Summary

 Conventional type 1 dendritic cells (cDC1) are critical for antitumor immunity, and their abundance within tumors is associated with immune-mediated rejection and the success of immunotherapy. Here, we show that cDC1 accumulation in mouse tumors often depends on natural killer (NK) cells that produce the cDC1 chemoattractants CCL5 and XCL1. Similarly, in human cancers, intratumoral CCL5, XCL1, and XCL2 transcripts closely correlate with gene signatures of both NK cells and cDC1 and are associated with increased overall patient survival. Notably, tumor production of prostaglandin E2 (PGE₂) leads to evasion of the NK cell-cDC1 axis in part by impairing NK cell viability and chemokine production, as well as by causing downregulation of chemokine receptor expression in cDC1. Our findings reveal a cellular and molecular checkpoint for intratumoral cDC1 recruitment that is targeted by tumor-derived PGE₂ for immune evasion and that could be exploited for cancer therapy.

The mechanisms by which melanoma and other cancer cells evade anti-tumor immunity remain incompletely understood. Here, we show that the growth of tumors formed by mutant Braf(V600E) mouse melanoma cells in an immunocompetent host requires their production of prostaglandin E2, which suppresses immunity and fuels tumor-promoting inflammation. Genetic ablation of cyclooxygenases (COX) or prostaglandin E synthases in Braf(V600E) mouse melanoma cells, as well as in Nras(G12D) melanoma or in breast or colorectal cancer cells, renders them susceptible to immune control and provokes a shift in the tumor inflammatory profile toward classic anti-cancer immune pathways. This mouse COX-dependent inflammatory signature is remarkably conserved in human cutaneous melanoma biopsies, arguing for COX activity as a driver of immune suppression across species. Pre-clinical data demonstrate that inhibition of COX synergizes with anti-PD-1 blockade in inducing eradication of tumors, implying that COX inhibitors could be useful adjuvants for immune-based therapies in cancer patients.

Dendritic cells (DCs) are key players in the immune system. Much of their biology has been elucidated via culture systems in which hematopoietic precursors differentiate into DCs under the aegis of cytokines. A widely used protocol involves the culture of murine bone marrow (BM) cells with granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) to generate BM-derived DCs (BMDCs). BMDCs express CD11c and MHC class II (MHCII) molecules and share with DCs isolated from tissues the ability to present exogenous antigens to T cells and to respond to microbial stimuli by undergoing maturation. We demonstrate that CD11c+MHCII+ BMDCs are in fact a heterogeneous group of cells that comprises conventional DCs and monocyte-derived macrophages. DCs and macrophages in GM-CSF cultures both undergo maturation upon stimulation with lipopolysaccharide but respond differentially to the stimulus and remain separable entities. These results have important implications for the interpretation of a vast array of data obtained with DC culture systems.

Abstract Localization of memory CD8 + T cells to lymphoid or peripheral tissues is believed to correlate with proliferative capacity or effector function. Here we demonstrate that the fractalkine-receptor/CX 3 CR1 distinguishes memory CD8 + T cells with cytotoxic effector function from those with proliferative capacity, independent of tissue-homing properties. CX 3 CR1-based transcriptome and proteome-profiling defines a core signature of memory CD8 + T cells with effector function. We find CD62L hi CX 3 CR1 + memory T cells that reside within lymph nodes. This population shows distinct migration patterns and positioning in proximity to pathogen entry sites. Virus-specific CX 3 CR1 + memory CD8 + T cells are scarce during chronic infection in humans and mice but increase when infection is controlled spontaneously or by therapeutic intervention. This CX 3 CR1-based functional classification will help to resolve the principles of protective CD8 + T-cell memory.

T cell-directed cancer immunotherapy often fails to generate lasting tumor control. Harnessing additional effectors of the immune response against tumors may strengthen the clinical benefit of immunotherapies. Here, we demonstrate that therapeutic targeting of the interferon-γ (IFN-γ)-interleukin-12 (IL-12) pathway relies on the ability of a population of natural killer (NK) cells with tissue-resident traits to orchestrate an antitumor microenvironment. In particular, we used an engineered adenoviral platform as a tool for intratumoral IL-12 immunotherapy (AdV5-IL-12) to generate adaptive antitumor immunity. Mechanistically, we demonstrate that AdV5-IL-12 is capable of inducing the expression of CC-chemokine ligand 5 (CCL5) in CD49a+ NK cells both in tumor mouse models and tumor specimens from patients with cancer. AdV5-IL-12 imposed CCL5-induced type I conventional dendritic cell (cDC1) infiltration and thus increased DC-CD8 T cell interactions. A similar observation was made for other IFN-γ-inducing therapies such as Programmed cell death 1 (PD-1) blockade. Conversely, failure to respond to IL-12 and PD-1 blockade in tumor models with low CD49a+ CXCR6+ NK cell infiltration could be overcome by intratumoral delivery of CCL5. Thus, therapeutic efficacy depends on the abundance of NK cells with tissue-resident traits and, specifically, their capacity to produce the DC chemoattractant CCL5. Our findings reveal a barrier for T cell-focused therapies and offer mechanistic insights into how T cell-NK cell-DC cross-talk can be enhanced to promote antitumor immunity and overcome resistance.

