Summary

 We comprehensively analyzed clinical, genomic, and transcriptomic data of a cohort of 465 primary triple-negative breast cancer (TNBC). PIK3CA mutations and copy-number gains of chromosome 22q11 were more frequent in our Chinese cohort than in The Cancer Genome Atlas. We classified TNBCs into four transcriptome-based subtypes: (1) luminal androgen receptor (LAR), (2) immunomodulatory, (3) basal-like immune-suppressed, and (4) mesenchymal-like. Putative therapeutic targets or biomarkers were identified among each subtype. Importantly, the LAR subtype showed more ERBB2 somatic mutations, infrequent mutational signature 3 and frequent CDKN2A loss. The comprehensive profile of TNBCs provided here will serve as a reference to further advance the understanding and precision treatment of TNBC.

A dysfunctional immune response in coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients is a recurrent theme impacting symptoms and mortality, yet a detailed understanding of pertinent immune cells is not complete. We applied single-cell RNA sequencing to 284 samples from 196 COVID-19 patients and controls and created a comprehensive immune landscape with 1.46 million cells. The large dataset enabled us to identify that different peripheral immune subtype changes are associated with distinct clinical features, including age, sex, severity, and disease stages of COVID-19. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) RNA was found in diverse epithelial and immune cell types, accompanied by dramatic transcriptomic changes within virus-positive cells. Systemic upregulation of S100A8/A9, mainly by megakaryocytes and monocytes in the peripheral blood, may contribute to the cytokine storms frequently observed in severe patients. Our data provide a rich resource for understanding the pathogenesis of and developing effective therapeutic strategies for COVID-19.

In coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, the relationship between disease severity and the host immune response is not fully understood. Here we performed single-cell RNA sequencing in peripheral blood samples of 5 healthy donors and 13 patients with COVID-19, including moderate, severe and convalescent cases. Through determining the transcriptional profiles of immune cells, coupled with assembled T cell receptor and B cell receptor sequences, we analyzed the functional properties of immune cells. Most cell types in patients with COVID-19 showed a strong interferon-α response and an overall acute inflammatory response. Moreover, intensive expansion of highly cytotoxic effector T cell subsets, such as CD4+ effector-GNLY (granulysin), CD8+ effector-GNLY and NKT CD160, was associated with convalescence in moderate patients. In severe patients, the immune landscape featured a deranged interferon response, profound immune exhaustion with skewed T cell receptor repertoire and broad T cell expansion. These findings illustrate the dynamic nature of immune responses during disease progression.

Experimental and computational analyses identify multiple cell populations during the epithelial-to-mesenchymal transition.

Significance In a few milliliters of blood from a cancer patient, one can isolate a few circulating tumor cells (CTCs). Originating from the primary tumor, CTCs seed metastases, which account for the majority of cancer-related deaths. We demonstrate the analyses of the whole genome of single CTCs, which are highly needed for personalized treatment. We discovered that copy number variations (CNVs), one of the major genomic variations, are specific to cancer types, reproducible from cell to cell, and even from patient to patient. We hypothesize that CNVs at certain genomic loci are selected for and lead to metastasis. Our work shows the prospect of noninvasive CTC-based cancer diagnostics.

Natural variations in gene expression provide a mechanism for multiple phenotypes to arise in an isogenic bacterial population. In particular, a sub-group termed persisters show high tolerance to antibiotics. Previously, their formation has been attributed to cell dormancy. Here we demonstrate that bacterial persisters, under β-lactam antibiotic treatment, show less cytoplasmic drug accumulation as a result of enhanced efflux activity. Consistently, a number of multi-drug efflux genes, particularly the central component TolC, show higher expression in persisters. Time-lapse imaging and mutagenesis studies further establish a positive correlation between tolC expression and bacterial persistence. The key role of efflux systems, among multiple biological pathways involved in persister formation, indicates that persisters implement a positive defense against antibiotics prior to a passive defense via dormancy. Finally, efflux inhibitors and antibiotics together effectively attenuate persister formation, suggesting a combination strategy to target drug tolerance.

Abstract Liver metastasis, the leading cause of colorectal cancer mortality, exhibits a highly heterogeneous and suppressive immune microenvironment. Here, we sequenced 97 matched samples by using single-cell RNA sequencing and spatial transcriptomics. Strikingly, the metastatic microenvironment underwent remarkable spatial reprogramming of immunosuppressive cells such as MRC1+ CCL18+ M2-like macrophages. We further developed scMetabolism, a computational pipeline for quantifying single-cell metabolism, and observed that those macrophages harbored enhanced metabolic activity. Interestingly, neoadjuvant chemotherapy could block this status and restore the antitumor immune balance in responsive patients, whereas the nonresponsive patients deteriorated into a more suppressive one. Our work described the immune evolution of metastasis and uncovered the black box of how tumors respond to neoadjuvant chemotherapy. Significance: We present a single-cell and spatial atlas of colorectal liver metastasis and found the highly metabolically activated MRC1+ CCL18+ M2-like macrophages in metastatic sites. Efficient neoadjuvant chemotherapy can slow down such metabolic activation, raising the possibility to target metabolism pathways in metastasis. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1