Tolerance to self-antigens prevents the elimination of cancer by the immune system1,2. We used synthetic chimeric antigen receptors (CARs) to overcome immunological tolerance and mediate tumor rejection in patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL). Remission was induced in a subset of subjects, but most did not respond. Comprehensive assessment of patient-derived CAR T cells to identify mechanisms of therapeutic success and failure has not been explored. We performed genomic, phenotypic and functional evaluations to identify determinants of response. Transcriptomic profiling revealed that CAR T cells from complete-responding patients with CLL were enriched in memory-related genes, including IL-6/STAT3 signatures, whereas T cells from nonresponders upregulated programs involved in effector differentiation, glycolysis, exhaustion and apoptosis. Sustained remission was associated with an elevated frequency of CD27+CD45RO–CD8+ T cells before CAR T cell generation, and these lymphocytes possessed memory-like characteristics. Highly functional CAR T cells from patients produced STAT3-related cytokines, and serum IL-6 correlated with CAR T cell expansion. IL-6/STAT3 blockade diminished CAR T cell proliferation. Furthermore, a mechanistically relevant population of CD27+PD-1–CD8+ CAR T cells expressing high levels of the IL-6 receptor predicts therapeutic response and is responsible for tumor control. These findings uncover new features of CAR T cell biology and underscore the potential of using pretreatment biomarkers of response to advance immunotherapies. An IL-6/STAT3 signature and memory CD8 T cell subset in preinfusion chimeric antigen receptor–expressing T cells associate with response in patients with high-risk chronic lymphocytic leukemia.

CRISPR takes first steps in humans CRISPR-Cas9 is a revolutionary gene-editing technology that offers the potential to treat diseases such as cancer, but the effects of CRISPR in patients are currently unknown. Stadtmauer et al. report a phase 1 clinical trial to assess the safety and feasibility of CRISPR-Cas9 gene editing in three patients with advanced cancer (see the Perspective by Hamilton and Doudna). They removed immune cells called T lymphocytes from patients and used CRISPR-Cas9 to disrupt three genes ( TRAC, TRBC , and PDCD1 ) with the goal of improving antitumor immunity. A cancer-targeting transgene, NY-ESO-1, was also introduced to recognize tumors. The engineered cells were administered to patients and were well tolerated, with durable engraftment observed for the study duration. These encouraging observations pave the way for future trials to study CRISPR-engineered cancer immunotherapies. Science , this issue p. eaba7365 ; see also p. 976

The adoptive transfer of T lymphocytes reprogrammed to target tumour cells has demonstrated potential for treatment of various cancers1-7. However, little is known about the long-term potential and clonal stability of the infused cells. Here we studied long-lasting CD19-redirected chimeric antigen receptor (CAR) T cells in two patients with chronic lymphocytic leukaemia1-4 who achieved a complete remission in 2010. CAR T cells remained detectable more than ten years after infusion, with sustained remission in both patients. Notably, a highly activated CD4+ population emerged in both patients, dominating the CAR T cell population at the later time points. This transition was reflected in the stabilization of the clonal make-up of CAR T cells with a repertoire dominated by a small number of clones. Single-cell profiling demonstrated that these long-persisting CD4+ CAR T cells exhibited cytotoxic characteristics along with ongoing functional activation and proliferation. In addition, longitudinal profiling revealed a population of gamma delta CAR T cells that prominently expanded in one patient concomitant with CD8+ CAR T cells during the initial response phase. Our identification and characterization of these unexpected CAR T cell populations provide novel insight into the CAR T cell characteristics associated with anti-cancer response and long-term remission in leukaemia.

We executed a genome-wide association scan for age-related macular degeneration (AMD) in 2,157 cases and 1,150 controls. Our results validate AMD susceptibility loci near CFH ( P < 10 −75 ), ARMS2 ( P < 10 −59 ), C2/CFB ( P < 10 −20 ), C3 ( P < 10 −9 ), and CFI ( P < 10 −6 ). We compared our top findings with the Tufts/Massachusetts General Hospital genome-wide association study of advanced AMD (821 cases, 1,709 controls) and genotyped 30 promising markers in additional individuals (up to 7,749 cases and 4,625 controls). With these data, we identified a susceptibility locus near TIMP3 (overall P = 1.1 × 10 −11 ), a metalloproteinase involved in degradation of the extracellular matrix and previously implicated in early-onset maculopathy. In addition, our data revealed strong association signals with alleles at two loci ( LIPC , P = 1.3 × 10 −7 ; CETP , P = 7.4 × 10 −7 ) that were previously associated with high-density lipoprotein cholesterol (HDL-c) levels in blood. Consistent with the hypothesis that HDL metabolism is associated with AMD pathogenesis, we also observed association with AMD of HDL-c—associated alleles near LPL ( P = 3.0 × 10 −3 ) and ABCA1 ( P = 5.6 × 10 −4 ). Multilocus analysis including all susceptibility loci showed that 329 of 331 individuals (99%) with the highest-risk genotypes were cases, and 85% of these had advanced AMD. Our studies extend the catalog of AMD associated loci, help identify individuals at high risk of disease, and provide clues about underlying cellular pathways that should eventually lead to new therapies.

