CMTM6 maintains PD-L1 at the plasma membrane by inhibiting its lysosome-mediated degradation and promoting its recycling. Understanding the molecular regulation of programmed death-1 ligand 1 (PD-L1) expression could help to explain the success of certain anti-tumour therapies that disrupt PD-L1-mediated tumour tolerance. Mark Dawson and colleagues identify a novel regulator of PD-L1 expression, CMTM6, through a genome-wide CRISPR–Cas9 screen. CMTM6 functions to maintain PD-L1 at the plasma membrane by inhibiting its lysosome-mediated degradation and promoting its recycling. Elsewhere in this issue, Ton Schumacher and colleagues describe a haploid genetic screen to identify molecules and pathways that influence the cell surface expression of PD-L1. They also identify chemokine-like factors CMTM6 and CMTM4 as cell endogenous regulators of PD-L1 stability, and suggest that this axis could be targeted therapeutically to improve cancer immunotherapy. Cancer cells exploit the expression of the programmed death-1 (PD-1) ligand 1 (PD-L1) to subvert T-cell-mediated immunosurveillance1,2. The success of therapies that disrupt PD-L1-mediated tumour tolerance has highlighted the need to understand the molecular regulation of PD-L1 expression1. Here we identify the uncharacterized protein CMTM6 as a critical regulator of PD-L1 in a broad range of cancer cells, by using a genome-wide CRISPR–Cas9 screen. CMTM6 is a ubiquitously expressed protein that binds PD-L1 and maintains its cell surface expression. CMTM6 is not required for PD-L1 maturation but co-localizes with PD-L1 at the plasma membrane and in recycling endosomes, where it prevents PD-L1 from being targeted for lysosome-mediated degradation. Using a quantitative approach to profile the entire plasma membrane proteome, we find that CMTM6 displays specificity for PD-L1. Notably, CMTM6 depletion decreases PD-L1 without compromising cell surface expression of MHC class I. CMTM6 depletion, via the reduction of PD-L1, significantly alleviates the suppression of tumour-specific T cell activity in vitro and in vivo. These findings provide insights into the biology of PD-L1 regulation, identify a previously unrecognized master regulator of this critical immune checkpoint and highlight a potential therapeutic target to overcome immune evasion by tumour cells.

Bromodomain and extra terminal protein (BET) inhibitors are first-in-class targeted therapies that deliver a new therapeutic opportunity by directly targeting bromodomain proteins that bind acetylated chromatin marks. Early clinical trials have shown promise, especially in acute myeloid leukaemia, and therefore the evaluation of resistance mechanisms is crucial to optimize the clinical efficacy of these drugs. Here we use primary mouse haematopoietic stem and progenitor cells immortalized with the fusion protein MLL-AF9 to generate several single-cell clones that demonstrate resistance, in vitro and in vivo, to the prototypical BET inhibitor, I-BET. Resistance to I-BET confers cross-resistance to chemically distinct BET inhibitors such as JQ1, as well as resistance to genetic knockdown of BET proteins. Resistance is not mediated through increased drug efflux or metabolism, but is shown to emerge from leukaemia stem cells both ex vivo and in vivo. Chromatin-bound BRD4 is globally reduced in resistant cells, whereas the expression of key target genes such as Myc remains unaltered, highlighting the existence of alternative mechanisms to regulate transcription. We demonstrate that resistance to BET inhibitors, in human and mouse leukaemia cells, is in part a consequence of increased Wnt/β-catenin signalling, and negative regulation of this pathway results in restoration of sensitivity to I-BET in vitro and in vivo. Together, these findings provide new insights into the biology of acute myeloid leukaemia, highlight potential therapeutic limitations of BET inhibitors, and identify strategies that may enhance the clinical utility of these unique targeted therapies.

Loss of MHC class I (MHC-I) antigen presentation in cancer cells can elicit immunotherapy resistance. A genome-wide CRISPR/Cas9 screen identified an evolutionarily conserved function of polycomb repressive complex 2 (PRC2) that mediates coordinated transcriptional silencing of the MHC-I antigen processing pathway (MHC-I APP), promoting evasion of T cell-mediated immunity. MHC-I APP gene promoters in MHC-I low cancers harbor bivalent activating H3K4me3 and repressive H3K27me3 histone modifications, silencing basal MHC-I expression and restricting cytokine-induced upregulation. Bivalent chromatin at MHC-I APP genes is a normal developmental process active in embryonic stem cells and maintained during neural progenitor differentiation. This physiological MHC-I silencing highlights a conserved mechanism by which cancers arising from these primitive tissues exploit PRC2 activity to enable immune evasion.

