Prostate cancers are considered to be immunologically 'cold' tumors given the very few patients who respond to checkpoint inhibitor (CPI) therapy. Recently, enrichment of interferon-stimulated genes (ISGs) predicted a favorable response to CPI across various disease sites. The enhancer of zeste homolog-2 (EZH2) is overexpressed in prostate cancer and known to negatively regulate ISGs. In the present study, we demonstrate that EZH2 inhibition in prostate cancer models activates a double-stranded RNA-STING-ISG stress response upregulating genes involved in antigen presentation, Th1 chemokine signaling and interferon response, including programmed cell death protein 1 (PD-L1) that is dependent on STING activation. EZH2 inhibition substantially increased intratumoral trafficking of activated CD8+ T cells and increased M1 tumor-associated macrophages, overall reversing resistance to PD-1 CPI. Our study identifies EZH2 as a potent inhibitor of antitumor immunity and responsiveness to CPI. These data suggest EZH2 inhibition as a therapeutic direction to enhance prostate cancer response to PD-1 CPI.

SUMMARY Natural killer (NK) cells are emerging as a promising therapeutic option in cancer. To better understand how cancer cells evade NK cells, we studied interacting NK and blood cancer cells using single-cell and genome-scale functional genomics screens. At single-cell resolution, interaction of NK and cancer cells induced distinct activation states in both cell types depending on the cancer cell lineage and molecular phenotype, ranging from more sensitive myeloid to more resistant B-lymphoid cancers. CRISPR screens uncovered cancer cell-intrinsic genes driving sensitivity and resistance, including antigen presentation and death receptor signaling mediators, adhesion molecules, protein fucosylation genes, and transcriptional regulators. CRISPR screens with a single-cell transcriptomic readout revealed how these cancer cell genes influenced the gene expression landscape of both cell types, including regulation of activation states in both cancer and NK cells by IFNγ signaling. Our findings provide a resource for rational design of NK cell-based therapies in blood cancers. HIGHLIGHTS Transcriptomic states of interacting NK cells and cancer cells depend on cancer cell lineage Molecular correlates of increased sensitivity of myeloid compared to B-lymphoid cancers include activating receptor ligands NCR3LG1, PVR, and ULBP1 New regulators of NK cell resistance from 12 genome-scale CRISPR screens include blood cancer-specific regulators SELPLG, SPN, and MYB Single-cell transcriptomics CRISPR screens targeting 65 genome-wide screen hits identify MHC-I, IFNy, and NF-κB regulation as underlying mechanisms

Abstract Immunotherapy has had a tremendous impact on cancer treatment in the past decade, with hitherto unseen responses at advanced and metastatic stages of the disease. However, the aggressive brain tumor glioblastoma (GBM) is highly immunosuppressive and remains largely refractory to current immunotherapeutic approaches. The cGAS-STING cytoplasmic double stranded DNA (dsDNA) sensing pathway has emerged as a next-generation immunotherapy target with potent local immune stimulatory properties. Here, we investigated the status of the STING pathway in GBM and the modulation of the brain tumor microenvironment (TME) with the STING agonist ADU-S100. Our data reveal the presence of STING in human GBM specimens, where it stains strongly in the tumor vasculature. We show that human GBM explants can respond to STING agonist treatment by secretion of inflammatory cytokines. In murine GBM models, we show a profound shift in the tumor immune landscape after STING agonist treatment, with massive infiltration of the tumor-bearing hemisphere with innate immune cells including inflammatory macrophages, neutrophils and NK populations. Treatment of established murine intracranial GL261 and CT-2A tumors by biodegradable ADU-S100-loaded intracranial implants demonstrated a significant increase in survival in both models and long-term survival with immune memory in GL261. Responses to treatment were abolished by NK cell depletion. This study reveals therapeutic potential and deep remodeling of the TME by STING activation in GBM and warrants the further examination of STING agonists alone or in combination with other immunotherapies such as cancer vaccines, CAR T cells, NK therapies or immune checkpoint blockade. Significance statement Modulation of the immune microenvironment is critical for immunosuppressive and therapy refractory tumors like glioblastoma. Activation of the STING pathway deeply remodels the brain tumor environment and attracts innate immune cells and natural killer cell populations, producing a robust antitumor effect with long-term immune memory. We further show that human glioblastoma tissue can respond to the therapy and lay the foundations for combined intracranial immunotherapies by using crosslinked biodegradable brain implants.

ABSTRACT Activation of the stimulator of interferon genes (STING) pathway through cyclic dinucleotides (CDNs) has been explored extensively as potent vaccine adjuvants against infectious diseases as well as to increase tumor immunogenicity towards cancer immunotherapy in solid tumors. Over the last decade, a myriad of synthetic vehicles, including liposomes, polymers, and other nanoparticle platforms, have been developed to improve the bioavailability and therapeutic efficacy of STING agonists in preclinical mouse models. In comparison to synthetic materials, protein-based carriers represent an attractive delivery platform owing to their biocompatibility, amenability to genetic engineering, and intrinsic capacity to form well-defined structures. In the present work, we have engineered the immune adaptor STING as a protein-based delivery system for efficient encapsulation and intracellular delivery of CDNs. Through genetic fusion with a protein transduction domain, the recombinant STING can spontaneously penetrate cells to markedly enhance the delivery of CDNs in a mouse vaccination model and a syngeneic mouse melanoma model. Moreover, motivated by recent findings that certain tumor cells can evade immune surveillance via loss of STING expression, we further unveiled that our STING platform can serve as a functional vehicle to restore the STING signaling in a panel of lung and melanoma cell lines with impaired STING expression. Taken together, our STING-based protein delivery platform may offer a unique direction towards targeting STING-silenced tumors as well as augmenting the efficacy of STING-based vaccine adjuvants.

