Glioblastoma multiforme (GBM) is an aggressive brain tumor for which current immunotherapy approaches have been unsuccessful. Here, we explore the mechanisms underlying immune evasion in GBM. By serially transplanting GBM stem cells (GSCs) into immunocompetent hosts, we uncover an acquired capability of GSCs to escape immune clearance by establishing an enhanced immunosuppressive tumor microenvironment. Mechanistically, this is not elicited via genetic selection of tumor subclones, but through an epigenetic immunoediting process wherein stable transcriptional and epigenetic changes in GSCs are enforced following immune attack. These changes launch a myeloid-affiliated transcriptional program, which leads to increased recruitment of tumor-associated macrophages. Furthermore, we identify similar epigenetic and transcriptional signatures in human mesenchymal subtype GSCs. We conclude that epigenetic immunoediting may drive an acquired immune evasion program in the most aggressive mesenchymal GBM subtype by reshaping the tumor immune microenvironment.

Summary Glioblastoma recurrence originates from invasive cells at the tumour margin that escape surgical debulking, but their biology remains poorly understood. Here we generated three somatic mouse models recapitulating the main glioblastoma driver mutations to characterise margin cells. We find that, regardless of genetics, tumours converge on a common set of neural- like cellular states. However, bulk and margin display distinct neurogenic patterns and immune microenvironments. The margin is immune-cold and preferentially follows developmental-like trajectories to produce astrocyte-like cells. In contrast, injury-like programmes dominate in the bulk, are associated with immune infiltration and generate lowly-proliferative injured neural progenitor-like (iNPCs) cells. In vivo label-retention approaches further demonstrate that iNPCs account for a significant proportion of dormant glioblastoma cells and are induced by interferon signalling within T-cell niches. These findings indicate that tumour region is a major determinant of glioblastoma cell fate and therapeutic vulnerabilities identified in bulk may not extend to the margin residuum.

Patient-derived xenograft (PDX) models are widely used in cancer research. To investigate the genomic fidelity of non-small cell lung cancer PDX models, we established 48 PDX models from 22 patients enrolled in the TRACERx study. Multi-region tumor sampling increased successful PDX engraftment and most models were histologically similar to their parent tumor. Whole-exome sequencing enabled comparison of tumors and PDX models and we provide an adapted mouse reference genome for improved removal of NOD scid gamma (NSG) mouse-derived reads from sequencing data. PDX model establishment caused a genomic bottleneck, with models often representing a single tumor subclone. While distinct tumor subclones were represented in independent models from the same tumor, individual PDX models did not fully recapitulate intratumor heterogeneity. On-going genomic evolution in mice contributed modestly to the genomic distance between tumors and PDX models. Our study highlights the importance of considering primary tumor heterogeneity when using PDX models and emphasizes the benefit of comprehensive tumor sampling.

Abstract Adoptive T cell therapy (ACT) has demonstrated remarkable efficacy in treating hematological cancers. However, its efficacy against solid tumors remains limited and the emergence of cancer cells that lose expression of targeted antigens often promotes resistance to ACT. Importantly, the mechanisms underlying effective and durable ACT-mediated tumor control are incompletely understood. Here, we show that adoptive transfer of TCR-transgenic CD8 + T cells eliminates established murine melanoma tumors, with concomitant accumulation of tumor-infiltrating CD8 + T cells exhibiting both progenitor-exhausted and terminally-differentiated phenotypes. Interestingly, host CD8 + T cells contributed to ACT-mediated elimination of primary tumors and rejected ACT-resistant melanoma cells lacking the targeted antigen. Mechanistically, ACT induced TNF-α- and cross-presenting dendritic cell-dependent tumor accumulation of endogenous CD8 + T cells and effective tumor elimination. Importantly, although lymphodepleting preconditioning enhanced ACT-mediated tumor elimination, it abrogated host antitumor immunity and protection against ACT-resistant melanoma cells. Enrichment of transcriptional signatures associated with TNF-α signaling, cross-presenting dendritic cells and tumor-specific CD8 + T cells in human melanoma tumors correlated with favorable responses to ACT and increased survival. Our findings reveal that long-term efficacy of ACT is determined by the interplay between transferred and endogenous CD8 + T cells and is undermined by lymphodepleting preconditioning, which ultimately favors ACT resistance.

Abstract Glioblastoma (GBM) is an aggressive brain tumor with a median overall survival (mOS) of 14 months. Treatment options are limited with no new approved therapies over the past 3 decades and no standard of care for a majority of patients (> 90%) who experience recurrence. GBM has a highly immune suppressive tumor microenvironment (TME) comprising of myeloid derived suppressor cells (MDSCs) and tumor associated macrophages (TAMs) that are capable of suppressing the activity of anti-cancer CD8+ T and NK cells. We have engineered highly selective IL-2 superkines (IL-2SK) that preferentially expand and activate CD8+ T and NK cells with limited effects on immune suppressive regulatory T cells (i.e., Tregs). MDNA11 is an IL-2SK -albumin fusion protein designed to increase half-life and promote tumor accumulation. MDNA223 is a bi-functional anti-PD1-IL-2SK designed to stimulate effector immune cells while preventing immune exhaustion. MDNA11 and MDNA223 extended survival of mice harboring orthotopic GBM tumors with accompanying increase in CD8+ T and NK cells within the TME. When patient-derived GBM tumor explants were treated with MDNA11 and MDNA223 ex vivo, there was clear evidence of activation among resident CD8+ T cells characterized by increased levels of intra-cellular Granzyme B responsible for tumor cell killing. There was also increased release of soluble Fas ligand and granulysin, consistent with an activated anti-tumor immune response within the TME. Ongoing studies include in depth immune profiling to further understand the mechanism of MDNA11 and MDNA223 in GBM as well as to test potential synergy with tumor targeting therapeutics and other treatment modalities capable of eliciting immunogenic cell death.