Immune cells in the tumor microenvironment modulate cancer progression and are attractive therapeutic targets. Macrophages and T cells are key components of the microenvironment, yet their phenotypes and relationships in this ecosystem and to clinical outcomes are ill defined. We used mass cytometry with extensive antibody panels to perform in-depth immune profiling of samples from 73 clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) patients and five healthy controls. In 3.5 million measured cells, we identified 17 tumor-associated macrophage phenotypes, 22 T cell phenotypes, and a distinct immune composition correlated with progression-free survival, thereby presenting an in-depth human atlas of the immune tumor microenvironment in this disease. This study revealed potential biomarkers and targets for immunotherapy development and validated tools that can be used for immune profiling of other tumor types.

T-helper-1-cell cytokines tumour necrosis factor and interferon-γ are shown to drive tumour cells into senescence in a mouse model of β-cell carcinoma and human carcinoma cells. Well-defined cell-death mechanisms such as cytolysis and apoptosis are known to be involved in the destruction and clearance of cancer cells, yet how the immune system actually arrests cancer cell proliferation remains unclear. Using mice with Tag-induced cancers, in which T-helper-1 (TH1) cell immunity doubles the lifespan, Martin Röcken and colleagues demonstrate that adaptive immunity mediated by the TH1 cytokines interferon-γ and tumour necrosis factor (TNF) directly induces senescence in cancers. Interferon- and TNF-induced senescence protects even against endogenous cancers that develop through transgenic expression of an oncogene, suggesting that it may be of broad relevance for cancer control. Cancer control by adaptive immunity involves a number of defined death1,2,3,4,5,6,7,8 and clearance9,10,11 mechanisms. However, efficient inhibition of exponential cancer growth by T cells and interferon-γ (IFN-γ) requires additional undefined mechanisms that arrest cancer cell proliferation1,2,3,4,5,12,13. Here we show that the combined action of the T-helper-1-cell cytokines IFN-γ and tumour necrosis factor (TNF) directly induces permanent growth arrest in cancers. To safely separate senescence induced by tumour immunity from oncogene-induced senescence9,10,11,14,15,16,17, we used a mouse model in which the Simian virus 40 large T antigen (Tag) expressed under the control of the rat insulin promoter creates tumours by attenuating p53- and Rb-mediated cell cycle control18,19. When combined, IFN-γ and TNF drive Tag-expressing cancers into senescence by inducing permanent growth arrest in G1/G0, activation of p16INK4a (also known as CDKN2A), and downstream Rb hypophosphorylation at serine 795. This cytokine-induced senescence strictly requires STAT1 and TNFR1 (also known as TNFRSF1A) signalling in addition to p16INK4a. In vivo, Tag-specific T-helper 1 cells permanently arrest Tag-expressing cancers by inducing IFN-γ- and TNFR1-dependent senescence. Conversely, Tnfr1−/−Tag-expressing cancers resist cytokine-induced senescence and grow aggressively, even in TNFR1-expressing hosts. Finally, as IFN-γ and TNF induce senescence in numerous murine and human cancers, this may be a general mechanism for arresting cancer progression.

Breast cancer is a heterogeneous disease. Tumor cells and associated healthy cells form ecosystems that determine disease progression and response to therapy. To characterize features of breast cancer ecosystems and their associations with clinical data, we analyzed 144 human breast tumor and 50 non-tumor tissue samples using mass cytometry. The expression of 73 proteins in 26 million cells was evaluated using tumor and immune cell-centric antibody panels. Tumors displayed individuality in tumor cell composition, including phenotypic abnormalities and phenotype dominance. Relationship analyses between tumor and immune cells revealed characteristics of ecosystems related to immunosuppression and poor prognosis. High frequencies of PD-L1+ tumor-associated macrophages and exhausted T cells were found in high-grade ER+ and ER− tumors. This large-scale, single-cell atlas deepens our understanding of breast tumor ecosystems and suggests that ecosystem-based patient classification will facilitate identification of individuals for precision medicine approaches targeting the tumor and its immunoenvironment.

T cells recognizing self proteins exist without causing autoimmunity in healthy individuals. These autoreactive T cells are kept in check by peripheral tolerance. Using a model for peripheral CD8+ T cell tolerance resulting from antigen presentation by resting dendritic cells in vivo, we show here that CD8+ T cell tolerance operates through T cell–intrinsic mechanisms such as deletion or functional inactivation. Peripheral CD8+ T cell tolerance depended on signaling via the costimulatory molecule PD-1, as an absence of PD-1 converted tolerance induction into priming. Blocking of the costimulatory molecule CTLA-4 resulted in impaired tolerance and enhanced the effect of the absence of PD-1, suggesting that PD-1 and CTLA-4 act synergistically. Thus PD-1 and CTLA-4 are crucial molecules for peripheral CD8+ T cell tolerance induced by resting dendritic cells.