Abstract The tumour microenvironment is programmed by cancer cells and substantially influences anti-tumour immune responses 1,2 . Within the tumour microenvironment, CD8 + T cells undergo full effector differentiation and acquire cytotoxic anti-tumour functions in specialized niches 3–7 . Although interactions with type 1 conventional dendritic cells have been implicated in this process 3–5,8–10 , the underlying cellular players and molecular mechanisms remain incompletely understood. Here we show that inflammatory monocytes can adopt a pivotal role in intratumoral T cell stimulation. These cells express Cxcl9 , Cxcl10 and Il15 , but in contrast to type 1 conventional dendritic cells, which cross-present antigens, inflammatory monocytes obtain and present peptide–major histocompatibility complex class I complexes from tumour cells through ‘cross-dressing’. Hyperactivation of MAPK signalling in cancer cells hampers this process by coordinately blunting the production of type I interferon (IFN-I) cytokines and inducing the secretion of prostaglandin E 2 (PGE 2 ), which impairs the inflammatory monocyte state and intratumoral T cell stimulation. Enhancing IFN-I cytokine production and blocking PGE 2 secretion restores this process and re-sensitizes tumours to T cell-mediated immunity. Together, our work uncovers a central role of inflammatory monocytes in intratumoral T cell stimulation, elucidates how oncogenic signalling disrupts T cell responses through counter-regulation of PGE 2 and IFN-I, and proposes rational combination therapies to enhance immunotherapies.

Abstract Chronic hepatitis B virus (HBV) infection affects 300 million patients worldwide 1,2 , in whom virus-specific CD8 T cells by still ill-defined mechanisms lose their function and cannot eliminate HBV-infected hepatocytes 3–7 . Here we demonstrate that a liver immune rheostat renders virus-specific CD8 T cells refractory to activation and leads to their loss of effector functions. In preclinical models of persistent infection with hepatotropic viruses such as HBV, dysfunctional virus-specific CXCR6 + CD8 T cells accumulated in the liver and, as a characteristic hallmark, showed enhanced transcriptional activity of cAMP-responsive element modulator (CREM) distinct from T cell exhaustion. In patients with chronic hepatitis B, circulating and intrahepatic HBV-specific CXCR6 + CD8 T cells with enhanced CREM expression and transcriptional activity were detected at a frequency of 12–22% of HBV-specific CD8 T cells. Knocking out the inhibitory CREM / ICER isoform in T cells, however, failed to rescue T cell immunity. This indicates that CREM activity was a consequence, rather than the cause, of loss in T cell function, further supported by the observation of enhanced phosphorylation of protein kinase A (PKA) which is upstream of CREM. Indeed, we found that enhanced cAMP–PKA-signalling from increased T cell adenylyl cyclase activity augmented CREM activity and curbed T cell activation and effector function in persistent hepatic infection. Mechanistically, CD8 T cells recognizing their antigen on hepatocytes established close and extensive contact with liver sinusoidal endothelial cells, thereby enhancing adenylyl cyclase–cAMP–PKA signalling in T cells. In these hepatic CD8 T cells, which recognize their antigen on hepatocytes, phosphorylation of key signalling kinases of the T cell receptor signalling pathway was impaired, which rendered them refractory to activation. Thus, close contact with liver sinusoidal endothelial cells curbs the activation and effector function of HBV-specific CD8 T cells that target hepatocytes expressing viral antigens by means of the adenylyl cyclase–cAMP–PKA axis in an immune rheostat-like fashion.

Abstract T cell-directed cancer immunotherapy often fails to generate lasting tumor control. Harnessing additional effectors of the immune response against tumors may strengthen the clinical benefit of immunotherapies. Here, we demonstrate that therapeutic targeting of the IFNγ-IL-12 pathway relies on the ability of a population of tissue-resident NK (trNK) cells to orchestrate an anti-tumor microenvironment. Particularly, utilizing an engineered adenoviral platform, we show that paracrine IL-12 enhances functional DC-CD8 T cell interactions to generate adaptive anti-tumor immunity. This effect depends on the abundance of trNK cells and specifically their capacity to produce the cDC1-chemoattractant CCL5. Failure to respond to IL-12 and other IFNγ-inducing therapies such as immune checkpoint blockade in tumors with low trNK cell infiltration could be overcome by intra-tumoral delivery of CCL5. Our findings reveal a novel barrier for T cell-focused therapies and offer mechanistic insights into how T cell-NK cell-DC crosstalk can be enhanced to promote anti-tumor immunity and overcome resistance. Significance We identified the lack of CCL5-producing, tissue-resident NK (trNK) cells as a barrier to T cell-focused therapies. While IL-12 induces anti-tumoral DC-T cell crosstalk in trNK cell rich tumors, resistance to IL-12 or anti-PD-1 in trNK cell poor tumors can be overcome by the additional delivery of CCL5.