High mutational load gets a response Cancers harbor many genetic mutations. Defects in DNA mismatch repair prevent tumors from repairing certain types of DNA damage and lead to a hypermutable genomic state known as microsatellite instability (MSI). Some tumors with a high degree of MSI may be treatable with PD-1 (programmed cell death–1) immunotherapy, but patient response is highly variable. Mandal et al. studied drivers of differential response to immunotherapy in these patients and found that MSI intensity and insertion-deletion mutations strongly affected therapeutic outcome. Science , this issue p. 485

Infection is restrained by the concerted activation of tissue-resident and circulating immune cells. Whether tissue-resident lymphocytes confer early antiviral immunity at local sites of primary infection prior to the initiation of circulating responses is not well understood. Furthermore, the kinetics of initial antiviral responses at sites of infection remain unclear. Here, we show that tissue-resident type 1 innate lymphoid cells (ILC1) serve an essential early role in host immunity through rapid production of interferon (IFN)-γ following viral infection. Ablation of Zfp683-dependent liver ILC1 lead to increased viral load in the presence of intact adaptive and innate immune cells critical for mouse cytomegalovirus (MCMV) clearance. Swift production of interleukin (IL)-12 by tissue-resident XCR1+ conventional dendritic cells (cDC1) promoted ILC1 production of IFN-γ in a STAT4-dependent manner to limit early viral burden. Thus, ILC1 contribute an essential role in viral immunosurveillance at sites of initial infection in response to local cDC1-derived proinflammatory cytokines.

Anti-tumor immunity is driven by self versus non-self discrimination. Many immunotherapeutic approaches to cancer have taken advantage of tumor neoantigens derived from somatic mutations. Here, we demonstrate that gene fusions are a source of immunogenic neoantigens that can mediate responses to immunotherapy. We identified an exceptional responder with metastatic head and neck cancer who experienced a complete response to immune checkpoint inhibitor therapy, despite a low mutational load and minimal pre-treatment immune infiltration in the tumor. Using whole-genome sequencing and RNA sequencing, we identified a novel gene fusion and demonstrated that it produces a neoantigen that can specifically elicit a host cytotoxic T cell response. In a cohort of head and neck tumors with low mutation burden, minimal immune infiltration and prevalent gene fusions, we also identified gene fusion-derived neoantigens that generate cytotoxic T cell responses. Finally, analyzing additional datasets of fusion-positive cancers, including checkpoint-inhibitor-treated tumors, we found evidence of immune surveillance resulting in negative selective pressure against gene fusion-derived neoantigens. These findings highlight an important class of tumor-specific antigens and have implications for targeting gene fusion events in cancers that would otherwise be less poised for response to immunotherapy, including cancers with low mutational load and minimal immune infiltration.

Clear cell renal cell carcinomas (ccRCCs) are highly immune infiltrated, but the effect of immune heterogeneity on clinical outcome in ccRCC has not been fully characterized. Here we perform paired single-cell RNA (scRNA) and T cell receptor (TCR) sequencing of 167,283 cells from multiple tumor regions, lymph node, normal kidney, and peripheral blood of two immune checkpoint blockade (ICB)-naïve and four ICB-treated patients to map the ccRCC immune landscape. We detect extensive heterogeneity within and between patients, with enrichment of CD8A+ tissue-resident T cells in a patient responsive to ICB and tumor-associated macrophages (TAMs) in a resistant patient. A TCR trajectory framework suggests distinct T cell differentiation pathways between patients responding and resistant to ICB. Finally, scRNA-derived signatures of tissue-resident T cells and TAMs are associated with response to ICB and targeted therapies across multiple independent cohorts. Our study establishes a multimodal interrogation of the cellular programs underlying therapeutic efficacy in ccRCC.

Functional diversity of the highly polymorphic human leukocyte antigen class I (HLA-I) genes underlies successful immunologic control of both infectious disease and cancer. The divergent allele advantage hypothesis dictates that an HLA-I genotype with two alleles with sequences that are more divergent enables presentation of more diverse immunopeptidomes1–3. However, the effect of sequence divergence between HLA-I alleles—a quantifiable measure of HLA-I evolution—on the efficacy of immune checkpoint inhibitor (ICI) treatment for cancer remains unknown. In the present study the germline HLA-I evolutionary divergence (HED) of patients with cancer treated with ICIs was determined by quantifying the physiochemical sequence divergence between HLA-I alleles of each patient’s genotype. HED was a strong determinant of survival after treatment with ICIs. Even among patients fully heterozygous at HLA-I, patients with an HED in the upper quartile respond better to ICIs than patients with a low HED. Furthermore, HED strongly impacts the diversity of tumor, viral and self-immunopeptidomes and intratumoral T cell receptor clonality. Similar to tumor mutation burden, HED is a fundamental metric of diversity at the major histocompatibility complex–peptide complex, which dictates ICI efficacy. The data link divergent HLA allele advantage to immunotherapy efficacy and unveil how ICI response relies on the evolved efficiency of HLA-mediated immunity. The degree of sequence divergence between patient MHC class I alleles influences the response to immune checkpoint blockade therapy independently of tumor mutational burden.

