Summary

 It is well understood that antigen-presenting cells (APCs) within tumors typically do not maintain cytotoxic T cell (CTL) function, despite engaging them. Across multiple mouse tumor models and human tumor biopsies, we have delineated the intratumoral dendritic cell (DC) populations as distinct from macrophage populations. Within these, CD103⁺ DCs are extremely sparse and yet remarkably capable CTL stimulators. These are uniquely dependent on IRF8, Zbtb46, and Batf3 transcription factors and are generated by GM-CSF and FLT3L cytokines. Regressing tumors have higher proportions of these cells, T-cell-dependent immune clearance relies on them, and abundance of their transcripts in human tumors correlates with clinical outcome. This cell type presents opportunities for prognostic and therapeutic approaches across multiple cancer types.

Intratumoral dendritic cells (DC) bearing CD103 in mice or CD141 in humans drive intratumoral CD8+ T cell activation. Using multiple strategies, we identified a critical role for these DC in trafficking tumor antigen to lymph nodes (LN), resulting in both direct CD8+ T cell stimulation and antigen hand-off to resident myeloid cells. These effects all required CCR7. Live imaging demonstrated direct presentation to T cells in LN, and CCR7 loss specifically in these cells resulted in defective LN T cell priming and increased tumor outgrowth. CCR7 expression levels in human tumors correlate with signatures of CD141+ DC, intratumoral T cells, and better clinical outcomes. This work identifies an ongoing pathway to T cell priming, which should be harnessed for tumor therapies.

Intratumoral stimulatory dendritic cells (SDCs) play an important role in stimulating cytotoxic T cells and driving immune responses against cancer. Understanding the mechanisms that regulate their abundance in the tumor microenvironment (TME) could unveil new therapeutic opportunities. We find that in human melanoma, SDC abundance is associated with intratumoral expression of the gene encoding the cytokine FLT3LG. FLT3LG is predominantly produced by lymphocytes, notably natural killer (NK) cells in mouse and human tumors. NK cells stably form conjugates with SDCs in the mouse TME, and genetic and cellular ablation of NK cells in mice demonstrates their importance in positively regulating SDC abundance in tumor through production of FLT3L. Although anti-PD-1 ‘checkpoint’ immunotherapy for cancer largely targets T cells, we find that NK cell frequency correlates with protective SDCs in human cancers, with patient responsiveness to anti-PD-1 immunotherapy, and with increased overall survival. Our studies reveal that innate immune SDCs and NK cells cluster together as an excellent prognostic tool for T cell–directed immunotherapy and that these innate cells are necessary for enhanced T cell tumor responses, suggesting this axis as a target for new therapies. Cross-talk between innate immune cells helps to enhance the antitumor T cell response during checkpoint blockade therapy.

Multipotent stromal cells (MSCs) and their osteoblastic lineage cell (OBC) derivatives are part of the bone marrow (BM) niche and contribute to hematopoietic stem cell (HSC) maintenance. Here, we show that myeloproliferative neoplasia (MPN) progressively remodels the endosteal BM niche into a self-reinforcing leukemic niche that impairs normal hematopoiesis, favors leukemic stem cell (LSC) function, and contributes to BM fibrosis. We show that leukemic myeloid cells stimulate MSCs to overproduce functionally altered OBCs, which accumulate in the BM cavity as inflammatory myelofibrotic cells. We identify roles for thrombopoietin, CCL3, and direct cell-cell interactions in driving OBC expansion, and for changes in TGF-β, Notch, and inflammatory signaling in OBC remodeling. MPN-expanded OBCs, in turn, exhibit decreased expression of many HSC retention factors and severely compromised ability to maintain normal HSCs, but effectively support LSCs. Targeting this pathological interplay could represent a novel avenue for treatment of MPN-affected patients and prevention of myelofibrosis.