Immune surveillance against tumors usually depends on T cell recognition of tumor antigens presented by major histocompatibility complex (MHC) molecules, whereas MHC class I- tumors may be controlled by natural killer (NK) cells. Perforin-dependent cytotoxicity is a major effector function of CD8+ MHC class I-restricted T cells and of NK cells. Here, we used perforin-deficient C57BL/6 (PKO) mice to study involvement of perforin and Fas ligand in tumor surveillance in vivo. We induced tumors in PKO and normal C57BL/6 mice by (a) injection of different syngeneic tumor cell lines of different tissue origin in naive and primed mice; (b) administration of the chemical carcinogens methylcholanthrene (MCA) or 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) plus 7,12-dimethylbenzanthracene (DMBA), or (c) by injection of acutely oncogenic Moloney sarcoma virus. The first set of models analyzes the defense against a tumor load given at once, whereas the last two sets give information on immune defense against tumors at the very moment of their generation. Most of the tumor cell lines tested were eliminated 10-100-fold better by C57BL/6 mice in an unprimed situation; after priming, the differences were more pronounced. Lymphoma cells transfected with Fas were controlled 10-fold better by PKO and C57BL/6 mice when compared to untransfected control cells, indicating some role for FasL in tumor control. MCA-induced tumors arose more rapidly and with a higher incidence in PKO mice compared to C57BL/6 or CD8-deficient mice. DMBA+TPA-induced skin papillomas arose with similar high incidence and comparable kinetics in both mouse strains. C57BL/6 and PKO mice have a similar incidence of Moloney murine sarcoma and leukemia virus-induced sarcomas, but tumors are larger and regression is retarded in PKO mice. Thus, perforin-dependent cytotoxicity is not only a crucial mechanism of both cytotoxic T lymphocyte- and NK-dependent resistance to injected tumor cell lines, but also operates during viral and chemical carcinogenesis in vivo. Experiments addressing the role of Fas-dependent cytotoxicity by studying resistance to tumor cell lines that were stably transfected with Fas neither provided evidence for a major role of Fas nor excluded a minor contribution of Fas in tumor surveillance.

Radiotherapy is an important treatment for cancer. The main mode of action is thought to be the irreversible damage to tumor cell DNA, but there is evidence that irradiation mobilizes tumor-specific immunity, and recent studies showed that the efficacy of high-dose radiotherapy depends on the presence of CD8(+) T cells. We show in this study that the efficacy of radiotherapy given as a single, high dose (10 Gy) crucially depends on dendritic cells and CD8(+) T cells, whereas CD4(+) T cells or macrophages are dispensable. We show that local high-dose irradiation results in activation of tumor-associated dendritic cells that in turn support tumor-specific effector CD8(+) T cells, thus identifying the mechanism that underlies radiotherapy-induced mobilization of tumor-specific immunity. We propose that in the absence of irradiation, the activation status of dendritic cells rather than the amount of tumor-derived Ag is the bottleneck, which precludes efficient anti-tumor immunity.

SUMMARY The liver is a major metastatic target organ, and little is known about the role of immunity in controlling hepatic metastases. Here, we discovered that the concerted and non-redundant action of two innate lymphocyte subpopulations, conventional NK cells (cNKs) and tissue-resident type I Innate Lymphoid Cells (trILC1s), is essential for anti-metastatic defense. Using different preclinical models for liver metastasis, we found that trILC1 control metastatic seeding, whereas cNKs restrain outgrowth. The antimetastatic activity of cNKs is regulated in a tumor type-specific fashion. Thereby, individual cancer cell lines orchestrate the emergence of cNK subsets with unique phenotypic and functional traits. Understanding cancer-cell- as well as innate-cell-intrinsic factors will allow the exploitation of hepatic innate cells for development of novel cancer therapies. Significance Innate lymphoid cells hold great promise for the treatment of metastases. Development of effective therapies based on these versatile immune cells, however, is hampered by our limited knowledge of their behavior in the metastatic niche. Here, we describe that defense against liver metastasis requires the collaboration between two innate lymphocyte subsets, conventional NK cells (cNKs) and tissue-resident type I innate lymphoid cells (trILC1s). We show that different cancers generate their own particular metastatic niche inducing specific changes in cNKs and trILC1s. Further, we uncover specific cNK subsets that can be manipulated to improve their anti-metastatic potential. Our work contributes to understanding how cancer-specific factors and hepatic innate lymphocytes exert mutual influence and how this can be exploited for therapeutic purposes. Highlights cNKs and trILC1s collaborate to control hepatic metastasis trILC1s restrict seeding and cNKs control outgrowth of cancer cells in the liver Individual cancer cell lines orchestrate a distinct metastatic niche The metastatic niche dictates the phenotype and function of cNKs

