Epigenetic profiling suggests that exhausted T cells are a distinct cell linage.

Profiling microbial community function from metagenomic sequencing data remains a computationally challenging problem. Mapping millions of DNA reads from such samples to reference protein databases requires long run-times, and short read lengths can result in spurious hits to unrelated proteins (loss of specificity). We developed ShortBRED (Short, Better Representative Extract Dataset) to address these challenges, facilitating fast, accurate functional profiling of metagenomic samples. ShortBRED consists of two components: (i) a method that reduces reference proteins of interest to short, highly representative amino acid sequences (“markers”) and (ii) a search step that maps reads to these markers to quantify the relative abundance of their associated proteins. After evaluating ShortBRED on synthetic data, we applied it to profile antibiotic resistance protein families in the gut microbiomes of individuals from the United States, China, Malawi, and Venezuela. Our results support antibiotic resistance as a core function in the human gut microbiome, with tetracycline-resistant ribosomal protection proteins and Class A beta-lactamases being the most widely distributed resistance mechanisms worldwide. ShortBRED markers are applicable to other homology-based search tasks, which we demonstrate here by identifying phylogenetic signatures of antibiotic resistance across more than 3,000 microbial isolate genomes. ShortBRED can be applied to profile a wide variety of protein families of interest; the software, source code, and documentation are available for download at http://huttenhower.sph.harvard.edu/shortbred

Abstract There is growing appreciation for the emergence of CAR neg bystander T cells after CAR-T cell infusion. However, their phenotypic and transcriptomic hallmarks and mechanisms of activation remain uncertain. We performed single-cell RNA-Seq (scRNA-Seq) on non-human primate (NHP) and patient-derived T cells to interrogate CAR neg T cells following B cell targeted CAR-T cell therapy. In a NHP model, we observed a distinct population of activated CD8+ CAR neg T cells emerging during CAR-T cell expansion. These bystander CD8+ CAR neg T cells exhibited a unique transcriptional signature with upregulation of NK-cell markers ( KIR3DL2, CD160, KLRD1 ), chemokines and chemokine receptors ( CCL5, XCL1, CCR9 ), and downregulation of naive T cell-associated genes ( SELL, CD28 ). A transcriptionally similar population was identified in patients following Tisangelecleucel infusion. Mechanistic studies revealed that IL-2 and IL-15 exposure induced bystander-like CD8+ T cells. These T cells efficiently killed leukemic cells through a TCR-independent mechanism. Together, these data identify bystander CD8+ T cells as a novel mechanism by which CAR-T cell infusion can induce further anti-leukemic activity, measurable in both NHP and in patients. Statement of Significance We have deeply interrogated CAR neg bystander CD8+ T cells during CAR-T cell expansion in non­human primates and patients receiving Tisangelecleucel to identify the unique transcriptomic signature defining these cells, and to determine that IL-2-and IL-15-induced cytotoxic bystander T cells are capable of killing in a TCR-independent manner. These data highlight the potential of bystander T cells for leukemia control and provide a critical foundation for their future analysis.

2006 Background: Prognosis of patients with relapsed/refractory (R/R) CNSL is poor with no standard of care treatment options. Anti-CD19 chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapy axicabtagene ciloleucel (axi-cel) has shown efficacy in R/R systemic large B-cell lymphoma (LBCL) and could be considered for R/R CNSL. Methods: We conducted a pilot study of axi-cel in patients with R/R CNS LBCL. No bridging therapy except corticosteroids was allowed after enrollment. Ommaya reservoir was placed before infusion. Patients underwent lymphodepletion with fludarabine and cyclophosphamide followed by axi-cel dosing of 2x10 6 cells/kg intravenous infusion. The study enrolled 18 patients, of whom the first 6 patients were observed for treatment-limiting toxicities (TLTs). Primary endpoint was safety, measured by rate of TLTs and grade 3+ adverse events (AEs). Secondary endpoints included objective response rate (ORR), complete response (CR) rate, duration of response (DOR), progression-free survival (PFS) and overall survival (OS). Exploratory analyses include paired peripheral blood (PB) and CSF analyses for axi-cel pharmacokinetics, pharmacodynamics, flow cytometry, single-cell RNA-Seq. Results: We report the results of the entire cohort of 18 patients (13 PCNSL, 4 SCNSL, 1 concurrent systemic & ocular L) enrolled. Median age was 62 years (33-80), 8/18 were women. Median number of prior therapies was 3 (1-7). No TLTs were observed; 16/18 (89%) patients developed cytokine release syndrome/CRS (grade 3+, 0%); 8/18 (44%) developed immune effector cell-associated neurologic syndrome/ICANS, 5/18 (28%) grade 3+. Two patients developed Ommaya-related meningitis requiring explant with recovery. One patient had grade 3 seizures that resolved with anti-epileptic agents. The ORR was 94% (17/18); 67% CR (12/18). The median time to best response was 3 months. As of January 25, 2024, the median follow up was 24.2 months, median DOR 13.4 months and 9 patients had progressed. The median PFS was 14.3 months (95% CI: 6.3-NR) and median OS, 26.4 months (95% CI: 11.2-NR). Seven patients have died, all from disease progression. At the time of presentation, there will be a minimum follow-up of 12 months. Correlative data on all 18 patients will be presented at the meeting. Axi-cel pharmacokinetics in the first 12 CNSL patients was similar to that previously reported for DLBCL patients without CNS involvement in ZUMA-1 and ZUMA-7. Patients with CR demonstrated increased peak levels of pro-inflammatory cytokines. CSF CAR T cells exhibit Type I interferon (IFN) transcriptomic signature compared to proliferative signature in blood. Conclusions: Axi-cel was safe and well-tolerated in CNSL patients with encouraging efficacy and median PFS and durability of response of more than 1 year. There was no apparent additional risk of adverse neurologic events including ICANS from axi-cel. Clinical trial information: NCT04608487 .