Blood production is ensured by rare, self-renewing haematopoietic stem cells (HSCs). How HSCs accommodate the diverse cellular stresses associated with their life-long activity remains elusive. Here we identify autophagy as an essential mechanism protecting HSCs from metabolic stress. We show that mouse HSCs, in contrast to their short-lived myeloid progeny, robustly induce autophagy after ex vivo cytokine withdrawal and in vivo calorie restriction. We demonstrate that FOXO3A is critical to maintain a gene expression program that poises HSCs for rapid induction of autophagy upon starvation. Notably, we find that old HSCs retain an intact FOXO3A-driven pro-autophagy gene program, and that ongoing autophagy is needed to mitigate an energy crisis and allow their survival. Our results demonstrate that autophagy is essential for the life-long maintenance of the HSC compartment and for supporting an old, failing blood system. Autophagy is shown to be an essential mechanism that protects haematopoietic stem cells from metabolic stress; the transcription factor FOXO3A maintains a pro-autophagy gene expression program that poises haematopoietic stem cells to rapidly mount a protective autophagic response upon metabolic stress. This study in mice shows that the self-renewing haematopoietic stem cells (HSCs) that give rise to mature blood cells throughout life are protected from metabolic stress by an autophagy-mediated survival response triggered by the expression of the transcription factor FOXO3A. Thus at the same time as helping to maintain blood homeostasis by protecting adult HSCs, autophagy may indirectly contribute to the ageing of the blood system by allowing the survival of damaged, dysfunctional or transformed old HSCs, which are key actors in the development of age-related blood disorders.

Differentiation of proinflammatory CD4+ conventional T cells (Tconv) is critical for productive antitumor responses yet their elicitation remains poorly understood. We comprehensively characterized myeloid cells in tumor draining lymph nodes (tdLN) of mice and identified two subsets of conventional type-2 dendritic cells (cDC2) that traffic from tumor to tdLN and present tumor-derived antigens to CD4+ Tconv, but then fail to support antitumor CD4+ Tconv differentiation. Regulatory T cell (Treg) depletion enhanced their capacity to elicit strong CD4+ Tconv responses and ensuing antitumor protection. Analogous cDC2 populations were identified in patients, and as in mice, their abundance relative to Treg predicts protective ICOS+ PD-1lo CD4+ Tconv phenotypes and survival. Further, in melanoma patients with low Treg abundance, intratumoral cDC2 density alone correlates with abundant CD4+ Tconv and with responsiveness to anti-PD-1 therapy. Together, this highlights a pathway that restrains cDC2 and whose reversal enhances CD4+ Tconv abundance and controls tumor growth.

Type I interferons (IFN-1s) are antiviral cytokines that suppress blood production while paradoxically inducing hematopoietic stem cell (HSC) proliferation. Here, we clarify the relationship between the proliferative and suppressive effects of IFN-1s on HSC function during acute and chronic IFN-1 exposure. We show that IFN-1-driven HSC proliferation is a transient event resulting from a brief relaxation of quiescence-enforcing mechanisms in response to acute IFN-1 exposure, which occurs exclusively in vivo. We find that this proliferative burst fails to exhaust the HSC pool, which rapidly returns to quiescence in response to chronic IFN-1 exposure. Moreover, we demonstrate that IFN-1-exposed HSCs with reestablished quiescence are largely protected from the killing effects of IFNs unless forced back into the cell cycle due to culture, transplantation, or myeloablative treatment, at which point they activate a p53-dependent proapoptotic gene program. Collectively, our results demonstrate that quiescence acts as a safeguard mechanism to ensure survival of the HSC pool during chronic IFN-1 exposure. We show that IFN-1s can poise HSCs for apoptosis but induce direct cell killing only upon active proliferation, thereby establishing a mechanism for the suppressive effects of IFN-1s on HSC function.

Converting checkpoint inhibitor (CPI)-resistant individuals to being responsive requires identifying suppressive mechanisms. We identify TREM2