γ-Retroviral vectors (γRVs), which are commonly used in gene therapy, can trigger oncogenesis by insertional mutagenesis. Here, we have dissected the contribution of vector design and viral integration site selection (ISS) to oncogenesis using an in vivo genotoxicity assay based on transplantation of vector-transduced tumor-prone mouse hematopoietic stem/progenitor cells. By swapping genetic elements between γRV and lentiviral vectors (LVs), we have demonstrated that transcriptionally active long terminal repeats (LTRs) are major determinants of genotoxicity even when reconstituted in LVs and that self-inactivating (SIN) LTRs enhance the safety of γRVs. By comparing the genotoxicity of vectors with matched active LTRs, we were able to determine that substantially greater LV integration loads are required to approach the same oncogenic risk as γRVs. This difference in facilitating oncogenesis is likely to be explained by the observed preferential targeting of cancer genes by γRVs. This integration-site bias was intrinsic to γRVs, as it was also observed for SIN γRVs that lacked genotoxicity in our model. Our findings strongly support the use of SIN viral vector platforms and show that ISS can substantially modulate genotoxicity.

HMG1 (high mobility group 1) is a ubiquitous and abundant chromatin component. However, HMG1 can be secreted by activated macrophages and monocytes, and can act as a mediator of inflammation and endotoxic lethality. Here we document a role of extracellular HMG1 in cell migration. HMG1 (and its individual DNA-binding domains) stimulated migration of rat smooth muscle cells in chemotaxis, chemokinesis, and wound healing assays. HMG1 induced rapid and transient changes of cell shape, and actin cytoskeleton reorganization leading to an elongated polarized morphology typical of motile cells. These effects were inhibited by antibodies directed against the receptor of advanced glycation endproducts, indicating that the receptor of advanced glycation endproducts is the receptor mediating the HMG1-dependent migratory responses. Pertussis toxin and the mitogen-activated protein kinase kinase inhibitor PD98059 also blocked HMG1-induced rat smooth muscle cell migration, suggesting that a Gi/o protein and mitogen-activated protein kinases are required for the HMG1 signaling pathway. We also show that HMG1 can be released by damage or necrosis of a variety of cell types, including endothelial cells. Thus, HMG1 has all the hallmarks of a molecule that can promote atherosclerosis and restenosis after vascular damage.

Immunotherapy with chimeric antigen receptor (CAR)–engineered T cells showed exceptional successes in patients with refractory B cell malignancies. However, first-in-human studies in solid tumors revealed unique hurdles contributing to poor demonstration of efficacy. Understanding the determinants of tumor recognition by CAR T cells should translate into the design of strategies that can overcome resistance. Here, we show that multiple carcinomas express extracellular N-glycans, whose abundance negatively correlates with CAR T cell killing. By knocking out mannoside acetyl-glucosaminyltransferase 5 (MGAT5) in pancreatic adenocarcinoma (PAC), we showed that N-glycans protect tumors from CAR T cell killing by interfering with proper immunological synapse formation and reducing transcriptional activation, cytokine production, and cytotoxicity. To overcome this barrier, we exploited the high metabolic demand of tumors to safely inhibit N-glycans synthesis with the glucose/mannose analog 2-deoxy-d-glucose (2DG). Treatment with 2DG disrupts the N-glycan cover on tumor cells and results in enhanced CAR T cell activity in different xenograft mouse models of PAC. Moreover, 2DG treatment interferes with the PD-1–PD-L1 axis and results in a reduced exhaustion profile of tumor-infiltrating CAR T cells in vivo. The combined 2DG and CAR T cell therapy was successful against multiple carcinomas besides PAC, including those arising from the lung, ovary, and bladder, and with different clinically relevant CAR specificities, such as CD44v6 and CEA. Overall, our results indicate that tumor N-glycosylation regulates the quality and magnitude of CAR T cell responses, paving the way for the rational design of improved therapies against solid malignancies.

Abstract Pulmonary infections caused by Mycobacterium abscessus (MA) have increased over recent decades affecting individuals with underlying pathologies such as chronic obstructive pulmonary disease, bronchiectasis and, especially, cystic fibrosis. The lack of a representative and standardized model of chronic infection in mice has limited steps forward in the field of MA pulmonary infection. To overcome this challenge we refined the method of agar beads to establish MA chronic infection in immunocompetent mice. We evaluated bacterial count, lung pathology and markers of inflammation and we performed longitudinal studies with magnetic resonance imaging (MRI) up to three months after MA infection. In this model, MA was able to establish a persistent lung infection up to two months and with minimal systemic spread. Lung histopathological analysis revealed granulomatous inflammation around bronchi characterized by the presence of neutrophils, lymphocytes and aggregates of vacuolated foamy cells, mimicking the damage observed in humans. Furthermore, MA lung lesions were successfully monitored for the first time by MRI. The availability of this murine model and the introduction of the successfully longitudinal monitoring of the murine lung lesions with MRI pave the way for further investigations on the impact of MA pathogenesis and the efficacy of novel treatments.

