The B7-CD28/CTLA-4 costimulatory pathway can provide a signal pivotal for T cell activation. Signaling through this pathway is complex due to the presence of two B7 family members, B7-1 and B7-2, and two counterreceptors, CD28 and CTLA-4. Studies with anti-CTLA-4 monoclonal antibodies have suggested both positive and negative roles for CTLA-4 in T cell activation. To elucidate the in vivo function of CTLA-4, we generated CTLA-4-deficient mice. These mice rapidly develop lymphoproliferative disease with multiorgan lymphocytic infiltration and tissue destruction, with particularly severe myocarditis and pancreatitis, and die by 3-4 weeks of age. The phenotype of the CTLA-4-deficient mouse strain is supported by studies that have suggested a negative role for CTLA-4 in T cell activation. The severe phenotype of mice lacking CTLA-4 implies a critical role for CTLA-4 in down-regulating T cell activation and maintaining immunologic homeostasis. In the absence of CTLA-4, peripheral T cells are activated, can spontaneously proliferate, and may mediate lethal tissue injury.

CD28/B7 costimulation has been implicated in the induction and progression of autoimmune diseases. Experimentally induced models of autoimmunity have been shown to be prevented or reduced in intensity in mice rendered deficient for CD28 costimulation. In sharp contrast, spontaneous diabetes is exacerbated in both B7-1/B7-2-deficient and CD28-deficient NOD mice. These mice present a profound decrease of the immunoregulatory CD4+CD25+ T cells, which control diabetes in prediabetic NOD mice. These cells are absent from both CD28KO and B7-1/B7-2KO mice, and the transfer of this regulatory T cell subset from control NOD animals into CD28-deficient animals can delay/prevent diabetes. The results suggest that the CD28/B7 costimulatory pathway is essential for the development and homeostasis of regulatory T cells that control spontaneous autoimmune diseases.

Both the programmed death (PD) 1–PD-ligand (PD-L) pathway and regulatory T (T reg) cells are instrumental to the maintenance of peripheral tolerance. We demonstrate that PD-L1 has a pivotal role in regulating induced T reg (iT reg) cell development and sustaining iT reg cell function. PD-L1−/− antigen-presenting cells minimally convert naive CD4 T cells to iT reg cells, showing the essential role of PD-L1 for iT reg cell induction. PD-L1–coated beads induce iT reg cells in vitro, indicating that PD-L1 itself regulates iT reg cell development. Furthermore, PD-L1 enhances and sustains Foxp3 expression and the suppressive function of iT reg cells. The obligatory role for PD-L1 in controlling iT reg cell development and function in vivo is illustrated by a marked reduction in iT reg cell conversion and rapid onset of a fatal inflammatory phenotype in PD-L1−/−PD-L2−/− Rag−/− recipients of naive CD4 T cells. PD-L1 iT reg cell development is mediated through the down-regulation of phospho-Akt, mTOR, S6, and ERK2 and concomitant with the up-regulation of PTEN, all key signaling molecules which are critical for iT reg cell development. Thus, PD-L1 can inhibit T cell responses by promoting both the induction and maintenance of iT reg cells. These studies define a novel mechanism for iT reg cell development and function, as well as a new strategy for controlling T reg cell plasticity.

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.

T cell dysfunction is a hallmark of many cancers, but the basis for T cell dysfunction and the mechanisms by which antibody blockade of the inhibitory receptor PD-1 (anti-PD-1) reinvigorates T cells are not fully understood. Here we show that such therapy acts on a specific subpopulation of exhausted CD8+ tumor-infiltrating lymphocytes (TILs). Dysfunctional CD8+ TILs possess canonical epigenetic and transcriptional features of exhaustion that mirror those seen in chronic viral infection. Exhausted CD8+ TILs include a subpopulation of ‘progenitor exhausted’ cells that retain polyfunctionality, persist long term and differentiate into ‘terminally exhausted’ TILs. Consequently, progenitor exhausted CD8+ TILs are better able to control tumor growth than are terminally exhausted T cells. Progenitor exhausted TILs can respond to anti-PD-1 therapy, but terminally exhausted TILs cannot. Patients with melanoma who have a higher percentage of progenitor exhausted cells experience a longer duration of response to checkpoint-blockade therapy. Thus, approaches to expand the population of progenitor exhausted CD8+ T cells might be an important component of improving the response to checkpoint blockade. Exhausted cytotoxic T lymphocytes (CTLs) express the receptor PD-1 as a key signature. Haining and colleagues show that there are different ‘depths’ of exhaustion with a subset of exhausted CTLs that retain polyfunctionality and are responsive to PD-1 blockade.

Protein-tyrosine phosphatase 1B (PTP-1B) is a major protein-tyrosine phosphatase that has been implicated in the regulation of insulin action, as well as in other signal transduction pathways. To investigate the role of PTP-1B in vivo, we generated homozygotic PTP-1B-null mice by targeted gene disruption. PTP-1B-deficient mice have remarkably low adiposity and are protected from diet-induced obesity. Decreased adiposity is due to a marked reduction in fat cell mass without a decrease in adipocyte number. Leanness in PTP-1B-deficient mice is accompanied by increased basal metabolic rate and total energy expenditure, without marked alteration of uncoupling protein mRNA expression. In addition, insulin-stimulated whole-body glucose disposal is enhanced significantly in PTP-1B-deficient animals, as shown by hyperinsulinemic-euglycemic clamp studies. Remarkably, increased insulin sensitivity in PTP-1B-deficient mice is tissue specific, as insulin-stimulated glucose uptake is elevated in skeletal muscle, whereas adipose tissue is unaffected. Our results identify PTP-1B as a major regulator of energy balance, insulin sensitivity, and body fat stores in vivo.

The CBFA2 (AML1) gene encodes a DNA-binding subunit of the heterodimeric core-binding factor. The CBFA2 gene is disrupted by the (8;21), (3;21), and (12;21) chromosomal translocations associated with leukemias and myelodysplasias in humans. Mice lacking a CBF alpha 2 protein capable of binding DNA die between embryonic days 11.5 and 12.5 due to hemorrhaging in the central nervous system (CNS), at the nerve/CNS interfaces of cranial and spinal nerves, and in somitic/intersomitic regions along the presumptive spinal cord. Hemorrhaging is preceded by symmetric, bilateral necrosis in these regions. Definitive erythropoiesis and myelopoiesis do not occur in Cbfa2-deficient embryos, and disruption of one copy of the Cbfa2 gene significantly reduces the number of progenitors for erythroid and myeloid cells.