important new therapeutic axis in PM, especially for epithelioid cases. Statement of Significance This manuscript presents the first single-cell RNA-sequencing atlas of pleural mesothelioma (PM) tumor microenvironment. Findings of translational relevance, validated experimentally and using independent bulk cohorts, include identification of gene programs predictive of survival, a fetal-like endothelial cell population, and NKG2A blockade as a promising new immunotherapeutic intervention in PM.

ABSTRACT Here, we leveraged a large neoadjuvant PD-1 blockade trial in patients with hepatocellular carcinoma (HCC) to search for correlates of response to immune checkpoint blockade (ICB) within T cell-rich tumors. We show that ICB response correlated with the clonal expansion of intratumoral CXCL13 + CH25H + IL-21 + PD-1 + CD4 T helper cells (CXCL13 + Th) and Granzyme K + PD-1 + effector-like CD8 T cells, whereas terminally exhausted CD39 hi TOX hi PD-1 hi CD8 T cells dominated in non-responders. Strikingly, most T cell receptor (TCR) clones that expanded post-treatment were found in pre-treatment biopsies. Notably, PD-1 + TCF-1 + progenitor-like CD8 T cells were present in tumors of responders and non-responders and shared clones mainly with effector-like cells in responders or terminally differentiated cells in non-responders, suggesting that local CD8 T cell differentiation occurs upon ICB. We found that these progenitor CD8 T cells interact with CXCL13 + Th cells within cellular triads around dendritic cells enriched in maturation and regulatory molecules, or “mregDC”. Receptor-ligand analysis revealed unique interactions within these triads that may promote the differentiation of progenitor CD8 T cells into effector-like cells upon ICB. These results suggest that discrete intratumoral niches that include mregDC and CXCL13 + Th cells control the differentiation of tumor-specific progenitor CD8 T cell clones in patients treated with ICB.

Summary We previously found that uptake of cellular debris prompts conventional dendritic cells (cDCs) to undergo maturation. This transformation results in DCs entering the molecular state termed ‘mregDC’. In this state, mregDCs dampen their ability to acquire new antigens, upregulate chemokine receptors to migrate to lymphoid organs, and upregulate MHC-I and -II, co-stimulatory, and -inhibitory molecules to promote the differentiation of antigen-specific T cells. Here, we show that cholesterol mobilization – through both de novo synthesis and the acquisition of the metabolite during debris uptake – drives cDCs to mature into mregDCs. This cholesterol is used to assemble lipid nanodomains on the plasma membrane of mregDCs to support cell surface expression of maturation markers. This process is dependent on both de novo synthesis and Niemann-Pick disease type C1 (NPC1), which shuttles cholesterol from the endolysosomal pathway. Specifically, NPC1 mediated the accumulation of IFN-ɣ receptor (IFNɣR) in cell surface lipid nanodomains, enabling optimal IFNɣR signaling required for IL-12 production and efficient T cell activation. Importantly, we also show that the receptor tyrosine kinase AXL constitutively dampens the cholesterol-dependent construction of lipid nanodomains on mregDCs; its deletion from cDCs enhance mregDC immunogenicity and yielded potent anti-tumor immunity in an experimental model of lung cancer. Altogether, our findings present novel insights into the mobilization of cholesterol for proper immune receptor signaling as a basis for cDC maturation and the novel role of AXL as a central regulator of this process that can be therapeutically targeted to leverage the immunostimulatory features of mregDCs.