Tumor-specific CD8 + T cells in stable tumor-draining lymph node reservoir are clonally and developmentally related to those in tumors.

Summary Peripheral tolerance is thought to result from anergy or deletion of self-reactive T cells shortly after antigen encounter. However, the frequent occurrences of immune-related Adverse Events (irAEs) following checkpoint inhibitor (CPI) treatment suggest a hypothesis that immunologically healthy individuals have self-reactive effector T cells that are kept in a non-pathogenic state through checkpoint receptor-mediated suppression, instead of anergy or deletion. We expressed self-antigens in healthy skin and found that antigen-specific CD8 T cells infiltrated the tissue, but remained tolerant, despite having a transcriptional program that resembled effector T cells found after CPIs. These self-reactive PD-1+ CD8 T cells drove IFNγ-dependent increases in PD-L1 on skin myeloid cells. Blockade of PD-1 or PD-1/CTLA-4 led to post-transcriptional upregulation of effector proteins by antigen-specific CD8 T cells and elimination of antigen-expressing epithelial cells, resulting in localized tissue pathology with features of human cutaneous irAEs. This data supports the hypothesis that myeloid cells in healthy skin prevent pathology from self-reactive effector CD8 T cells through the PD-1/PD-L1 pathway.

Abstract “Stem-like” TCF1 + CD8 + T cells (T SL ) are necessary for long-term maintenance of T cell responses and the efficacy of immunotherapy but, as tumors contain signals that should drive T-cell terminal-differentiation, how these cells are maintained in tumors remains unclear. We found that a small number of TCF1 + tumor-specific CD8 + T cells were present in tumors throughout development. Yet, most intratumoral T cells differentiated as tumors progressed, corresponding with an immunologic shift in the tumor microenvironment (TME) from “hot” to “cold”. By contrast, most tumor-specific CD8 + T cells in tumor-draining lymph nodes (dLNs) had functions and gene expression signatures similar to T SL from chronic LCMV infection and this population was stable over time, despite the changes in the TME. dLN T cells were the precursors of their more-differentiated intratumoral counterparts, and maintenance of TCF1 by intratumoral T cells required continuous migration from dLNs. Finally, T SL CD8 T cells were also present in LNs from lung adenocarcinoma patients, suggesting this population is also relevant in human disease. Thus, we propose that the dLN T SL reservoir has a critical function during tumor development in sustaining antitumor T cells during tumor development and protecting them from the terminal differentiation that occurs in the TME.

Mouse models with inducible neoantigens have been historically difficult to generate because of leaky expression of antigens in the thymus, which causes central tolerance in developing CD8 and CD4 T cells. Attempts to resolve this problem using existing genetic tools have been unsuccessful. We developed the iNversion INducible Joined neoAntigen (NINJA) mouse model that uses RNA splicing, DNA recombination, and three levels of regulation to prevent neoantigen leakiness and allow tight control over the induction of neoantigen expression. We describe the development of these genetic tools and their use for obtaining tumor cell lines with inducible neoantigen expression. Moreover, we show that the genetic regulation in NINJA mice bypasses central and peripheral tolerance mechanisms and allows for robust endogenous CD8 and CD4 T cells responses upon neoantigen induction in peripheral tissues. Thus, NINJA fills a long-standing gap in the field and will enable studies of how T cells respond to defined neoantigens in the context of peripheral tolerance, autoimmune diseases, and developing tumors.