PD-1 is an immunoinhibitory receptor expressed by activated T cells, B cells, and myeloid cells. Mice deficient in PD-1 exhibit a breakdown of peripheral tolerance and demonstrate multiple autoimmune features. We report here that the ligand of PD-1 (PD-L1) is a member of the B7 gene family. Engagement of PD-1 by PD-L1 leads to the inhibition of T cell receptor–mediated lymphocyte proliferation and cytokine secretion. In addition, PD-1 signaling can inhibit at least suboptimal levels of CD28-mediated costimulation. PD-L1 is expressed by antigen-presenting cells, including human peripheral blood monocytes stimulated with interferon γ, and activated human and murine dendritic cells. In addition, PD-L1 is expressed in nonlymphoid tissues such as heart and lung. The relative levels of inhibitory PD-L1 and costimulatory B7-1/B7-2 signals on antigen-presenting cells may determine the extent of T cell activation and consequently the threshold between tolerance and autoimmunity. PD-L1 expression on nonlymphoid tissues and its potential interaction with PD-1 may subsequently determine the extent of immune responses at sites of inflammation.

T cell immunity directed against tumor-encoded amino acid substitutions occurs in some melanoma patients. This implicates missense mutations as a source of patient-specific neoantigens. However, a systematic evaluation of these putative neoantigens as targets of antitumor immunity is lacking. Moreover, it remains unknown whether vaccination can augment such responses. We found that a dendritic cell vaccine led to an increase in naturally occurring neoantigen-specific immunity and revealed previously undetected human leukocyte antigen (HLA) class I–restricted neoantigens in patients with advanced melanoma. The presentation of neoantigens by HLA-A*02:01 in human melanoma was confirmed by mass spectrometry. Vaccination promoted a diverse neoantigen-specific T cell receptor (TCR) repertoire in terms of both TCR-β usage and clonal composition. Our results demonstrate that vaccination directed at tumor-encoded amino acid substitutions broadens the antigenic breadth and clonal diversity of antitumor immunity.

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

An obstacle to cancer immunotherapy has been that the affinity of T-cell receptors (TCRs) for antigens expressed in tumors is generally low. We initiated clinical testing of engineered T cells expressing an affinity-enhanced TCR against HLA-A*01-restricted MAGE-A3. Open-label protocols to test the TCRs for patients with myeloma and melanoma were initiated. The first two treated patients developed cardiogenic shock and died within a few days of T-cell infusion, events not predicted by preclinical studies of the high-affinity TCRs. Gross findings at autopsy revealed severe myocardial damage, and histopathological analysis revealed T-cell infiltration. No MAGE-A3 expression was detected in heart autopsy tissues. Robust proliferation of the engineered T cells in vivo was documented in both patients. A beating cardiomyocyte culture generated from induced pluripotent stem cells triggered T-cell killing, which was due to recognition of an unrelated peptide derived from the striated muscle-specific protein titin. These patients demonstrate that TCR-engineered T cells can have serious and not readily predictable off-target and organ-specific toxicities and highlight the need for improved methods to define the specificity of engineered TCRs.

Programmed death-1 (PD-1) is an immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif (ITIM)-containing receptor expressed upon T cell activation. PD-1(-/-) animals develop autoimmune diseases, suggesting an inhibitory role for PD-1 in immune responses. Members of the B7 family, PD-L1 and PD-L2, are ligands for PD-1. This study examines the functional consequences of PD-1:PD-L engagement on murine CD4 and CD8 T cells and shows that these interactions result in inhibition of proliferation and cytokine production. T cells stimulated with anti-CD3/PD-L1.Fc-coated beads display dramatically decreased proliferation and IL-2 production, while CSFE analysis shows fewer cells cycling and a slower division rate. Costimulation with soluble anti-CD28 mAb can overcome PD-1-mediated inhibition by augmenting IL-2 production. However, PD-1:PD-L interactions inhibit IL-2 production even in the presence of costimulation and, thus, after prolonged activation, the PD-1:PD-L inhibitory pathway dominates. Exogenous IL-2 is able to overcome PD-L1-mediated inhibition at all times, indicating that cells maintain IL-2 responsiveness. Experiments using TCR transgenic CD4(+) or CD8(+) T cells stimulated with antigen-presenting cells expressing PD-L1 show that both T cell subsets are susceptible to this inhibitory pathway. However, CD8(+) T cells may be more sensitive to modulation by the PD-1:PD-L pathway because of their intrinsic inability to produce significant levels of IL-2.