Abstract Background/Introduction Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained cardiac arrhythmia affecting 2% of the population. Within the broad spectrum of AF symptomatology, there is a particular subset of patients that show a predominant or even exclusive nocturnal onset of paroxysmal AF. Purpose The aim of this study is to assess the timing of onset of AF in the 24-hour cycle and to assess whether a circadian rhythm is present in the onset of AF. Methods The MEDLINE, EMBASE, and CENTRAL databases, searched from inception to September 2023, provided 18 studies detailing the onset of AF in a 24-hour cycle. Patients had either paroxysmal or persistent AF. Studies performed in ICU populations (n=3) were omitted due to different triggers for AF. Time of AF onset was determined either by Cardiac Implantable Electronic Device (CIED) (n=5), Holter (n=7) or minute history taking (n=3). The presence and statistical significance of a 24-hour periodicity is tested using the cosinor analysis: Y(t)= A ⋅ sin(2πft + α) + β where the amplitude, frequency, phase and error (A, f, α and β, respectively) are computed by single harmonic regression using a nonlinear least-squares method. Goodness of fit is estimated using R2, the statistical significance of the model is tested using a zero-amplitude test. Results The 15 studies included 2.080 patients with 11.886 onsets of AF. The blue bars in Figure 1 represent the total of AF onsets from all studies per hour. The pattern of onset AF can be approximated well by a single sine function (Onset(t)= 95.7915 ⋅ sin((2π ⋅ 0.0417 ⋅ t) – 1.8386) + 510.5500, R2 0.77, P = 0.03) with a 24-hour period, clearly establishing the 24-hour rhythmicity in the onset of AF (Figure 1, red line). Hours with significantly more onset of AF compared to the mean, assessed by residual Chi2 testing, are exclusively nocturnal (22.00-7.00, indicated by a moon symbol in Figure 1) while hours with significantly less onset are exclusively during daytime (7.00-22.00, indicated by a sun symbol in Figure 1). Conclusion Despite the potential limitations due to the methods used, such as arrhythmia discrimination in CIED-studies and asymptomatic episodes in case of history taking, the overall picture of predominance of nocturnal AF onset is clearly established. Multiple pathophysiological mechanisms might underlie this circadian pattern and nocturnal predominance, like obstructive sleep apnea and increased vagal tone, which should be subject of further research.time of onset of AF over a 24h period

SUMMARY Metastases arise from disseminated cancer cells (DCCs) that detach from the primary tumor and seed distant organs. There, quiescent DCCs can survive for an extended time, a state referred to as metastatic dormancy. The mechanisms governing the induction, maintenance, and awakening from metastatic dormancy are unclear. We show that the differentiation of dormancy-inducing CD8 + T cells requires CD4 + T cell help, and that IFNγ directly induces dormancy in DCCs. The maintenance of metastatic dormancy, however, is independent of T cells. Instead, awakening from dormancy requires an inflammatory signal, and we identified CD4 + T cell-derived IL- 17A as an essential wake-up signal for dormant DCCs in the lungs. Thus, the induction and awakening from metastatic dormancy require an external stimulus, while the maintenance of dormancy does not rely on the continuous surveillance by lymphocytes.

The liver is an important metastatic organ that contains many innate immune cells, yet little is known about their role in anti-metastatic defense. We investigated how invariant natural killer T (iNKT) cells influence colorectal cancer-derived liver metastasis using different models in immunocompetent mice. We found that hepatic iNKT cells promote metastasis by creating a supportive niche for disseminated cancer cells. Mechanistically, iNKT cells respond to disseminating cancer cells by producing the fibrogenic cytokines IL-4 and IL-13 in a TCR-independent manner. Selective abrogation of IL-4 and IL-13 sensing in hepatic stellate cells prevented their transdifferentiation into extracellular matrix-producing myofibroblasts, which hindered metastatic outgrowth of disseminated cancer cells. This study highlights a novel tumor-promoting axis driven by iNKT cells in the initial stages of metastasis.