Michelle Kelliher, Bradley Bernstein and colleagues identify T cell acute lymphoblastic leukemia cells that are resistant to γ-secretase inhibitor treatment and characterize the epigenetic mechanism of resistance. The identification of activating NOTCH1 mutations in T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) led to clinical testing of γ-secretase inhibitors (GSIs) that prevent NOTCH1 activation1,2,3,4. However, responses to these inhibitors have been transient5, suggesting that resistance limits their clinical efficacy. Here we modeled T-ALL resistance, identifying GSI-tolerant 'persister' cells that expand in the absence of NOTCH1 signaling. Rare persisters are already present in naive T-ALL populations, and the reversibility of their phenotype suggests an epigenetic mechanism. Relative to GSI-sensitive cells, persister cells activate distinct signaling and transcriptional programs and exhibit chromatin compaction. A knockdown screen identified chromatin regulators essential for persister viability, including BRD4. BRD4 binds enhancers near critical T-ALL genes, including MYC and BCL2. The BRD4 inhibitor JQ1 downregulates expression of these targets and induces growth arrest and apoptosis in persister cells, at doses well tolerated by GSI-sensitive cells. Consistently, the GSI-JQ1 combination was found to be effective against primary human leukemias in vivo. Our findings establish a role for epigenetic heterogeneity in leukemia resistance that may be addressed by incorporating epigenetic modulators in combination therapy.

Summary Immunodeficient non-obese diabetic (NOD)-severe combined immune-deficient (scid) mice bearing a targeted mutation in the gene encoding the interleukin (IL)-2 receptor gamma chain gene (IL2rγnull) engraft readily with human peripheral blood mononuclear cells (PBMC). Here, we report a robust model of xenogeneic graft-versus-host-like disease (GVHD) based on intravenous injection of human PBMC into 2 Gy conditioned NOD-scid IL2rγnull mice. These mice develop xenogeneic GVHD consistently (100%) following injection of as few as 5 × 106 PBMC, regardless of the PBMC donor used. As in human disease, the development of xenogeneic GVHD is highly dependent on expression of host major histocompatibility complex class I and class II molecules and is associated with severely depressed haematopoiesis. Interrupting the tumour necrosis factor-α signalling cascade with etanercept, a therapeutic drug in clinical trials for the treatment of human GVHD, delays the onset and progression of disease. This model now provides the opportunity to investigate in vivo mechanisms of xenogeneic GVHD as well as to assess the efficacy of therapeutic agents rapidly.

Establishment of an in vivo small animal model of human tumor and human immune system interaction would enable preclinical investigations into the mechanisms underlying cancer immunotherapy. To this end, nonobese diabetic (NOD).Cg- PrkdcscidIL2rgtm1Wjl/Sz (null; NSG) mice were transplanted with human (h)CD34+ hematopoietic progenitor and stem cells, which leads to the development of human hematopoietic and immune systems [humanized NSG (HuNSG)]. HuNSG mice received human leukocyte antigen partially matched tumor implants from patient-derived xenografts [PDX; non-small cell lung cancer (NSCLC), sarcoma, bladder cancer, and triple-negative breast cancer (TNBC)] or from a TNBC cell line-derived xenograft (CDX). Tumor growth curves were similar in HuNSG compared with nonhuman immune-engrafted NSG mice. Treatment with pembrolizumab, which targets programmed cell death protein 1, produced significant growth inhibition in both CDX and PDX tumors in HuNSG but not in NSG mice. Finally, inhibition of tumor growth was dependent on hCD8+ T cells, as demonstrated by antibody-mediated depletion. Thus, tumor-bearing HuNSG mice may represent an important, new model for preclinical immunotherapy research.-Wang, M., Yao, L.-C., Cheng, M., Cai, D., Martinek, J., Pan, C.-X., Shi, W., Ma, A.-H., De Vere White, R. W., Airhart, S., Liu, E. T., Banchereau, J., Brehm, M. A., Greiner, D. L., Shultz, L. D., Palucka, K., Keck, J. G. Humanized mice in studying efficacy and mechanisms of PD-1-targeted cancer immunotherapy.

There is growing interest in using embryonic stem cell (ESC) and induced pluripotent stem cell (iPSC) derivatives for tissue regeneration. However, an increased understanding of human immune responses to stem cell-derived allografts is necessary for maintaining long-term graft persistence. To model this alloimmunity, humanized mice engrafted with human hematopoietic and immune cells could prove to be useful. In this study, an in-depth analysis of graft-infiltrating human lymphocytes and splenocytes revealed that humanized mice incompletely model human immune responses toward allogeneic stem cells and their derivatives. Furthermore, using an "allogenized" mouse model, we show the feasibility of reconstituting immunodeficient mice with a functional mouse immune system and describe a key role of innate immune cells in the rejection of mouse stem cell allografts.

Abstract The interrelatedness of human blood innate lymphoid cell (ILC) subsets, and how they are perturbed by HIV-1, remains unclear. Transcriptional and chromatin profiling separated blood ILCs into ILC2s, ILCPs, one cluster that included CD56 dim and CD56 − NK cells, and CD56 hi NK cells that have features of both CD56 dim/– NK cells and ILCs. In contrast to mice, human NK cells expressed tissue repair protein amphiregulin (AREG), with greater production by CD56 hi NK cells than by ILCs. AREG was induced by TCF7/WNT signaling, IL-2, or IL-15, but not by inflammatory cytokines, and was inhibited by TGFB1, a cytokine elevated in people living with HIV-1. NK cell knockout of the TGFB1-stimulated WNT antagonist RUNX3 increased AREG production. In people living with HIV-1, AREG + NK cell percentage correlated with numbers of ILCs and CD4 + T cells, and correlated inversely with inflammatory cytokine IL-6. RNA-Seq showed increased antiviral gene expression in all ILC subsets from people who were HIV-1 viremic, and increased expression of anti-inflammatory gene MYDGF in CD56 hi NK cells from elite controllers. Functionally-defective CD56 − NK cells were increased in people living with HIV-1 in inverse correlation with CD56 dim NK cells, ILCs, and CD4 + T cells. Experiments with human PBMCs ex vivo and in humanized mice revealed that CD4 + T cells and their production of IL-2 prevented CD56 dim transition to CD56 − NK cells by activating mTOR, and, in people living with HIV-1, plasma IL-2 correlated with CD4 + T cell number but not with CD8 + T cells. These studies clarify how ILC subsets are interrelated and provide insight into how HIV-1 infection disrupts NK cells, including homeostatic functions of NK cells discovered here. Graphical Abstract