Cancer immunotherapy based on genetically redirecting T cells has been used successfully to treat B cell malignancies1–3. In this strategy, the T cell genome is modified by integration of viral vectors or transposons encoding chimaeric antigen receptors (CARs) that direct tumour cell killing. However, this approach is often limited by the extent of expansion and persistence of CAR T cells4,5. Here we report mechanistic insights from studies of a patient with chronic lymphocytic leukaemia treated with CAR T cells targeting the CD19 protein. Following infusion of CAR T cells, anti-tumour activity was evident in the peripheral blood, lymph nodes and bone marrow; this activity was accompanied by complete remission. Unexpectedly, at the peak of the response, 94% of CAR T cells originated from a single clone in which lentiviral vector-mediated insertion of the CAR transgene disrupted the methylcytosine dioxygenase TET2 gene. Further analysis revealed a hypomorphic mutation in this patient’s second TET2 allele. TET2-disrupted CAR T cells exhibited an epigenetic profile consistent with altered T cell differentiation and, at the peak of expansion, displayed a central memory phenotype. Experimental knockdown of TET2 recapitulated the potency-enhancing effect of TET2 dysfunction in this patient’s CAR T cells. These findings suggest that the progeny of a single CAR T cell induced leukaemia remission and that TET2 modification may be useful for improving immunotherapies. Genetically engineered T cells that induced remission in a patient with chronic lymphocytic leukaemia were found to have disruption of the TET2 gene, which caused T cell changes that potentiated their anti-tumour effects.

Degeneracy in the genetic code, which enables a single protein to be encoded by a multitude of synonymous gene sequences, has an important role in regulating protein expression, but substantial uncertainty exists concerning the details of this phenomenon. Here we analyse the sequence features influencing protein expression levels in 6,348 experiments using bacteriophage T7 polymerase to synthesize messenger RNA in Escherichia coli. Logistic regression yields a new codon-influence metric that correlates only weakly with genomic codon-usage frequency, but strongly with global physiological protein concentrations and also mRNA concentrations and lifetimes in vivo. Overall, the codon content influences protein expression more strongly than mRNA-folding parameters, although the latter dominate in the initial ~16 codons. Genes redesigned based on our analyses are transcribed with unaltered efficiency but translated with higher efficiency in vitro. The less efficiently translated native sequences show greatly reduced mRNA levels in vivo. Our results suggest that codon content modulates a kinetic competition between protein elongation and mRNA degradation that is a central feature of the physiology and also possibly the regulation of translation in E. coli.

Abstract Rapid whole genome sequencing of SARS-CoV-2 has presented the ability to detect new emerging variants of concern in near real time. Here we report the genome of a virus isolated in Pennsylvania in March 2021 that was identified as lineage B.1.1.7 (VOC-202012/01) that also harbors the E484K spike mutation, which has been shown to promote “escape” from neutralizing antibodies in vitro . We compare this sequence to the only 5 other B.1.1.7+E484K genomes from Pennsylvania, all of which were isolated in mid March. Beginning in February 2021, only a small number (n=60) of isolates with this profile have been detected in the US, and only a total of 253 have been reported globally (first in the UK in December 2020). Comparative genomics of all currently available high coverage B.1.1.7+E484K genomes (n=235) available on GISAID suggested the existence of 7 distinct groups or clonal complexes (CC; as defined by GNUVID) bearing the E484K mutation raising the possibility of 7 independent acquisitions of the E484K spike mutation in each background. Phylogenetic analysis suggested the presence of at least 3 distinct clades of B.1.1.7+E484K circulating in the US, with the Pennsylvanian isolates belonging to two distinct clades. Increased genomic surveillance will be crucial for detection of emerging variants of concern that can escape natural and vaccine induced immunity.

Abstract Clonal expansion of infected CD4 + T cells is a major mechanism of HIV-1 persistence and a barrier to cure. Potential causes are homeostatic proliferation, effects of HIV-1 integration, and interaction with antigens. Here we show that it is possible to link antigen responsiveness, full proviral sequence, integration site, and T cell receptor β-chain (TCRβ) sequence to examine the role of recurrent antigenic exposure in maintaining the HIV-1 reservoir. We isolated Cytomegalovirus (CMV)- and Gag-responding CD4 + T cells from 10 treated individuals. Proviral populations in CMV-responding cells were dominated by large clones, including clones harboring replication-competent proviruses. TCRβ repertoires showed high clonality driven by converging adaptive responses. Although some proviruses were in genes linked to HIV-1 persistence ( BACH2 , STAT5B, MKL1 ), proliferation of infected cells under antigenic stimulation occurred regardless of the site of integration. Paired TCRβ-integration site analysis showed that infection could occur early or late in the course of a clone’s response to antigen and could generate infected cell populations too large to be explained solely by homeostatic proliferation. Together these findings implicate antigen-driven clonal selection as a major factor in HIV-1 persistence, a finding that will be a difficult challenge to eradication efforts.

-Thalassemia (AT) is one of the most commonly occurring inherited hematological diseases. However, few treatments are available, and allogeneic bone marrow transplantation (BMT) is the only available therapeutic option for patients with severe AT. Research into AT has remained limited due to a lack of adult mouse models, with severe AT typically resulting in in utero lethality. By using a lipid nanoparticle (LNP) targeting the receptor CD117 and delivering a Cre mRNA (mRNACreLNPCD117), we were able to delete floxed -globin genes at high efficiency in hematopoietic stem cells (HSC) ex vivo. These cells were then engrafted in the absence or presence of a novel α-globin expressing lentiviral vector (ALS20I). Myeloablated mice transplanted with mRNACreLNPCD117-treated HSC showed a complete knockout of -globin genes. They demonstrated a phenotype characterized by the synthesis of hemoglobin H (-tetramers,  or HbH), aberrant erythropoiesis, and abnormal organ morphology, culminating in lethality approximately eight weeks following engraftment. Mice receiving mRNACreLNPCD117-treated HSC with at least one copy of ALS20I survived long-term with normalization of erythropoiesis, decreased the production of HbH, and ameliorated the abnormal organ morphology. Furthermore, we tested ALS20I in erythroid progenitors derived from -globin-KO CD34+ and cells isolated from patients with both deletional and non-deletional HbH disease, demonstrating improvement in -globin/-globin mRNA ratio and reduction in the formation of HbH by HPLC. Our results demonstrate the broad applicability of LNP for disease modeling, characterization of a novel severe mouse model of AT, and the efficacy of ALS20I for treating AT.