Summary Human cancers often re-express germline factors, yet their mechanistic role in oncogenesis and cancer progression remains unknown. Here we demonstrate that DDX4, a germline factor and RNA helicase conserved in all multicellular organisms, contributes to epithelial mesenchyme transition (EMT)-like features and cisplatin resistance in small cell lung cancer (SCLC) cells. DDX4 depletion in H69AR and SHP77 cell lines decreased motility and resistance to cisplatin, whereas its overexpression increased these features. Proteomic analysis suggests that DDX4 upregulates metabolic protein expression related to DNA repair and immune/inflammatory response, suggesting its fundamental function may be in regulating cellular metabolism. Consistent with these trends in cell lines, DDX4 depletion compromised in vivo tumor development while its overexpression enhanced tumor growth even after cisplatin treatment in nude mice. Although the DDX4 expression level in somatic tumors is generally low compared to that in the germline, the relatively higher DDX4 expression in SCLC patients correlates with decreased survival and shows increased expression of EMT and cisplatin resistance markers. Taken together, we conclude that DDX4 influences the survival of SCLC patients by altering cellular metabolism in response to environmental cues such as drug treatments. This fundamental function of DDX4 as a germline factor might be applicable in other cancer types that express DDX4 and may serve as a key to combat specific tumors that are highly resistant to treatments. Highlights DDX4 contributes to cellular motility and drug resistance in SCLC cells. DDX4-overexpression globally alters the proteome and suppresses cytokine production. DDX4 promotes tumorigenesis and drug resistance in vitro and in vivo . DDX4 expression correlates with survival in SCLC patients and with immune/inflammatory response both in cell lines and patient samples.

Abstract Some small cell lung cancers (SCLCs) are highly sensitive to inhibitors of the histone demethylase LSD1. LSD1 inhibitors are thought to induce their anti-proliferative effects by blocking neuroendocrine differentiation, but the mechanisms by which LSD1 controls the SCLC neuroendocrine phenotype are not well understood. To identify genes required for LSD1 inhibitor sensitivity in SCLC, we performed a positive selection genome-wide CRISPR/Cas9 loss of function screen and found that ZFP36L1 , an mRNA-binding protein that destabilizes mRNAs, is required for LSD1 inhibitor sensitivity. LSD1 binds and represses ZFP36L1 and upon LSD1 inhibition, ZFP36L1 expression is restored, which is sufficient to block the SCLC neuroendocrine differentiation phenotype and induce a non-neuroendocrine “inflammatory” phenotype. Mechanistically, ZFP36L1 binds and destabilizes SOX2 and INSM1 mRNAs, two transcription factors that are required for SCLC neuroendocrine differentiation. This work identifies ZFP36L1 as an LSD1 target gene that controls the SCLC neuroendocrine phenotype and demonstrates that modulating mRNA stability of lineage transcription factors controls neuroendocrine to non-neuroendocrine plasticity.

Tumor-associated inflammation drives cancer progression and therapy resistance, with the infiltration of monocyte-derived tumor-associated macrophages (TAMs) associated with poor prognosis in diverse cancers. Targeting TAMs holds potential against solid tumors, but effective immunotherapies require testing on immunocompetent human models prior to clinical trials. Here, we develop an in vitro model of microvascular networks that incorporates tumor spheroids or patient tissues. By perfusing the vasculature with human monocytes, we investigate monocyte trafficking into the tumor and evaluate immunotherapies targeting the human tumor microenvironment. Our findings demonstrate that macrophages in vascularized breast and lung tumor models can enhance monocyte recruitment via TAM-produced CCL7 and CCL2, mediated by CSF-1R. Additionally, we assess a novel multispecific antibody targeting CCR2, CSF-1R, and neutralizing TGF-β, referred to as CSF1R/CCR2/TGF-β Ab, on monocytes and macrophages using our 3D models. This antibody repolarizes TAMs towards an anti-tumoral M1-like phenotype, reduces monocyte chemoattractant protein secretion, and effectively blocks monocyte migration. Finally, we show that the CSF1R/CCR2/TGF-β Ab inhibits monocyte recruitment in patient-specific vascularized tumor models. Overall, this vascularized tumor model offers valuable insights into monocyte recruitment and enables functional testing of innovative therapeutic antibodies targeting TAMs in the tumor microenvironment (TME).

Tumor-associated inflammation drives cancer progression and therapy resistance, often linked to the infiltration of monocyte-derived tumor-associated macrophages (TAMs), which are associated with poor prognosis in various cancers. To advance immunotherapies, testing on immunocompetent pre-clinical models of human tissue is crucial. We have developed an in vitro model of microvascular networks with tumor spheroids or patient tissues to assess monocyte trafficking into tumors and evaluate immunotherapies targeting the human tumor microenvironment. Our findings demonstrate that macrophages in vascularized breast and lung tumor models can enhance monocyte recruitment via CCL7 and CCL2, mediated by CSF-1R. Additionally, a multispecific antibody targeting CSF-1R, CCR2, and neutralizing TGF-β (CSF1R/CCR2/TGF-β Ab) repolarizes TAMs towards an anti-tumoral M1-like phenotype, reduces monocyte chemoattractant protein secretion, and blocks monocyte migration. This antibody also inhibits monocyte recruitment in patient-specific vascularized tumor models. In summary, this vascularized tumor model recapitulates the monocyte recruitment cascade, enabling functional testing of innovative therapeutic antibodies targeting TAMs in the tumor microenvironment.