The memory CD8

Abstract Cell therapies have yielded durable clinical benefits for patients with cancer, but the risks associated with the development of therapies from manipulated human cells are still being understood. For example, we currently lack a comprehensive understanding of the mechanisms of neurotoxicity observed in patients receiving T cell therapies, including recent reports of encephalitis caused by human herpesvirus 6 (HHV-6) reactivation 1 . Here, via petabase-scale viral RNA data mining, we examine the landscape of human latent viral reactivation and demonstrate that HHV-6B can become reactivated in human CD4+ T cells in standard in vitro cultures. Using single-cell sequencing, we identify a rare population of HHV-6 ‘super-expressors’ (~1 in 300-10,000 cells) that possess high viral transcriptional activity in chimeric antigen receptor (CAR) T cell culture before spreading to infect other cells in vitro . Through the analysis of single-cell sequencing data from patients receiving cell therapy products that are FDA-approved 2 or used in clinical studies 3,4 , we identify the presence of CAR+, HHV-6 super-expressor T cells in vivo . Together, our study implicates cell therapy products as a source of lytic HHV-6 reported in clinical trials 1,5–7 and has broad implications for the design, production, and monitoring of cell therapies.

Summary Paragraph Somatic variation contributes to biological heterogeneity by modulating cellular proclivity to differentiate, expand, adapt, or die. While large-scale sequencing efforts have revealed the foundational role of somatic variants to drive human tumor evolution, our understanding of the contribution of mutations to modulate cellular fitness in non-malignant contexts remains understudied. Here, we identify a mosaic synonymous variant (m.7076A>G) in the mitochondrial DNA (mtDNA) encoded cytochrome c-oxidase subunit 1 gene ( MT-CO1 , p.Gly391=), which was present at homoplasmy in 47% of immune cells from a healthy donor. Using single-cell multi-omics, we discover highly specific selection against the m.7076G mutant allele in the CD8 + effector memory T cell compartment in vivo , reminiscent of selection observed for pathogenic mtDNA alleles 1, 2 and indicative of lineage-specific metabolic requirements. While the wildtype m.7076A allele is translated via Watson-Crick-Franklin base-pairing, the anticodon diversity of the mitochondrial transfer RNA pool is limited, requiring wobble-dependent translation of the m.7076G mutant allele. Notably, mitochondrial ribosome profiling revealed altered codon-anticodon affinity at the wobble position as evidenced by stalled translation of the synonymous m.7076G mutant allele encoding for glycine. Generalizing this observation, we provide a new ontogeny of the 8,482 synonymous variants in the human mitochondrial genome that enables interpretation of functional mtDNA variation. Specifically, via inter- and intra-species evolutionary analyses, population-level complex trait associations, and the occurrence of germline and somatic mtDNA mutations from large-scale sequencing studies, we demonstrate that synonymous variation impacting codon:anticodon affinity is actively evolving across the entire mitochondrial genome and has broad functional and phenotypic effects. In summary, our results introduce a new ontogeny for mitochondrial genetic variation and support a model where organismal principles can be discerned from somatic evolution via single-cell genomics.

Abstract Cells experience intrinsic and extrinsic pressures that affect their proclivity to expand and persist in vivo . In congenital disorders caused by loss-of-function mutations in mitochondrial DNA (mtDNA), metabolic vulnerabilities may result in cell-type specific phenotypes and depletion of pathogenic alleles, contributing to purifying selection. However, the impact of pathogenic mtDNA mutations on the cellular hematopoietic landscape is not well understood. Here, we establish a multi-omics approach to quantify deletions in mtDNA alongside cell state features in single cells derived from Pearson syndrome patients. We resolve the interdependence between pathogenic mtDNA and lineage, including purifying selection against deletions in effector/memory CD8 T-cell populations and recent thymic emigrants and dynamics in other hematopoietic populations. Our mapping of lineage-specific purifying selection dynamics in primary cells from patients carrying pathogenic heteroplasmy provides a new perspective on recurrent clinical phenotypes in mitochondrial disorders, including cancer and infection, with potential broader relevance to age-related immune dysfunction.

Decreased intra-tumor heterogeneity (ITH) correlates with increased patient survival and immunotherapy response. However, even highly homogenous tumors may display variability in their aggressiveness, and how immunologic-factors impinge on their aggressiveness remains understudied. Here we studied the mechanisms responsible for the immune-escape of murine tumors with low ITH. We compared the temporal growth of homogeneous, genetically-similar single-cell clones that are rejected vs. those that are not-rejected after transplantation in-vivo using single-cell RNA sequencing and immunophenotyping. Non-rejected clones showed high infiltration of tumor-associated-macrophages (TAMs), lower T-cell infiltration, and increased T-cell exhaustion compared to rejected clones. Comparative analysis of rejection-associated gene expression programs, combined with in-vivo CRISPR knockout screens of candidate mediators, identified Mif (macrophage migration inhibitory factor) as a regulator of immune rejection. Mif knockout led to smaller tumors and reversed non-rejection-associated immune composition, particularly, leading to the reduction of immunosuppressive macrophage infiltration. Finally, we validated these results in melanoma patient data.

Abstract The Autoimmune Regulator ( Aire ) gene, well defined for its role in medullary thymic epithelial cells (mTECs) and immune self-tolerance, is also expressed in extrathymic Aire -expressing cells (eTACs) in the secondary lymphoid organs. eTACs have been shown to be hematopoietic antigen presenting cells (APCs) and potent inducers of immune tolerance (1–3). However, the precise identity and function of these cells remain unclear. Here, we use high-dimensional single-cell multiomics and functional approaches to define eTACs at the transcriptional, genomic, and proteomic level. We find that eTACs consist of two similar cell types: CCR7+ Aire-expressing migratory dendritic cells (AmDCs) and a unique Aire-hi population co-expressing Aire and RAR-related orphan receptor gamma-t (RORγt). The latter, which have significant transcriptional and genomic homology to migratory dendritic cells (migDCs) and mTECs, we term Janus cells (JCs). All eTACs, and JCs in particular, have a highly accessible chromatin structure and high levels of broad gene expression, including tissue-specific antigens, as well as remarkable transcriptional and genomic homology to thymic medullary epithelium. As in the thymus, Aire expression in eTACs is also dependent on RANK-RANK-ligand interactions. Furthermore, lineage-tracing shows that JCs are not precursors to the majority of AmDCs. Finally, self-antigen expression by eTACs is sufficient to mediate negative selection of T cells escaping thymic selection and can prevent autoimmune diabetes in non-obese diabetic mice. This transcriptional, genomic, and functional symmetry between a hematopoietic Aire-expressing population in the periphery and an epithelial Aire-expressing population in the thymus suggests that a core biological program may influence self-tolerance and self-representation across the spectrum of immune development.