An open chromatin largely devoid of heterochromatin is a hallmark of stem cells. It remains unknown whether an open chromatin is necessary for the differentiation potential of stem cells, and which molecules are needed to maintain open chromatin. Here we show that the chromatin remodelling factor Chd1 is required to maintain the open chromatin of pluripotent mouse embryonic stem cells. Chd1 is a euchromatin protein that associates with the promoters of active genes, and downregulation of Chd1 leads to accumulation of heterochromatin. Chd1-deficient embryonic stem cells are no longer pluripotent, because they are incapable of giving rise to primitive endoderm and have a high propensity for neural differentiation. Furthermore, Chd1 is required for efficient reprogramming of fibroblasts to the pluripotent stem cell state. Our results indicate that Chd1 is essential for open chromatin and pluripotency of embryonic stem cells, and for somatic cell reprogramming to the pluripotent state. In many stem cells, from flatworms to mammals, the chromatin is largely devoid of the condensed from, heterochromatin, so is openly accessible to transcriptional regulators. An RNA interference screen for novel regulators in mouse embryo cells now shows that the chromatin remodelling factor Chd1 is essential for the maintenance of open chromatin and pluripotency of embryonic cells, and for somatic cell reprogramming to pluripotency. This is direct evidence of a causal relationship between open chromatin and pluripotency. Chd1 is highly expressed in both germline and adult stem cells, raising the possibility that the relationship between open chromatin and differentiation potential of stem cells is a general phenomenon. A hallmark of stem cells is an open chromatin largely devoid of heterochromatin, but which molecules are required to maintain it is unknown, as well as whether an open chromatin is necessary for the differentiation potential of stem cells. Here, the chromatin remodelling factor Chd1 is shown to be required to maintain the open chromatin state of pluripotent mouse embryonic stem cells and to be essential for the pluripotency of these cells.

Abstract Antigen presentation on MHC class I (MHC-I) is key to the adaptive immune response to cancerous cells. Computational prediction of peptide presentation by MHC-I has enabled individualized cancer immunotherapies. Here, we introduce HLApollo, a transformer-based approach with end-to-end modeling of MHC-I sequence, deconvolution, and flanking sequences. To achieve this, we develop a novel training strategy, negative set switching, which greatly reduces overfitting to falsely presumed negatives that are necessarily found in presentation datasets. HLApollo shows a meaningful improvement compared to recent MHC-I models on peptide presentation (20.19% average precision (AP)) and immunogenicity (4.1% AP). As expected, adding gene expression boosts the performance of HLApollo. More interestingly, we show that introduction of features from a protein language model, ESM 1b, remarkably recoups much of the benefits of gene expression in absence of true expression measurements. Finally, we demonstrate excellent pan-allelic generalization, and introduce a framework for estimating the expected accuracy of HLApollo for untrained alleles. This guides the use of HLApollo in a clinical setting, where rare alleles may be observed in some subjects, particularly for underrepresented minorities.

Abstract CRISPR-mediated transcriptional activation (CRISPRa) is a powerful technology for inducing gene expression from endogenous loci with exciting applications in high throughput gain-of-function genomic screens and the engineering of cell-based models. However, current strategies for generating potent, stable, CRISPRa-competent cell-lines present limitations for the broad utility of this approach. Here, we provide a high-efficiency, self-selecting CRISPRa enrichment strategy, which combined with piggyBac transposon technology enables rapid production of CRISPRa-ready cell populations compatible with a variety of downstream assays. We complement this with a new, optimized guide RNA scaffold that significantly enhances CRISPRa functionality. Finally, we describe a novel, synthetic guide RNA tool set that enables transient, population-wide gene activation when used with the self-selecting CRISPRa system. Taken together, this versatile platform greatly enhances the potential for CRISPRa across a wide variety of cellular contexts.

Summary Strategies for maximizing the potency and specificity of cancer immunotherapies have sparked efforts to identify recurrent epitopes presented in the context of defined tumor-associated neoantigens. Discovering these “neoepitopes” can be difficult owing to the limited number of peptides that arise from a single point mutation, a low number of copies presented on the cell surface, and variable binding specificity of the human leukocyte antigen (HLA) class I complex. Due to these limitations, many discovery efforts focus on identifying neoepitopes from a small number of cancer neoantigens in the context of few HLA alleles. Here we describe a systematic workflow to characterize binding and presentation of neoepitopes derived from 47 shared cancer neoantigens in the context of 15 HLA alleles. Through the development of a high-throughput neoepitope-HLA binding assay, we surveyed 24,149 candidate neoepitope-HLA combinations resulting in 587 stable complexes. These data were supplemented by computational prediction that identified an additional 257 neoepitope-HLA pairs, resulting in a total of 844 unique combinations. We used these results to build sensitive targeted mass spectrometry assays to validate neoepitope presentation on a panel of HLA-I monoallelic cell lines engineered to express neoantigens of interest as a single polypeptide. Altogether, our analyses detected 84 unique neoepitope-HLA pairs derived from 37 shared cancer neoantigens and presented across 12 HLA alleles. We subsequently identified multiple TCRs which specifically recognized two of these neoantigen-HLA combinations. Finally, these novel TCRs were utilized to elicit a T cell response suggesting that these neoepitopes are likely to be immunogenic. Together these data represent a validated, extensive resource of therapeutically relevant neoepitopes and the HLA context in which they can be targeted.

Multiple myeloma (MM) arises from malignant immunoglobulin-secreting plasma cells and remains an incurable, often lethal disease despite recent therapeutic advances. The unfolded-protein response sensor IRE1α supports protein secretion by deploying a kinase-endoribonuclease module to activate the transcription factor XBP1s. MM cells may coopt the IRE1α-XBP1s pathway; however, the validity of IRE1α as a potential MM therapeutic target is controversial. Here we show that genetic disruption of IRE1α or XBP1s, or pharmacologic IRE1α kinase inhibition, attenuated subcutaneous or orthometastatic growth of MM tumors in mice, and augmented efficacy of two well-established frontline antimyeloma agents, bortezomib or lenalidomide. Mechanistically, IRE1α perturbation inhibited expression of key components of the ER-associated degradation machinery, as well as cytokines and chemokines known to promote MM growth. Selective IRE1αkinase inhibition reduced viability of CD138+ plasma cells while sparing CD138- cells from bone marrow of newly diagnosed MM patients or patients whose disease relapsed after 1 - 4 lines of treatment in both US- and EU-based cohorts. IRE1α inhibition preserved survival and glucose-induced insulin secretion by pancreatic microislets. Together, these results establish a strong therapeutic rationale for targeting IRE1α with kinase-based small-molecule inhibitors in MM.