Introducing chimeric antigen receptors into the endogenous T-cell receptor locus reduces tonic signalling, averts accelerated T-cell differentiation and delays T-cell exhaustion, leading to enhanced function and anti-tumour efficacy compared to random integrations. Using T cells transduced with synthetic chimeric antigen receptors (CARs) is a promising strategy for treating certain types of cancer. Here Michel Sadelain and colleagues provide evidence in a mouse tumour model that knocking the CAR into the endogenous T-cell receptor α constant locus reduces tonic signalling, avoids accelerated T-cell differentiation, and delays T-cell exhaustion. This results in enhanced function and anti-tumour efficacy compared with random integrations. Chimeric antigen receptors (CARs) are synthetic receptors that redirect and reprogram T cells to mediate tumour rejection1. The most successful CARs used to date are those targeting CD19 (ref. 2), which offer the prospect of complete remission in patients with chemorefractory or relapsed B-cell malignancies3. CARs are typically transduced into the T cells of a patient using γ-retroviral4 vectors or other randomly integrating vectors5, which may result in clonal expansion, oncogenic transformation, variegated transgene expression and transcriptional silencing6,7,8. Recent advances in genome editing enable efficient sequence-specific interventions in human cells9,10, including targeted gene delivery to the CCR5 and AAVS1 loci11,12. Here we show that directing a CD19-specific CAR to the T-cell receptor α constant (TRAC) locus not only results in uniform CAR expression in human peripheral blood T cells, but also enhances T-cell potency, with edited cells vastly outperforming conventionally generated CAR T cells in a mouse model of acute lymphoblastic leukaemia. We further demonstrate that targeting the CAR to the TRAC locus averts tonic CAR signalling and establishes effective internalization and re-expression of the CAR following single or repeated exposure to antigen, delaying effector T-cell differentiation and exhaustion. These findings uncover facets of CAR immunobiology and underscore the potential of CRISPR/Cas9 genome editing to advance immunotherapies.

Cellular senescence is characterized by stable cell-cycle arrest and a secretory program that modulates the tissue microenvironment1,2. Physiologically, senescence serves as a tumour-suppressive mechanism that prevents the expansion of premalignant cells3,4 and has a beneficial role in wound-healing responses5,6. Pathologically, the aberrant accumulation of senescent cells generates an inflammatory milieu that leads to chronic tissue damage and contributes to diseases such as liver and lung fibrosis, atherosclerosis, diabetes and osteoarthritis1,7. Accordingly, eliminating senescent cells from damaged tissues in mice ameliorates the symptoms of these pathologies and even promotes longevity1,2,8–10. Here we test the therapeutic concept that chimeric antigen receptor (CAR) T cells that target senescent cells can be effective senolytic agents. We identify the urokinase-type plasminogen activator receptor (uPAR)11 as a cell-surface protein that is broadly induced during senescence and show that uPAR-specific CAR T cells efficiently ablate senescent cells in vitro and in vivo. CAR T cells that target uPAR extend the survival of mice with lung adenocarcinoma that are treated with a senescence-inducing combination of drugs, and restore tissue homeostasis in mice in which liver fibrosis is induced chemically or by diet. These results establish the therapeutic potential of senolytic CAR T cells for senescence-associated diseases. Chimeric antigen receptor (CAR) T cells targeting uPAR, a cell-surface protein that is upregulated on senescent cells, eliminate senescent cells in vitro and in vivo and reduce liver fibrosis in mice.

Chimeric antigen receptors (CARs) are synthetic antigen receptors that reprogram T cell specificity, function and persistence1. Patient-derived CAR T cells have demonstrated remarkable efficacy against a range of B-cell malignancies1–3, and the results of early clinical trials suggest activity in multiple myeloma4. Despite high complete response rates, relapses occur in a large fraction of patients; some of these are antigen-negative and others are antigen-low1,2,4–9. Unlike the mechanisms that result in complete and permanent antigen loss6,8,9, those that lead to escape of antigen-low tumours remain unclear. Here, using mouse models of leukaemia, we show that CARs provoke reversible antigen loss through trogocytosis, an active process in which the target antigen is transferred to T cells, thereby decreasing target density on tumour cells and abating T cell activity by promoting fratricide T cell killing and T cell exhaustion. These mechanisms affect both CD28- and 4-1BB-based CARs, albeit differentially, depending on antigen density. These dynamic features can be offset by cooperative killing and combinatorial targeting to augment tumour responses to immunotherapy. Chimeric antigen receptors (CARs) promote antigen loss in tumour cells by trogocytosis, which results in T cell fratricide killing and exhaustion but can be counteracted by cooperative killing and combinatorial targeting.