The G-quadruplex is an alternative DNA structural motif that is considered to be functionally important in the mammalian genome for transcriptional regulation, DNA replication and genome stability, but the nature and distribution of G-quadruplexes across the genome remains elusive. Here, we address the hypothesis that G-quadruplex structures exist within double-stranded genomic DNA and can be explicitly identified using a G-quadruplex-specific probe. An engineered antibody is employed to enrich for DNA containing G-quadruplex structures, followed by deep sequencing to detect and map G-quadruplexes at high resolution in genomic DNA from human breast adenocarcinoma cells. Our high sensitivity structure-based pull-down strategy enables the isolation of genomic DNA fragments bearing single, as well as multiple G-quadruplex structures. Stable G-quadruplex structures are found in sub-telomeres, gene bodies and gene regulatory regions. For a sample of identified target genes, we show that G-quadruplex-stabilizing ligands can modulate transcription. These results confirm the existence of G-quadruplex structures and their persistence in human genomic DNA. Guanine-rich DNA can form four-stranded structures called G-quadruplexes, which are thought to influence DNA replication, transcription and repair; their stability and prevalence in the genome is in need of further elucidation. Here the authors employ an antibody-based approach to sensitively map G-quadruplexes in the genome.

Cellular barcoding using heritable synthetic barcodes coupled to high throughput sequencing is a powerful technique for the accurate tracing of clonal lineages in a wide variety of biological contexts. Recent studies have integrated cellular barcoding with a single-cell transcriptomics readout, extending the capabilities of these lineage tracing methods to the single-cell level. However there remains a lack of scalable and standardised open-source tools to pre-process and visualise both population-level and single-cell level cellular barcoding datasets. To address these limitations, we developed BARtab, a portable and scalable Nextflow pipeline that automates upstream barcode extraction, quality control, filtering and enumeration from high throughput sequencing data; and bartools, an open-source R package that streamlines the analysis and visualisation of population and single-cell level cellular barcoding datasets. BARtab contains additional methods for the extraction and annotation of transcribed barcodes from single-cell RNA-seq and spatial transcriptomics experiments, thus extending this analytical toolbox to also support novel expressed cellular barcoding methodologies. We showcase the integrated BARtab and bartools workflow through comparison with previously published toolsets and via the analysis of exemplar bulk, single-cell, and spatial transcriptomics cellular barcoding datasets.

Summary The regulation of all chromatin-templated processes involves the selective recruitment of chromatin factors to facilitate DNA repair, replication, and transcription. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a critical experimental method used to provide spatiotemporal evidence for the coordination of these chromatin-based events including the dynamic regulation of chromatin modifications at cis-regulatory elements. However, obtaining a global appreciation of all the factors that influence a specific chromatin event has remained challenging. Here, as a proof of concept we demonstrate the utility of coupling unbiased functional genomics with ChIP to identify the factors associated with active transcription. Specifically, we use this method to identify the major chromatin factors associated with the catalysis of two evolutionarily conserved histone modifications; H3K4me3 present at the transcriptional start site and H3K79me2 present through the gene body of actively transcribed genes. With CRISPR-ChIP, we identify all the non-redundant COMPASS complex members required for H3K4me3 and demonstrate that RNA polymerase II is dispensable for the maintenance of H3K4me3. As H3K79me2 has a putative oncogenic function in leukaemia cells driven by MLL-translocations, using CRISPR-ChIP we reveal a functional partitioning of H3K79 methylation into two distinct regulatory units. An oncogenic DOT1L complex, where the malignant driver directs the catalytic activity of DOT1L at MLL-Fusion target genes and a separate endogenous DOT1L complex, where catalytic activity is directed by MLLT10. This functional demarcation provides an explanation for the observed synergy with Menin and DOT1L inhibitors and why Menin inhibition surprisingly controls methylation of H3K79 at a critical subset of genes that sustain MLL-fusion leukaemia. Overall, CRISPR-ChIP provides a powerful tool for the unbiased interrogation of the mechanisms underpinning chromatin regulation.