Abstract The vasodilator neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP) plays both detrimental and protective roles in different pathologies. CGRP is also an essential component of the neuro-immune dialogue between nociceptors and mucosal immune cells. We previously reported that CGRP strongly inhibits human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection, by suprresing Langerhans cells (LCs)-mediated HIV-1 transfer to T-cells during trans-infection. To understand the requirements for CGRP receptor (CGRP-R) activation during inhibition of HIV-1 transmission, we here investigated the anti-HIV-1 activities of full-length native CGRP and its recently developed stable analogue SAX, as well as several CGRP peptide fragments containing its binding C-terminal and activating N-terminal regions. We show that SAX significantly inhibits LCs-mediated HIV-1 trans-infection but with lower potency than CGRP, while all CGRP peptide fragments tested have no effect. In addition, CGRP readily enters the epithelial compartment of mucosal tissues and does not modify the distribution and density of mucosal immune cells. In-vivo , a single CGRP treatment in humanized mice, before vaginal challenge with high-dose HIV-1, restricts the increase in plasma viral load and maintains higher CD4+ T-cell counts. Together, our results call for the optimization and design of CGRP analogues and agonists, which could be harnessed for prevention of mucosal HIV-1 transmission.

Abstract While asymptomatic smoldering multiple myeloma (SMM) holds an overall risk of progression to multiple myeloma (MM) at 10% per year, only active surveillance is offered to most patients affected by SMM, which leaves them in anxiety and frustration. Intestinal microbiota and gut-born T helper 17 (Th17) lymphocytes may act as drivers of MM evolution. In transgenic Vk*MYC mice developing de novo MM, which invariably evolves from Early-MM that mimics SMM to full-blown Late-MM, we investigated the impact of gut microbiota modulation on disease progression and susceptibility to immune checkpoint blockade (ICB). We report that administering the human commensal Prevotella melaninogenica to mice affected by Early-MM significantly delayed evolution to Late-MM. Mechanistically, treatment with P. melaninogenica induced increased production of short chain fatty acids. Butyrate prevented skew of dendritic cells towards a pro-Th17 phenotype and treated mice accumulated less disease induced Th17 cells in their bone marrow. P. melaninogenica also synergized with anti-PD-L1 antibodies by restraining Th17 cell expansion while unleashing ICB-induced full effector CD8 + T cells, eventually blocking progression to full-blown disease. Similar results were obtained in mice challenged with bortezomib-resistant Vk*MYC tumor cells, a model of more aggressive MM. When mice were exposed to imiquimod to mimic ICB-associated psoriasis-like lesions, P. melaninogenica ameliorated skin lesions caused by ICB. Thus, modulation of the gut microbiota with P. melaninogenica might represent a treatment for patients affected by SMM and would allow fully exploiting the antitumor potential of ICB in plasma cell dyscrasias. Key points Administration of the human commensal Prevotella melaninogenica to Vk*MYC mice delayed evolution to symptomatic multiple myeloma; P. melaninogenica therapeutically synergized with PD-1/PD-L1 blockade also limiting immune-related adverse events.

Globoid Cell Leukodystrophy (GLD, or Krabbe disease) is a rare lysosomal storage disease caused by inherited deficiency of beta-galactocerebrosidase (GALC). The build-up of psychosine and other undegraded galactosylsphingolipids in the nervous system causes serious demyelination and neurodegeneration. The molecular mechanisms of GLD are poorly elucidated in neural cells and whether murine systems faithfully recapitulate critical aspects of the human disease is still to be defined. Here, we established a collection of GLD patient-specific induced pluripotent stem cell (iPSC) lines. We differentiated iPSCs from two patients (bearing different disease-causing mutations) into neural progenitors cells (NPCs) and their neuronal/glial progeny, assessing the impact of GALC deficiency and lentiviral vector-mediated GALC rescue/overexpression by means of phenotypic, biochemical, molecular, and lipidomic analysis. We show a progressive increase of psychosine during the differentiation of GLD NPCs to neurons and glia. We report an early and persistent impairment of glial and neuronal differentiation in GLD cultures, with peculiar differences observed in the two GLD lines. GLD cells display a global unbalance of lipid composition during the iPSC to neural differentiation and early activation of cellular senescence, depending on the disease-causing mutation. Restoration of GALC activity normalizes the primary pathological hallmarks and partially rescues the differentiation program of GLD NPCs. Our results show that multiple mechanisms besides psychosine toxicity concur to CNS pathology in GLD and highlight the need of a timely regulated GALC expression for proper lineage commitment and differentiation of human NPCs. These findings have important implications for establishing tailored cell/gene therapy strategies to enhance disease correction in GLD.

Abstract Mutations of Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator ( CFTR ) lead to Cystic Fibrosis (CF), but the substantial phenotypic variations are determined by non- CFTR allelic diversity. To map novel disease phenotypes in a CF mouse model, we used Collaborative Cross (CC) mice, a highly genetically diverse mouse resource population. ΔF508-Cftr homozygosity produced a fully penetrant lethal phenotype by eight weeks in two CC lines. The lethality of CC006 ΔF508/ΔF508 was fully prenatal while CC037 ΔF508/ΔF508 showed either prenatal or postnatal lethality. Novel phenotypes of CC037 ΔF508/ΔF508 were revealed early in life including respiratory and systemic inflammatory profiles, and blood, bone marrow, pancreas, heart, and reproductive tract pathologies. Severe intestinal blockage was observed as common in other CF mouse models. These results suggest that the exploration of CF disease phenotypes in a mouse population with diverse genetic profiles is needed to map the genetic origin of currently unidentified disease traits and their potential translation to humans.