Cancer stem cells have been isolated from a number of human tumours. The latest example is a subpopulation of human malignant melanoma initiating cells, identified by their expression of the chemoresistance mediator ABCB5. The size of the ABCB5+ subpopulations correlates with clinical disease progression in patients with melanomas, and preliminary evidence also suggests that these melanoma stem cells can be specifically targeted with antibodies against ABCB5. This offers a potential therapeutic strategy against melanomas, and the study of cells of this type could help answer important questions in cancer biology. The hybrid melanoma cell shown on the cover, depicted as a merged, computer-enhanced fluorescent microscopy image, arose in vivo in a human tumour xenograft through fusion of an ABCB5+ melanoma stem cell with a more differentiated, ABCB5− tumour cell. Nuclei are marked by genetically encoded red (DsRed) and green (EYFP) fluorescent labels, respectively. The isolation of tumour-initiating cells from human melanomas is reported, with preliminary evidence suggesting that these melanoma stem cells can be specifically targeted with antibodies targeted against ABCB5, which offers a potential therapeutic strategy against melanomas. Tumour-initiating cells capable of self-renewal and differentiation, which are responsible for tumour growth, have been identified in human haematological malignancies1,2 and solid cancers3,4,5,6. If such minority populations are associated with tumour progression in human patients, specific targeting of tumour-initiating cells could be a strategy to eradicate cancers currently resistant to systemic therapy. Here we identify a subpopulation enriched for human malignant-melanoma-initiating cells (MMIC) defined by expression of the chemoresistance mediator ABCB5 (refs 7, 8) and show that specific targeting of this tumorigenic minority population inhibits tumour growth. ABCB5+ tumour cells detected in human melanoma patients show a primitive molecular phenotype and correlate with clinical melanoma progression. In serial human-to-mouse xenotransplantation experiments, ABCB5+ melanoma cells possess greater tumorigenic capacity than ABCB5- bulk populations and re-establish clinical tumour heterogeneity. In vivo genetic lineage tracking demonstrates a specific capacity of ABCB5+ subpopulations for self-renewal and differentiation, because ABCB5+ cancer cells generate both ABCB5+ and ABCB5- progeny, whereas ABCB5- tumour populations give rise, at lower rates, exclusively to ABCB5-cells. In an initial proof-of-principle analysis, designed to test the hypothesis that MMIC are also required for growth of established tumours, systemic administration of a monoclonal antibody directed at ABCB5, shown to be capable of inducing antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity in ABCB5+ MMIC, exerted tumour-inhibitory effects. Identification of tumour-initiating cells with enhanced abundance in more advanced disease but susceptibility to specific targeting through a defining chemoresistance determinant has important implications for cancer therapy.

Summary

 Large numbers of melanoma lesions develop resistance to targeted inhibition of mutant BRAF or fail to respond to checkpoint blockade. We explored whether modulation of intratumoral antigen-presenting cells (APCs) could increase responses to these therapies. Using mouse melanoma models, we found that CD103⁺ dendritic cells (DCs) were the only APCs transporting intact antigens to the lymph nodes and priming tumor-specific CD8⁺ T cells. CD103⁺ DCs were required to promote anti-tumoral effects upon blockade of the checkpoint ligand PD-L1; however, PD-L1 inhibition only led to partial responses. Systemic administration of the growth factor FLT3L followed by intratumoral poly I:C injections expanded and activated CD103⁺ DC progenitors in the tumor, enhancing responses to BRAF and PD-L1 blockade and protecting mice from tumor rechallenge. Thus, the paucity of activated CD103⁺ DCs in tumors limits checkpoint-blockade efficacy and combined FLT3L and poly I:C therapy can enhance tumor responses to checkpoint and BRAF blockade.

Caloric restriction is known to improve inflammatory and autoimmune diseases. However, the mechanisms by which reduced caloric intake modulates inflammation are poorly understood. Here we show that short-term fasting reduced monocyte metabolic and inflammatory activity and drastically reduced the number of circulating monocytes. Regulation of peripheral monocyte numbers was dependent on dietary glucose and protein levels. Specifically, we found that activation of the low-energy sensor 5′-AMP-activated protein kinase (AMPK) in hepatocytes and suppression of systemic CCL2 production by peroxisome proliferator-activator receptor alpha (PPARα) reduced monocyte mobilization from the bone marrow. Importantly, we show that fasting improves chronic inflammatory diseases without compromising monocyte emergency mobilization during acute infectious inflammation and tissue repair. These results reveal that caloric intake and liver energy sensors dictate the blood and tissue immune tone and link dietary habits to inflammatory disease outcome.

Abstract Neutrophils are implicated in multiple homeostatic and pathological processes, but whether functional diversity requires discrete neutrophil subsets is not known. Here, we apply single-cell RNA sequencing to neutrophils from normal and inflamed mouse tissues. Whereas conventional clustering yields multiple alternative organizational structures, diffusion mapping plus RNA velocity discloses a single developmental spectrum, ordered chronologically. Termed here neutrotime, this spectrum extends from immature pre-neutrophils, largely in bone marrow, to mature neutrophils predominantly in blood and spleen. The sharpest increments in neutrotime occur during the transitions from pre-neutrophils to immature neutrophils and from mature marrow neutrophils to those in blood. Human neutrophils exhibit a similar transcriptomic pattern. Neutrophils migrating into inflamed mouse lung, peritoneum and joint maintain the core mature neutrotime signature together with new transcriptional activity that varies with site and stimulus. Together, these data identify a single developmental spectrum as the dominant organizational theme of neutrophil heterogeneity.

Abstract Hospital-acquired pneumonia (HAP) is associated with high mortality and costs, and frequently caused by multidrug-resistant (MDR) bacteria. Although prior antimicrobial therapy is a major risk factor for HAP, the underlying mechanism remains incompletely understood. Here, we demonstrate that antibiotic therapy in hospitalized patients is associated with decreased diversity of the gut microbiome and depletion of short-chain fatty acid (SCFA) producers. Infection experiments with mice transplanted with patient fecal material reveal that these antibiotic-induced microbiota perturbations impair pulmonary defense against MDR Klebsiella pneumoniae . This is dependent on inflammatory monocytes (IMs), whose fatty acid receptor (FFAR)2/3-controlled and phagolysosome-dependent antibacterial activity is compromized in mice transplanted with antibiotic-associated patient microbiota. Collectively, we characterize how clinically relevant antibiotics affect antimicrobial defense in the context of human microbiota, and reveal a critical impairment of IM´s antimicrobial activity. Our study provides additional arguments for the rational use of antibiotics and offers mechanistic insights for the development of novel prophylactic strategies to protect high-risk patients from HAP.

Caloric restriction is known to improve inflammatory and autoimmune diseases. However, the mechanisms by which reduced caloric intake modulates inflammation are poorly understood. Here we show that short-term fasting reduced monocyte metabolic and inflammatory activity and drastically reduced the number of circulating monocytes. Regulation of peripheral monocyte numbers was dependent on dietary glucose and protein levels. Specifically, we found that activation of the low-energy sensor 5′-AMP-activated protein kinase (AMPK) in hepatocytes and suppression of systemic CCL2 production by peroxisome proliferator-activator receptor alpha (PPARα) reduced monocyte mobilization from the bone marrow. Importantly, while caloric restriction improves chronic inflammatory diseases, fasting did not compromise monocyte emergency mobilization during acute infectious inflammation and tissue repair. These results reveal that caloric intake and liver energy sensors dictate the blood and tissue immune tone and link dietary habits to inflammatory disease outcome.