Summary MR1T lymphocytes are a recently identified population of T cells that recognize unknown self-antigens presented by the non-polymorphic MHC-I-related molecule, MR1. MR1T cells can kill tumor cells and modulate the functions of other immune cells with promising therapeutic applications. By integrating genetic, pharmacological and biochemical approaches we identified carbonyl stress and alterations of nucleobase metabolism in tumor target cells that promote recognition by MR1 T cells. We dissected these pathways and found that nucleobase adduct-containing metabolites are self-antigens stimulating MR1T cells. Several nucleobase adducts are presented by MR1 molecules and stimulate individual MR1T cells. Our data suggest that MR1T cells are surveyor of cellular metabolic alterations occurring in conditions of metabolic stress, such as cancer, and lay the groundwork for the development of novel HLA-unrestricted T cell-based therapies.

Abstract A major challenge for chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy against glioblastoma (GBM) is its immunosuppressive tumor microenvironment (TME), which is densely populated and supported by protumoral glioma-associated microglia and macrophages (GAMs). Targeting of CD47, a “don’t-eat-me” signal overexpressed by tumor cells, disrupts the CD47-SIRPα axis and induces GAM phagocytic function. However, antibody-mediated CD47 blockade monotherapy is associated with toxicity and low bioavailability in solid tumors. To overcome these limitations, we combined local CAR T cell therapy with paracrine GAM modulation for more effective elimination of GBM. To this end, we engineered a new CAR T cell against epidermal growth factor receptor variant III (EGFRvIII) that constitutively secretes a SIRPγ-related protein (SGRP) with high affinity to CD47. Anti-EGFRvIII-SGRP CAR T cells eliminated EGFRvIII + GBM in a dose-dependent manner in vitro and eradicated orthotopically xenografted EGFRvIII-mosaic GBM by locoregional application in vivo. This resulted in significant tumor-free long-term survival, followed by partial tumor control upon tumor re-challenge. The combination of anti-CD47 antibodies with anti-EGFRvIII CAR T cells failed to achieve a similar therapeutic effect, underscoring the importance of sustained paracrine GAM modulation. Multidimensional brain immunofluorescence microscopy and in-depth spectral flow cytometry on GBM-xenografted brains showed that anti-EGFRvIII-SGRP CAR T cells accelerated GBM clearance, increased CD68 + cell trafficking to tumor scar sites, and induced myeloid-mediated tumor cell uptake. Additionally, in a peripheral lymphoma mouse xenograft model, anti-CD19-SGRP CAR T cells had superior efficacy compared to conventional anti-CD19 CAR T cells. Validation on human GBM explants revealed that anti-EGFRvIII-SGRP CAR T cells had similar tumor-killing capacity to anti-EGFRvIII CAR monotherapy, but showed a slight improvement in maintenance of tumor-infiltrated CD14 + myeloid cells. Thus, local anti-EGFRvIII-SGRP CAR T cell therapy combines the potent antitumor effect of engineered T cells with the modulation of the surrounding innate immune TME, resulting in the additive elimination of bystander EGFRvIII - tumor cells in a manner that overcomes major mechanisms of CAR T cell therapy resistance, including tumor innate immune suppression and antigen escape.

Abstract The MHC class I–related molecule MR1 is ubiquitously expressed, is highly conserved among mammals, and presents bacterial and endogenous antigens in tumor cells. These features indicate that tumor-specific T cells restricted to MR1 may represent ideal candidates for novel cancer-directed T-cell immunotherapy. The very low expression of the MR1 protein at the cell surface is a potential challenge limiting the possible use of MR1-directed immunotherapies. To overcome this challenge, it is important that understanding of the mechanisms regulating MR1 expression is increased, as little is known about this currently. This study identified ERK1/2 as negative regulators of the MR1 gene and protein expression. Inhibition of ERK1/2 in tumor cells or treatment of BRAF-mutant tumor cells with drugs specific for mutated BRAF increased MR1 protein expression and recognition by tumor-reactive and MR1-restricted T cells. The ERK1/2 inhibition of MR1 was mediated by the ELF1 transcription factor, which was required for MR1 gene expression. The effects of ERK1/2 inhibition also occurred in cancer cell lines of different tissue origins, cancer cell lines resistant to drugs that inhibit mutated BRAF, and primary cancer cells, making them potential targets of specific T cells. In contrast to tumor cells, the recognition of healthy cells was very poor or absent after ERK1/2 inhibition. These findings suggest a pharmaceutical approach to increase MR1 protein expression in tumor cells and the subsequent activation of MR1-restricted T cells, and they have potential therapeutic implications.