Nonactivated CD4+CD25+ regulatory T cells constitutively express glucocorticoid-induced TNFR family-related receptor (GITR), a TNFR family member whose engagement was presumed to abrogate regulatory T cell-mediated suppression. Using GITR-/- mice, we report that GITR engagement on CD25-, not CD25+ T cells abrogates T cell-mediated suppression. Mouse APCs constitutively express GITR ligand (GITR-L), which is down-regulated following TLR signaling in vivo. Although GITR-/-CD25- T cells were capable of mounting proliferative responses, they were incapable of proliferation in the presence of physiological numbers of CD25+ T cells. Thus, GITR-L provides an important signal for CD25- T cells, rendering them resistant to CD25+ -mediated regulation at the initiation of the immune response. The down-regulation of GITR-L by inflammatory stimuli may enhance the susceptibility of effector T cells to suppressor activity during the course of an infectious insult.

IL-17R signaling is critical for pulmonary neutrophil recruitment and host defense against Gram-negative bacteria through the coordinated release of G-CSF and CXC chemokine elaboration. In this study, we show that IL-17R is localized to basal airway cells in human lung tissue, and functional IL-17R signaling occurs on the basolateral surface of human bronchial epithelial (HBE) cells. IL-17A and IL-17F were potent inducers of growth-related oncogene-alpha and G-CSF in HBE cells, and significant synergism was observed with TNF-alpha largely due to signaling via TNFRI. The activities of both IL-17A and IL-17F were blocked by a specific anti-IL-17R Ab, but only IL-17A was blocked with a soluble IL-17R, suggesting that cell membrane IL-17R is required for signaling by both IL-17A and IL-17F. Because IL-17A and IL-17F both regulate lung neutrophil recruitment, we measured these molecules as well as the proximal regulator IL-23p19 in the sputum of patients with cystic fibrosis (CF) undergoing pulmonary exacerbation. We found significantly elevated levels of these molecules in the sputum of patients with CF who were colonized with Pseudomonas aeruginosa at the time of pulmonary exacerbation, and the levels declined with therapy directed against P. aeruginosa. IL-23 and the downstream cytokines IL-17A and IL-17F are critical molecules for proinflammatory gene expression in HBE cells and are likely involved in the proinflammatory cytokine network involved with CF pathogenesis.

Cancer immunotherapy has gained significant momentum from recent clinical successes of checkpoint blockade inhibition. Massively parallel sequence analysis suggests a connection between mutational load and response to this class of therapy. Methods to identify which tumor-specific mutant peptides (neoantigens) can elicit anti-tumor T cell immunity are needed to improve predictions of checkpoint therapy response and to identify targets for vaccines and adoptive T cell therapies. Here, we present a flexible, streamlined computational workflow for identification of personalized Variant Antigens by Cancer Sequencing (pVAC-Seq) that integrates tumor mutation and expression data (DNA- and RNA-Seq). pVAC-Seq is available at https://github.com/griffithlab/pVAC-Seq .

Many approaches to identify therapeutically relevant neoantigens couple tumor sequencing with bioinformatic algorithms and inferred rules of tumor epitope immunogenicity. However, there are no reference data to compare these approaches, and the parameters governing tumor epitope immunogenicity remain unclear. Here, we assembled a global consortium wherein each participant predicted immunogenic epitopes from shared tumor sequencing data. 608 epitopes were subsequently assessed for T cell binding in patient-matched samples. By integrating peptide features associated with presentation and recognition, we developed a model of tumor epitope immunogenicity that filtered out 98% of non-immunogenic peptides with a precision above 0.70. Pipelines prioritizing model features had superior performance, and pipeline alterations leveraging them improved prediction performance. These findings were validated in an independent cohort of 310 epitopes prioritized from tumor sequencing data and assessed for T cell binding. This data resource enables identification of parameters underlying effective anti-tumor immunity and is available to the research community.