Abstract T cell receptor clonotype tracking is a powerful tool for interrogating T cell mediated immune processes. New methods to pair a single cell’s transcriptional program with its T cell receptor (TCR) identity allow monitoring of T cell clonotype-specific transcriptional dynamics. While these technologies have been available for human and mouse T cells studies, they have not been developed for Rhesus Macaques, a critical translational organism for autoimmune diseases, vaccine development and transplantation. We describe a new pipeline, ‘RM-scTCR-Seq’, which, for the first time, enables RM specific single cell TCR amplification, reconstitution and pairing of RM TCR’s with their transcriptional profiles. We apply this method to a RM model of GVHD, and identify and track in vitro detected alloreactive clonotypes in GVHD target organs and explore their GVHD driven cytotoxic T cell signature. This novel, state-of-the-art platform fundamentally advances the utility of RM to study protective and pathogenic T cell responses.

ABSTRACT One of the central challenges in the field of allo-immunity is deciphering the mechanisms driving T cells to infiltrate and subsequently occupy target organs to cause disease. The act of CD8-dominated T cell infiltration is critical to acute graft-versus-host disease (aGVHD), wherein donor T cells become activated, tissue-infiltrating and highly cytotoxic, causing wide-spread tissue damage after allogeneic hematopoietic stem cell transplant (allo-HCT). However, in human and non-human primate studies, deconvolving the transcriptional programs of newly recruited relative to resident memory T cells in the gastrointestinal (GI) tract has remained a challenge. In this study, we combined the novel technique of Serial Intravascular Staining (SIVS) with single-cell RNA-Seq (scRNA-seq) to enable detailed dissection of the tightly connected processes by which T cells first infiltrate tissues and then establish a pathogenic tissue residency program after allo-HCT in non-human primates. Our results have enabled the creation of a spatiotemporal map of the transcriptional drivers of CD8 T cell infiltration into the primary aGVHD target-organ, the GI tract. We identify the large and small intestines as the only two sites demonstrating allo-specific, rather than lymphdepletion-driven T cell infiltration. The donor CD8 T cells that infiltrate the GI tract demonstrate a highly activated, cytotoxic phenotype while simultaneously rapidly developing canonical tissue-resident memory (T RM ) protein expression and transcriptional signatures, driven by IL-15/IL-21 signaling. Moreover, by combining SIVS and transcriptomic analysis, we have been able to work backwards from this pathogenic T RM programing, and, for the first time, identify a cluster of genes directly associated with tissue invasiveness, prominently including specific chemokines and adhesion molecules and their receptors, as well as a central cytoskeletal transcriptional node. The clinical relevance of this new tissue invasion signature was validated by its ability to discriminate the CD8 T cell transcriptome of patients with GI aGVHD. These results provide new insights into the mechanisms controlling tissue infiltration and pathogenic CD8 T RM transcriptional programing, uncovering critical transitions in allo-immune tissue invasion and destruction. One sentence summary Flow cytometric and transcriptomic analysis reveals coordinated tissue-infiltration and tissue-residency programs driving gastrointestinal aGVHD.

Abstract Functional tuning of T cells based on their degree of self-reactivity is established during positive selection in the thymus, although how positive selection differs for thymocytes with relatively low versus high self-reactivity is unclear. In addition, preselection thymocytes are highly sensitive to low-affinity ligands, but the mechanism underlying their enhanced TCR sensitivity is not fully understood. Here we show that murine thymocytes with low self-reactivity experience briefer TCR signals and complete positive selection more slowly than those with high self-reactivity. Additionally, we provide evidence that cells with low self-reactivity retain a preselection gene expression signature as they mature, including genes previously implicated in modulating TCR sensitivity and a novel group of ion channel genes. Our results imply that thymocytes with low self-reactivity down-regulate TCR sensitivity more slowly during positive selection, and suggest that modulation of membrane ion channel function may play a role in regulating TCR tuning throughout development. Impact Statement Developing T cells whose TCRs have relatively low reactivity experience very brief TCR signaling events, delayed positive selection, and do not fully down regulate their TCR sensitivity as they mature.