Members of the sirtuin (SIRT) family of NAD-dependent deacetylases promote longevity in multiple organisms. Deficiency of mammalian SIRT6 leads to shortened life span and an aging-like phenotype in mice, but the underlying molecular mechanisms are unclear. Here we show that SIRT6 functions at chromatin to attenuate NF-kappaB signaling. SIRT6 interacts with the NF-kappaB RELA subunit and deacetylates histone H3 lysine 9 (H3K9) at NF-kappaB target gene promoters. In SIRT6-deficient cells, hyperacetylation of H3K9 at these target promoters is associated with increased RELA promoter occupancy and enhanced NF-kappaB-dependent modulation of gene expression, apoptosis, and cellular senescence. Computational genomics analyses revealed increased activity of NF-kappaB-driven gene expression programs in multiple Sirt6-deficient tissues in vivo. Moreover, haploinsufficiency of RelA rescues the early lethality and degenerative syndrome of Sirt6-deficient mice. We propose that SIRT6 attenuates NF-kappaB signaling via H3K9 deacetylation at chromatin, and hyperactive NF-kappaB signaling may contribute to premature and normal aging.

Aging is characterized by specific alterations in gene expression, but their underlying mechanisms and functional consequences are not well understood. Here we develop a systematic approach to identify combinatorial cis -regulatory motifs that drive age-dependent gene expression across different tissues and organisms. Integrated analysis of 365 microarrays spanning nine tissue types predicted fourteen motifs as major regulators of age-dependent gene expression in human and mouse. The motif most strongly associated with aging was that of the transcription factor NF-κB. Inducible genetic blockade of NF-κB for 2 wk in the epidermis of chronologically aged mice reverted the tissue characteristics and global gene expression programs to those of young mice. Age-specific NF-κB blockade and orthogonal cell cycle interventions revealed that NF-κB controls cell cycle exit and gene expression signature of aging in parallel but not sequential pathways. These results identify a conserved network of regulatory pathways underlying mammalian aging and show that NF-κB is continually required to enforce many features of aging in a tissue-specific manner.

ABSTRACT Anti-CTLA-4 antibodies such as ipilimumab were among the first immune-oncology agents to show significantly improved outcomes for patients. However, existing anti-CTLA-4 therapies fail to induce a response in a majority of patients and can induce severe, immune-related adverse events. It has been assumed that checkpoint inhibition, i.e., blocking the interaction between CTLA-4 and its ligands, is the primary mechanism of action for ipilimumab. In this study we present evidence that checkpoint inhibition is not a primary mechanism of action for efficacy of anti-CTLA-4 antibodies. Instead, the primary mechanism for efficacy is FcR-mediated Treg depletion in the tumor microenvironment. First, we identified a monoclonal antibody (mAb) that binds to CTLA-4 at an epitope that differs from ipilimumab’s by only a few amino acids, yet has limited checkpoint inhibitor activity. Surprisingly, the weak checkpoint inhibitor has superior anti-tumor activity compared to ipilimumab in a murine model. The weak checkpoint inhibitor also induces less Treg proliferation and has increased ability to induce in vitro FcR signaling and in vivo depletion of intratumoral Tregs. Further experiments showed that the enhanced FcR activity of the weak checkpoint inhibitor likely contributes to its enhanced anti-tumor activity. Importantly, we also showed that weak checkpoint inhibition was associated with lower toxicity in murine models. Our work suggests that new anti-CTLA-4 drugs should be optimized for Treg depletion rather than checkpoint inhibition.

ABSTRACT Plasma-derived polyclonal antibodies are polyvalent drugs used for many important clinical indications that require modulation of multiple drug targets simultaneously, including emerging infectious disease and transplantation. However, plasma-derived drugs suffer many problems, including low potency, impurities, constraints on supply, and batch-to-batch variation. In this study, we demonstrated proofs-of-concept for a technology that uses microfluidics and molecular genomics to capture diverse mammalian antibody repertoires as multivalent recombinant drugs. These “recombinant hyperimmune” drugs comprised thousands to tens of thousands of antibodies and were derived from convalescent human donors, or vaccinated human donors or immunized mice. Here we used our technology to build a highly potent recombinant hyperimmune for Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS CoV-2) in less than three months. We also validated a recombinant hyperimmune for Zika virus disease that abrogates antibody-dependent enhancement (ADE) through Fc engineering. For patients with primary immune deficiency (PID), we built high potency polyvalent recombinant hyperimmunes against pathogens that commonly cause serious lung infections. Finally, to address the limitations of rabbit-derived anti-thymocyte globulin (ATG), we generated a recombinant human version and demonstrated in vivo function against graft-versus-host disease (GVHD). Recombinant hyperimmunes are a novel class of drugs that could be used to target a wide variety of other clinical applications, including cancer and autoimmunity.

In this work, we developed PolyMap (polyclonal mapping), a high-throughput method for mapping protein-protein interactions. We demonstrated the mapping of thousands of antigen-antibody interactions between diverse antibody libraries isolated from convalescent and vaccinated COVID-19 donors and a set of clinically relevant SARS-CoV-2 spike variants. We identified over 150 antibodies with a variety of distinctive binding patterns toward the antigen variants and found a broader binding profile, including targeting of the Omicron variant, in the antibody repertoires of more recent donors. We then used these data to select mixtures of a small number of clones with complementary reactivity that together provide strong potency and broad neutralization. PolyMap is a generalizable platform that can be used for one-pot epitope mapping, immune repertoire profiling, and therapeutic design and, in the future, could be expanded to other families of interacting proteins.

Abstract Background The anti-tumor activity of anti-PD-1/PD-L1 therapies correlates with T cell infiltration in tumors. Thus, a major goal in oncology is to find strategies that enhance T cell infiltration and efficacy of anti-PD-1/PD-L1 therapy. TGF-β has been shown to contribute to T cell exclusion and anti-TGF-β improves anti-PD-L1 efficacy in vivo . However, TGF-β inhibition has frequently been shown to induce toxicity in the clinic, and the clinical efficacy of combination PD-L1 and TGF-β blockade has not yet been proven. To identify strategies to overcome resistance to PD-L1 blockade, the transcriptional programs associated with PD-L1 and/or TGF-β blockade in the tumor microenvironment should be further elucidated. Results For the first time, we used single-cell RNA sequencing to characterize the transcriptomic effects of PD-L1 and/or TGF-β blockade on nearly 30,000 single cells in the tumor and surrounding microenvironment. Combination treatment led to upregulation of immune response genes, including multiple chemokine genes such as CCL5, in CD45+ cells, and down-regulation of extracellular matrix genes in CD45-cells. Analysis of publicly available tumor transcriptome profiles showed that the chemokine CCL5 was strongly associated with immune cell infiltration in various human cancers. Further investigation with in vivo models showed that intratumorally administered CCL5 enhanced cytotoxic lymphocytes and the anti-tumor activity of anti-PD-L1. Conclusions Taken together, our data could be leveraged translationally to improve anti-PD-L1 plus anti-TGF-β combination therapy, for example through companion biomarkers, and/or to identify novel targets that could be modulated to overcome resistance.