Innate lymphocytes are integral components of the cellular immune system that can coordinate host defense against a multitude of challenges and trigger immunopathology when dysregulated. Natural killer (NK) cells and innate lymphoid cells (ILCs) are innate immune effectors postulated to functionally mirror conventional cytotoxic T lymphocytes and helper T cells, respectively. Here, we showed that the cytolytic molecule granzyme C was expressed in cells with the phenotype of type 1 ILCs (ILC1s) in mouse liver and salivary gland. Cell fate-mapping and transfer studies revealed that granzyme C-expressing innate lymphocytes could be derived from ILC progenitors and did not interconvert with NK cells, ILC2s, or ILC3s. Granzyme C defined a maturation state of ILC1s. These granzyme C-expressing ILC1s required the transcription factors T-bet and, to a lesser extent, Eomes and support from transforming growth factor-β (TGF-β) signaling for their maintenance in the salivary gland. In a transgenic mouse breast cancer model, depleting ILC1s caused accelerated tumor growth. ILC1s gained granzyme C expression following interleukin-15 (IL-15) stimulation, which enabled perforin-mediated cytotoxicity. Constitutive activation of STAT5, a transcription factor regulated by IL-15, in granzyme C-expressing ILC1s triggered lethal perforin-dependent autoimmunity in neonatal mice. Thus, granzyme C marks a cytotoxic effector state of ILC1s, broadening their function beyond "helper-like" lymphocytes.

Abstract Regulatory T (Treg) cells represent a specialized CD4 + T cell lineage with essential anti-inflammatory functions. Recent studies of the adaptations of Treg cells to non-lymphoid tissues which enable their specialized immunosuppressive and tissue supportive functions raise questions about the underlying mechanisms of these adaptations and whether they represent stable differentiation or reversible activation states. Using novel genetic tools, we characterized the transcriptional programs of distinct colonic effector Treg cell types. We found that attenuated T cell receptor (TCR) signaling and acquisition of substantial TCR independent functionality appears to facilitate the terminal differentiation of a population of colonic effector Treg cells distinguished by stable expression of immunomodulatory cytokine interleukin-10 (IL-10). Functional studies revealed that this subset of effector Treg cells, but not their expression of IL-10, was indispensable for colonic health. These findings suggest core features of terminal differentiation of effector Treg cells in non-lymphoid tissues and their function therein.

Abstract Mucosal-associated invariant T (MAIT) cells are innate-like lymphocytes that recognize microbial vitamin B metabolites and have emerging roles in infectious disease, autoimmunity, and cancer. Although MAIT cells are identified by a semi-invariant T cell receptor, their phenotypic and functional heterogeneity is not well understood. Here we present an integrated single cell transcriptomic analysis of over 76,000 human MAIT cells during acute and chronic antigen-specific activation with the MR1 ligand 5-OP-RU and non-specific TCR stimulation. We show that MAIT cells span a broad range of homeostatic, effector, helper, tissue-infiltrating, regulatory, and exhausted phenotypes, with distinct gene expression programs associated with CD4 + or CD8 + co-expression. During acute activation, MAIT cells rapidly adopt a cytotoxic phenotype characterized by high expression of GZMB , IFNG and TNF . In contrast, chronic stimulation induces heterogeneous states defined by proliferation, cytotoxicity, immune modulation, and exhaustion. These scRNAseq-defined MAIT cell subtypes were also detected in individuals recently exposed to Mycobacterium tuberculosis infection, confirming their presence during human infection. Our study provides the first comprehensive atlas of human MAIT cells in activation conditions and defines substantial functional heterogeneity, suggesting complex roles in health and disease.

Abstract Polymorphism in the human leukocyte antigen class I (HLA-I) and class II (HLA-II) genes is strongly implicated in susceptibility to immune-mediated diseases. However, the molecular effects of HLA genetic variation, including and beyond antigen presentation, remain unclear. Here we examined the effect of HLA genetic variation on the expression of 2940 plasma proteins using imputed HLA variants in 45,330 Europeans in the UK Biobank. We detected 504 proteins (17.1% of all proteins tested) affected by HLA genetic variation (HLA-pQTL), including widespread trans regulation of protein expression by autoimmune disease risk alleles. HLA-pQTL were enriched in gene families related to antigen presentation (e.g. B2M), T cell fate (CD8A; CD4), chemokines (CCL19; CCL21), and NK and macrophage receptors (KIR; LILRA/B), suggesting that HLA polymorphism affects both adaptive and innate immunity. HLA-pQTL also affected expression of diverse proteins with unclear roles in the immune response (e.g. SFTPD, LRPAP1, ENPP6, NPTX1), as well as drug targets for immune-mediated diseases, suggesting complex regulatory roles of the HLA loci. Among trans HLA-pQTL, HLA variants explained 0.1-42.9% of the protein expression variance. Fine-mapping revealed that most HLA-pQTL implicated amino acid positions within the peptide binding groove, suggesting that trans regulation of plasma protein expression by the HLA loci is primarily a consequence of antigen presentation. We also show that HLA-I and II uniquely affect different proteins and biological mechanisms. Altogether, our data reveal the effects of HLA genetic variation on protein expression and aid the interpretation of associations between HLA alleles and immune-mediated diseases.

Chagas disease is a major cardiovascular affliction primarily endemic to Latin American countries, affecting some ten to twelve million people worldwide. The currently available drugs, Benznidazole and Nifurtimox, are ineffective in the chronic stages and induce severe side effects. In an attempt to improve this situation we use an in silico drug repurposing strategy to correlate drug-protein interactions with positive clinical outcomes. The strategy involves a protein functional site similarity search, along with computational docking studies and, given the findings, a phosphatidylinositol (PIP) strip test to determine the activity of Posaconazole, a recently developed antifungal triazole, in conjunction with Tiam1, a Rho GTPase Guanine Nucleotide Exchange Factor. The results from both computational and in vitro studies indicate possible inhibition of phosphoinositides via Posaconazole, preventing Rho GTPase-induced proliferation of T. cruzi, the etiological agent of Chagas Disease.