Single-cell transcriptomics reveals gene expression heterogeneity but suffers from stochastic dropout and characteristic bimodal expression distributions in which expression is either strongly non-zero or non-detectable. We propose a two-part, generalized linear model for such bimodal data that parameterizes both of these features. We argue that the cellular detection rate, the fraction of genes expressed in a cell, should be adjusted for as a source of nuisance variation. Our model provides gene set enrichment analysis tailored to single-cell data. It provides insights into how networks of co-expressed genes evolve across an experimental treatment. MAST is available at https://github.com/RGLab/MAST .

CTLA-4 and PD-1 are receptors that negatively regulate T-cell activation. Ligation of both CTLA-4 and PD-1 blocked CD3/CD28-mediated upregulation of glucose metabolism and Akt activity, but each accomplished this regulation using separate mechanisms. CTLA-4-mediated inhibition of Akt phosphorylation is sensitive to okadaic acid, providing direct evidence that PP2A plays a prominent role in mediating CTLA-4 suppression of T-cell activation. In contrast, PD-1 signaling inhibits Akt phosphorylation by preventing CD28-mediated activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K). The ability of PD-1 to suppress PI3K/AKT activation was dependent upon the immunoreceptor tyrosine-based switch motif located in its cytoplasmic tail, adding further importance to this domain in mediating PD-1 signal transduction. Lastly, PD-1 ligation is more effective in suppressing CD3/CD28-induced changes in the T-cell transcriptional profile, suggesting that differential regulation of PI3K activation by PD-1 and CTLA-4 ligation results in distinct cellular phenotypes. Together, these data suggest that CTLA-4 and PD-1 inhibit T-cell activation through distinct and potentially synergistic mechanisms.

Functional interactions between T and B lymphocytes are necessary for optimal activation of an immune response. Recently, the T lymphocyte receptor CD28 was shown to bind the B7 counter-receptor on activated B lymphocytes, and subsequently to costimulate interleukin 2 production and T cell proliferation. CTLA-4 is a predicted membrane receptor from cytotoxic T cells that is homologous to CD28 and whose gene maps to the same chromosomal band as the gene for CD28. It is not known, however, if CD28 and CTLA-4 also share functional properties. To investigate functional properties of CTLA-4, we have produced a soluble genetic fusion between the extracellular domain of CTLA-4 and an immunoglobulin C gamma chain. Here, we show that the fusion protein encoded by this construct, CTLA4Ig, bound specifically to B7-transfected Chinese hamster ovary cells and to lymphoblastoid cells. CTLA4Ig also immunoprecipitated B7 from cell surface 125I-labeled extracts of these cells. The avidity of 125I-labeled B7Ig fusion protein for immobilized CTLA4Ig was estimated (Kd approximately 12 nM). Finally, we show that CTLA4Ig was a potent inhibitor of in vitro immune responses dependent upon cellular interactions between T and B lymphocytes. These findings provide direct evidence that, like its structural homologue CD28, CTLA-4 is able to bind the B7 counter-receptor on activated B cells. Lymphocyte interactions involving the B7 counter-receptor are functionally important for alloantigen responses in vitro.