Chimeric antigen receptors (CARs) are receptors for antigen that direct potent immune responses. Tumor escape associated with low target antigen expression is emerging as one potential limitation of their efficacy. Here we edit the TRAC locus in human peripheral blood T cells to engage cell-surface targets through their T cell receptor-CD3 complex reconfigured to utilize the same immunoglobulin heavy and light chains as a matched CAR. We demonstrate that these HLA-independent T cell receptors (HIT receptors) consistently afford high antigen sensitivity and mediate tumor recognition beyond what CD28-based CARs, the most sensitive design to date, can provide. We demonstrate that the functional persistence of HIT T cells can be augmented by constitutive coexpression of CD80 and 4-1BBL. Finally, we validate the increased antigen sensitivity afforded by HIT receptors in xenograft mouse models of B cell leukemia and acute myeloid leukemia, targeting CD19 and CD70, respectively. Overall, HIT receptors are well suited for targeting cell surface antigens of low abundance.

The production of autologous T cells expressing a chimaeric antigen receptor (CAR) is time-consuming, costly and occasionally unsuccessful. T-cell-derived induced pluripotent stem cells (TiPS) are a promising source for the generation of 'off-the-shelf' CAR T cells, but the in vitro differentiation of TiPS often yields T cells with suboptimal features. Here we show that the premature expression of the T-cell receptor (TCR) or a constitutively expressed CAR in TiPS promotes the acquisition of an innate phenotype, which can be averted by disabling the TCR and relying on the CAR to drive differentiation. Delaying CAR expression and calibrating its signalling strength in TiPS enabled the generation of human TCR- CD8αβ+ CAR T cells that perform similarly to CD8αβ+ CAR T cells from peripheral blood, achieving effective tumour control on systemic administration in a mouse model of leukaemia and without causing graft-versus-host disease. Driving T-cell maturation in TiPS in the absence of a TCR by taking advantage of a CAR may facilitate the large-scale development of potent allogeneic CD8αβ+ T cells for a broad range of immunotherapies.

Abstract HLA-E is overexpressed by approximately 80% of solid tumors, including malignant glioblastoma, and is emerging as a major checkpoint for NKG2A + CD8 + T cells and NK cells in the tumor microenvironment and circulation. This axis operates side-by-side with PD-L1 to shut down effector responses by T and NK cells. Here, we engineered a novel chimeric A/C switch receptor, combining the strong HLA-E binding affinity of the NKG2A receptor ectodomain with the activating signaling of the NKG2C receptor endodomain. We found that A/C Switch-transduced NK and T cells displayed superior and specific cytotoxic function when challenged with tumor cells exhibiting medium to high HLA-E expression. Furthermore, A/C Switch-expressing human T cells demonstrated enhanced anti-tumor function in a xenograft model of glioblastoma. Importantly, the activity of the modified T cells was governed by an equilibrium between A/C Switch transduction level and HLA-E expression, creating a therapeutic window to safeguard against on-target off-tumor toxicities. Indeed, normal cells remained insensitive to A/C Switch engineered T cells even after pre-treatment with IFN-γ to induce HLA-E expression. We propose that this novel A/C switch receptor may operate alone to control tumor cells expressing high levels of HLA-E or in combination with other engineered specificities to overcome the suppressive NKG2A/HLA-E checkpoint.

We designed a CD19-targeted CAR comprising a calibrated signaling module, termed 1XX, that differs from that of conventional CD28/CD3z and 4-1BB/CD3z CARs. Here we report the first-in-human, phase 1 clinical trial of 19(T2)28z-1XX CAR T cells in relapsed/refractory large B-cell lymphoma. We hypothesized that 1XX CAR T cells may be effective at low doses and investigated 4 doubling dose levels starting from 25x10