The immune microenvironment influences tumour evolution and can be both prognostic and predict response to immunotherapy1,2. However, measurements of tumour infiltrating lymphocytes (TILs) are limited by a shortage of appropriate data. Whole-exome sequencing (WES) of DNA is frequently performed to calculate tumour mutational burden and identify actionable mutations. Here we develop T cell exome TREC tool (T cell ExTRECT), a method for estimation of T cell fraction from WES samples using a signal from T cell receptor excision circle (TREC) loss during V(D)J recombination of the T cell receptor-α gene (TCRA (also known as TRA)). TCRA T cell fraction correlates with orthogonal TIL estimates and is agnostic to sample type. Blood TCRA T cell fraction is higher in females than in males and correlates with both tumour immune infiltrate and presence of bacterial sequencing reads. Tumour TCRA T cell fraction is prognostic in lung adenocarcinoma. Using a meta-analysis of tumours treated with immunotherapy, we show that tumour TCRA T cell fraction predicts immunotherapy response, providing value beyond measuring tumour mutational burden. Applying T cell ExTRECT to a multi-sample pan-cancer cohort reveals a high diversity of the degree of immune infiltration within tumours. Subclonal loss of 12q24.31–32, encompassing SPPL3, is associated with reduced TCRA T cell fraction. T cell ExTRECT provides a cost-effective technique to characterize immune infiltrate alongside somatic changes. A robust, cost-effective technique based on whole-exome sequencing data can be used to characterize immune infiltrates, relate the extent of these infiltrates to somatic changes in tumours, and enables prediction of tumour responses to immune checkpoint inhibition therapy.

Abstract Targeting early-stage lung cancer is vital to improve overall survival. We previously identified Toll-like receptor 2 (TLR2) as a regulator of oncogene-induced senescence (OIS) and the senescence-associated secretory phenotype (SASP), both key for tumor suppression. Here, we demonstrate that TLR2 is widely expressed in human lung tumor epithelium where it correlates with improved survival and clinical regression. Using genetically engineered mouse models of lung cancer we have shown that Tlr2 is a tumor suppressor in lung cancer initiation via regulation of proliferation and the SASP. The SASP is integral in the regulation of immune surveillance of premalignant cells, and we observe impaired myeloid derived immune surveillance following Tlr2 loss. Lastly, we show that administration of a synthetic Tlr2 agonist significantly reduces preinvasive lung tumor growth. Our data highlight an unexpected tumor surveillance pathway in early-stage lung cancer with therapeutic potential. Statement of significance Lung cancer is a major cancer of unmet need. This study identifies a novel tumor suppressor mechanism in lung cancer. Not only does this highlight a potential therapeutic target for early-stage disease but also multiple secreted candidate biomarkers that could be exploited to augment lung cancer screening approaches.

Abstract While the acquisition of cellular plasticity in adult stem cells is essential for rapid regeneration after tissue injury, little is known about the underlying molecular mechanisms governing this process. Our data reveal the coordination of airway progenitor differentiation plasticity by inflammatory signals during alveolar regeneration. Upon damage, IL-1β signalling-dependent modulation of Jag1/2 expression in ciliated cells results in the inhibition of Notch signalling in secretory cells, which drives reprogramming and acquisition of differentiation plasticity. We identify a core role for the transcription factor Fosl2/Fra2 in secretory cell fate conversion to alveolar type 2 (AT2) cells retaining the distinct genetic and epigenetic signatures of secretory lineages. We furthermore reveal that KDR/FLK-1 + human secretory cells display a conserved capacity to generate AT2 cells via Notch inhibition. Our results demonstrate the functional role of a IL-1β-Notch-Fosl2 axis for the fate decision of secretory cells during injury repair, proposing a new potential therapeutic target for human lung alveolar regeneration.

Development of therapeutic approaches for rare respiratory diseases is hampered by the lack of systems that allow medium-to-high-throughput screening of fully differentiated respiratory epithelium from affected patients. This is a particular problem for primary ciliary dyskinesia (PCD), a rare genetic disease caused by mutations in genes that adversely affect ciliary movement and consequently mucociliary transport. Primary cell culture of basal epithelial cells from nasal brush biopsies, followed by ciliated differentiation at air-liquid interface (ALI) has proven to be a useful tool in PCD diagnostics but the technique's broader utility, including in pre-clinical PCD research, has been limited by the number of basal cells that it is possible to expand from such biopsies. Here, we describe a high-content imaging-based screening method, enabled by extensive expansion of PCD patient basal cells and their culture into fully differentiated human respiratory epithelium in miniaturised 96-well transwell format ALI cultures. Analyses of ciliary beat pattern, beat frequency and ultrastructure indicate that a range of different PCD defects are retained in these cultures. We perform a proof-of-principle personalised investigation in reduced generation of motile cilia (RGMC), a rare and very severe form of PCD, in this case caused by a homozygous nonsense mutation (c.441C>A; p.Cys147*) in the MCIDAS gene. The screening system allowed multiple drugs inducing translational readthrough to be evaluated alone or in combination with inhibitors of nonsense-mediated decay. Restoration of basal body formation in the patient's nasal epithelial cells was seen in vitro, suggesting a novel avenue for drug evaluation and development in PCD.