Regulatory T cells (Tregs) are a barrier to anti-tumor immunity. Neuropilin-1 (Nrp1) is required to maintain intratumoral Treg stability and function but is dispensable for peripheral immune tolerance. Treg-restricted Nrp1 deletion results in profound tumor resistance due to Treg functional fragility. Thus, identifying the basis for Nrp1 dependency and the key drivers of Treg fragility could help to improve immunotherapy for human cancer. We show that a high percentage of intratumoral NRP1+ Tregs correlates with poor prognosis in melanoma and head and neck squamous cell carcinoma. Using a mouse model of melanoma where Nrp1-deficient (Nrp1-/-) and wild-type (Nrp1+/+) Tregs can be assessed in a competitive environment, we find that a high proportion of intratumoral Nrp1-/- Tregs produce interferon-γ (IFNγ), which drives the fragility of surrounding wild-type Tregs, boosts anti-tumor immunity, and facilitates tumor clearance. We also show that IFNγ-induced Treg fragility is required for response to anti-PD1, suggesting that cancer therapies promoting Treg fragility may be efficacious.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) remains a lethal malignancy with an immunosuppressive microenvironment that is resistant to most therapies. IL17 is involved in pancreatic tumorigenesis, but its role in invasive PDAC is undetermined. We hypothesized that IL17 triggers and sustains PDAC immunosuppression. We inhibited IL17/IL17RA signaling using pharmacological and genetic strategies alongside mass cytometry and multiplex immunofluorescence techniques. We uncovered that IL17 recruits neutrophils, triggers neutrophil extracellular traps (NETs), and excludes cytotoxic CD8 T cells from tumors. Additionally, IL17 blockade increases immune checkpoint blockade (PD-1, CTLA4) sensitivity. Inhibition of neutrophils or Padi4-dependent NETosis phenocopies IL17 neutralization. NMR spectroscopy revealed changes in tumor lactate as a potential early biomarker for IL17/PD-1 combination efficacy. Higher expression of IL17 and PADI4 in human PDAC corresponds with poorer prognosis, and the serum of patients with PDAC has higher potential for NETosis. Clinical studies with IL17 and checkpoint blockade represent a novel combinatorial therapy with potential efficacy for this lethal disease.

Interleukin-17 (IL-17) and IL-17 receptor (IL-17R) signaling are essential for regulating mucosal host defense against many invading pathogens. Commensal bacteria, especially segmented filamentous bacteria (SFB), are a crucial factor that drives T helper 17 (Th17) cell development in the gastrointestinal tract. In this study, we demonstrate that Th17 cells controlled SFB burden. Disruption of IL-17R signaling in the enteric epithelium resulted in SFB dysbiosis due to reduced expression of α-defensins, Pigr, and Nox1. When subjected to experimental autoimmune encephalomyelitis, IL-17R-signaling-deficient mice demonstrated earlier disease onset and worsened severity that was associated with increased intestinal Csf2 expression and elevated systemic GM-CSF cytokine concentrations. Conditional deletion of IL-17R in the enteric epithelium demonstrated that there was a reciprocal relationship between the gut microbiota and enteric IL-17R signaling that controlled dysbiosis, constrained Th17 cell development, and regulated the susceptibility to autoimmune inflammation.

Single-stranded DNA or RNA sequences rich in guanine (G) can adopt non-canonical structures known as G-quadruplexes (G4). Predicted G4-forming sequences in the mitochondrial genome are enriched on the heavy-strand and have been associated with formation of deletion breakpoints that cause mitochondrial disorders. However, the functional roles of G4 structures in regulating mitochondrial respiration in non-cancerous cells remain unclear. Here, we demonstrate that RHPS4, previously thought to be a nuclear G4-ligand, localizes primarily to mitochondria in live cells by mechanisms involving mitochondrial membrane potential. We find that RHPS4 exposure causes an acute inhibition of mitochondrial transcript elongation, leading to respiratory complex depletion. At higher ligand doses, RHPS4 causes mitochondrial DNA (mtDNA) replication pausing and genome depletion. Using these different levels of RHPS4 exposure, we describe discrete nuclear gene expression responses associated with mitochondrial transcription inhibition or with mtDNA depletion. Importantly, a mtDNA variant with increased anti-parallel G4-forming characteristic shows a stronger respiratory defect in response to RHPS4, supporting the conclusion that mitochondrial sensitivity to RHPS4 is G4-structure mediated. Thus, we demonstrate a direct role for G4 perturbation in mitochondrial genome replication, transcription processivity, and respiratory function in normal cells and describe the first molecule that differentially recognizes G4 structures in mtDNA.

Bone metastases (BoM) are a significant cause of morbidity in patients with Estrogen-receptor (ER)-positive breast cancer, yet characterizations of human specimens are limited. In this study, exome-capture RNA-sequencing (ecRNA-seq) on aged (8-12 years), formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) and decalcified cancer specimens was first evaluated. Gene expression values and RNA-seq quality metrics from FFPE or decalcified tumor RNA showed minimal differences when compared to matched flash-frozen or non-decalcified tumors. ecRNA-seq was then applied on a longitudinal collection of 11 primary breast cancers and patient-matched de novo or recurrent BoM. BoMs harbored shifts to more Her2 and LumB PAM50 intrinsic subtypes, temporally influenced expression evolution, recurrently dysregulated prognostic gene sets and altered expression of clinically actionable genes, particularly in the CDK-Rb-E2F and FGFR-signaling pathways. Taken together, this study demonstrates the use of ecRNA-seq on decade-old and decalcified specimens and defines expression-based tumor evolution in long-term, estrogen-deprived metastases that may have immediate clinical implications.

ABSTRACT Endocrine therapy resistance is a hallmark of advanced estrogen receptor (ER) positive breast cancer. In this study, we performed DNA/RNA hybrid-capture sequencing on 12 locoregional recurrences after long-term estrogen-deprivation along with each tumor’s matched primary. Despite being up to 7 years removed from the primary lesion, most recurrences harbored similar intrinsic transcriptional and copy number profiles. Only two genes, AKAP9 and KMT2C , were found to have single nucleotide variant (SNV) enrichments in more than one recurrence. Enriched mutations in single cases included SNVs within transcriptional regulators such as ARID1A, TP53, FOXO1, BRD1, NCOA1 and NCOR2 with one local recurrence gaining three PIK3CA mutations. In contrast to DNA-level changes, we discovered recurrent outlier mRNA expression alterations were common—including outlier gains in TP63 (n=5 cases [42%]), NTRK3 [n=5 [42%]), NTRK2 (n=4 [33%]), PAX3 (n=4 [33%]), FGFR4 (n=3 [25%]) and TERT (n=3 [25%]). Recurrent losses involved ESR1 (n=5 [42%]), RELN (n=5 [42%]), SFRP4 (n=4 [33%]) and FOSB (n=4 [33%]). ESR1- depleted recurrences harbored shared transcriptional remodeling events including upregulation of PROM1 and other basal cancer markers. Taken together, this study defines acquired genomic changes in long-term, estrogen-deprived disease, highlights longitudinal RNA-profiling and identifies a common endocrine-resistant breast cancer subtype with basal-like transcriptional reprogramming.