This phase I study investigated the safety and activity of lentiviral-transduced chimeric antigen receptor (CAR)-modified autologous T cells redirected against mesothelin (CART-meso) in patients with malignant pleural mesothelioma, ovarian carcinoma, and pancreatic ductal adenocarcinoma. Fifteen patients with chemotherapy-refractory cancer (n = 5 per indication) were treated with a single CART-meso cell infusion. CART-meso cells were engineered by lentiviral transduction with a construct composed of the anti-mesothelin single-chain variable fragment derived from the mouse monoclonal antibody SS1 fused to intracellular signaling domains of 4-1BB and CD3zeta. Patients received 1–3 × 107 or 1–3 × 108 CART-meso cells/m2 with or without 1.5 g/m2 cyclophosphamide. Lentiviral-transduced CART-meso cells were well tolerated; one dose-limiting toxicity (grade 4, sepsis) occurred at 1–3 × 107/m2 CART-meso without cyclophosphamide. The best overall response was stable disease (11/15 patients). CART-meso cells expanded in the blood and reached peak levels by days 6–14 but persisted transiently. Cyclophosphamide pre-treatment enhanced CART-meso expansion but did not improve persistence beyond 28 days. CART-meso DNA was detected in 7/10 tumor biopsies. Human anti-chimeric antibodies (HACA) were detected in the blood of 8/14 patients. CART-meso cells were well tolerated and expanded in the blood of all patients but showed limited clinical activity. Studies evaluating a fully human anti-mesothelin CAR are ongoing. This phase I study investigated the safety and activity of lentiviral-transduced chimeric antigen receptor (CAR)-modified autologous T cells redirected against mesothelin (CART-meso) in patients with malignant pleural mesothelioma, ovarian carcinoma, and pancreatic ductal adenocarcinoma. Fifteen patients with chemotherapy-refractory cancer (n = 5 per indication) were treated with a single CART-meso cell infusion. CART-meso cells were engineered by lentiviral transduction with a construct composed of the anti-mesothelin single-chain variable fragment derived from the mouse monoclonal antibody SS1 fused to intracellular signaling domains of 4-1BB and CD3zeta. Patients received 1–3 × 107 or 1–3 × 108 CART-meso cells/m2 with or without 1.5 g/m2 cyclophosphamide. Lentiviral-transduced CART-meso cells were well tolerated; one dose-limiting toxicity (grade 4, sepsis) occurred at 1–3 × 107/m2 CART-meso without cyclophosphamide. The best overall response was stable disease (11/15 patients). CART-meso cells expanded in the blood and reached peak levels by days 6–14 but persisted transiently. Cyclophosphamide pre-treatment enhanced CART-meso expansion but did not improve persistence beyond 28 days. CART-meso DNA was detected in 7/10 tumor biopsies. Human anti-chimeric antibodies (HACA) were detected in the blood of 8/14 patients. CART-meso cells were well tolerated and expanded in the blood of all patients but showed limited clinical activity. Studies evaluating a fully human anti-mesothelin CAR are ongoing.

The adoptive transfer of T lymphocytes reprogrammed to target tumor cells has demonstrated significant potential in various malignancies. However, little is known about the long-term potential and the clonal stability of the infused cells. Here, we studied the longest persisting CD19-redirected chimeric antigen receptor (CAR) T cells to date in two chronic lymphocytic leukemia (CLL) patients who achieved a complete remission in 2010. CAR T-cells were still detectable up to 10+ years post-infusion, with sustained remission in both patients. Surprisingly, a prominent, highly activated CD4 + population developed in both patients during the years post-infusion, dominating the CAR T-cell population at the late time points. This transition was reflected in the stabilization of the clonal make-up of CAR T-cells with a repertoire dominated by few clones. Single cell multi-omics profiling via Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by Sequencing (CITE-Seq) with TCR sequencing of CAR T-cells obtained 9.3 years post-infusion demonstrated that these long-persisting CD4 + CAR T-cells exhibited cytotoxic characteristics along with strong evidence of ongoing functional activation and proliferation. Our data provide novel insight into the CAR T-cell characteristics associated with long-term remission in leukemia.