A carcinogen-induced mouse tumour model is used here to show that mutant tumour-specific antigens are targets for CD8+ T-cell responses, mediating tumour regression after checkpoint blockade immunotherapy, and that these antigens can be used effectively in therapeutic vaccines; this advance potentially opens the door to personalized cancer vaccines. In many individuals, immunosuppression is mediated by T-lymphocyte associated antigen-4 (CTLA-4) and programmed death-1 (PD-1), immunomodulatory receptors expressed on T cells. Matthew Gubin et al. use the MCA mouse sarcoma model to show that mutant tumour antigens serve as targets for CD8+ T-cell responses, mediating tumour regression after checkpoint blockade immunotherapy with anti-PD-1 and/or anti-CTLA-4. The authors demonstrate that these antigens can be used effectively in therapeutic vaccines, suggesting a possible route to personalized cancer vaccines. The immune system influences the fate of developing cancers by not only functioning as a tumour promoter that facilitates cellular transformation, promotes tumour growth and sculpts tumour cell immunogenicity1,2,3,4,5,6, but also as an extrinsic tumour suppressor that either destroys developing tumours or restrains their expansion1,2,7. Yet, clinically apparent cancers still arise in immunocompetent individuals in part as a consequence of cancer-induced immunosuppression. In many individuals, immunosuppression is mediated by cytotoxic T-lymphocyte associated antigen-4 (CTLA-4) and programmed death-1 (PD-1), two immunomodulatory receptors expressed on T cells8,9. Monoclonal-antibody-based therapies targeting CTLA-4 and/or PD-1 (checkpoint blockade) have yielded significant clinical benefits—including durable responses—to patients with different malignancies10,11,12,13. However, little is known about the identity of the tumour antigens that function as the targets of T cells activated by checkpoint blockade immunotherapy and whether these antigens can be used to generate vaccines that are highly tumour-specific. Here we use genomics and bioinformatics approaches to identify tumour-specific mutant proteins as a major class of T-cell rejection antigens following anti-PD-1 and/or anti-CTLA-4 therapy of mice bearing progressively growing sarcomas, and we show that therapeutic synthetic long-peptide vaccines incorporating these mutant epitopes induce tumour rejection comparably to checkpoint blockade immunotherapy. Although mutant tumour-antigen-specific T cells are present in progressively growing tumours, they are reactivated following treatment with anti-PD-1 and/or anti-CTLA-4 and display some overlapping but mostly treatment-specific transcriptional profiles, rendering them capable of mediating tumour rejection. These results reveal that tumour-specific mutant antigens are not only important targets of checkpoint blockade therapy, but they can also be used to develop personalized cancer-specific vaccines and to probe the mechanistic underpinnings of different checkpoint blockade treatments.

Abstract Mass spectrometry is the method of choice for deep and reliable exploration of the (human) proteome. Targeted mass spectrometry reliably detects and quantifies pre-determined sets of proteins in a complex biological matrix and is used in studies that rely on the quantitatively accurate and reproducible measurement of proteins across multiple samples. It requires the one-time, a priori generation of a specific measurement assay for each targeted protein. SWATH-MS is a mass spectrometric method that combines data-independent acquisition (DIA) and targeted data analysis and vastly extends the throughput of proteins that can be targeted in a sample compared to selected reaction monitoring (SRM). Here we present a compendium of highly specific assays covering more than 10,000 human proteins and enabling their targeted analysis in SWATH-MS datasets acquired from research or clinical specimens. This resource supports the confident detection and quantification of 50.9% of all human proteins annotated by UniProtKB/Swiss-Prot and is therefore expected to find wide application in basic and clinical research. Data are available via ProteomeXchange (PXD000953-954) and SWATHAtlas (SAL00016-35).

ABSTRACT Immunopeptidomics refers to the science of investigating the composition and dynamics of peptides presented by major histocompatibility complex (MHC) class I and class II molecules using mass spectrometry (MS). Here, we aim to provide a technical report to any non-expert in the field wishing to establish and/or optimize an immunopeptidomic workflow with relatively limited computational knowledge and resources. To this end, we thoroughly describe step-by-step instructions to isolate MHC class I and II-associated peptides from various biological sources, including mouse and human biospecimens. Most notably, we created MhcVizPipe (MVP) ( https://github.com/CaronLab/MhcVizPipe ), a new and easy-to-use open-source software tool to rapidly assess the quality and the specific enrichment of immunopeptidomic datasets upon the establishment of new workflows. In fact, MVP enables intuitive visualization of multiple immunopeptidomic datasets upon testing sample preparation protocols and new antibodies for the isolation of MHC class I and II peptides. In addition, MVP enables the identification of unexpected binding motifs and facilitates the analysis of non-canonical MHC peptides. We anticipate that the experimental and bioinformatic resources provided herein will represent a great starting point for any non-expert and will therefore foster the accessibility and expansion of the field to ultimately boost its maturity and impact.

ABSTRACT Cellular senescence is a stress response that activates innate immunity. However, the interplay between senescent cells and the adaptive immune system remains largely unexplored. Here, we show that senescent cells display enhanced MHC class I (MHC-I) antigen processing and presentation. Immunization of mice with senescent syngeneic fibroblasts generates CD8 T cells reactive against both normal and senescent fibroblasts, some of them targeting senescence-associated MHC-I-peptides. In the context of cancer, we demonstrate that senescent cancer cells trigger strong anti-tumor protection mediated by antigen-presenting cells and CD8 T cells. This response is superior to the protection elicited by cells undergoing immunogenic cell death. Finally, induction of senescence in patient-derived cancer cells exacerbates the activation of autologous tumor-reactive CD8 tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) with no effect on non-reactive TILs. Our study indicates that immunization with senescent cancer cells strongly activates anti-tumor immunity, and this can be exploited for cancer therapy. STATEMENT OF SIGNIFICANCE Our study shows that senescent cells are endowed with a high immunogenic potential, superior to the gold standard of immunogenic cell death. The induction of senescence in cancer cells can be exploited to develop efficient and protective CD8-dependent anti-tumor immune responses.

Abstract The genome of the Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the pathogen that causes coronavirus disease 2019 (COVID-19), has been sequenced at an unprecedented scale, leading to a tremendous amount of viral genome sequencing data. To understand the evolution of this virus in humans, and to assist in tracing infection pathways and designing preventive strategies, we present a set of computational tools that span phylogenomics, population genetics and machine learning approaches. To illustrate the utility of this toolbox, we detail an in depth analysis of the genetic diversity of SARS-CoV-2 in first year of the COVID-19 pandemic, using 329,854 high-quality consensus sequences published in the GISAID database during the pre-vaccination phase. We demonstrate that, compared to standard phylogenetic approaches, haplotype networks can be computed efficiently on much larger datasets, enabling real-time analyses. Furthermore, time series change of Tajima’s D provides a powerful metric of population expansion. Unsupervised learning techniques further highlight key steps in variant detection and facilitate the study of the role of this genomic variation in the context of SARS-CoV-2 infection, with Multiscale PHATE methodology identifying fine-scale structure in the SARS-CoV-2 genetic data that underlies the emergence of key lineages. The computational framework presented here is useful for real-time genomic surveillance of SARS-CoV-2 and could be applied to any pathogen that threatens the health of worldwide populations of humans and other organisms.

SUMMARY The rapid, global dispersion of SARS-CoV-2 since its initial identification in December 2019 has led to the emergence of a diverse range of variants. The initial concerns regarding the virus were quickly compounded with concerns relating to the impact of its mutated forms on viral infectivity, pathogenicity and immunogenicity. To address the latter, we seek to understand how the mutational landscape of SARS-CoV-2 has shaped HLA-restricted T cell immunity at the population level during the first year of the pandemic, before mass vaccination. We analyzed a total of 330,246 high quality SARS-CoV-2 genome assemblies sampled across 143 countries and all major continents. Strikingly, we found that specific mutational patterns in SARS-CoV-2 diversify T cell epitopes in an HLA supertype-dependent manner. In fact, we observed that proline residues are preferentially removed from the proteome of prevalent mutants, leading to a predicted global loss of SARS-CoV-2 T cell epitopes in individuals expressing HLA-B alleles of the B7 supertype family. In addition, we show that this predicted global loss of epitopes is largely driven by a dominant C-to-U mutation type at the RNA level. These results indicate that B7 supertype-associated epitopes, including the most immunodominant ones, were more likely to escape CD8+ T cell immunosurveillance during the first year of the pandemic. Together, our study lays the foundation to help understand how SARS-CoV-2 mutants shape the repertoire of T cell targets and T cell immunity across human populations. The proposed theoretical framework has implications in viral evolution, disease severity, vaccine resistance and herd immunity.

Abstract We present an integrated immunopeptidomics and proteomics study of SARS-Cov-2 infection to comprehensively decipher the changes in host cells in response to viral infection. Our results indicated that innate immune response in Calu-3 cells was initiated by TLR3, followed by activation of interferon signaling pathway. Host cells also present viral antigens to the cell surface through both Class I and Class II MHC system for recognition by adaptive immune system. SARS-Cov-2 infection led to the disruption of antigen presentation as demonstrated by higher level of HLA proteins from the flow-through of MHC immunoprecipitation. Glycosylation analysis of HLA proteins from the elution and flow-through of immunoprecipitation revealed that the synthesis and degradation of HLA protein was affected by SARS-Cov-2 infection. This study provided many useful information to study the host response to SARS-Cov-2 infection and would be helpful for the development of therapeutics and vaccine for Covid-19 and future pandemic.