Dynamic reprogramming of metabolism is essential for T cell effector function and memory formation. However, the regulation of metabolism in exhausted CD8(+) T (Tex) cells is poorly understood. We found that during the first week of chronic lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection, before severe dysfunction develops, virus-specific CD8(+) T cells were already unable to match the bioenergetics of effector T cells generated during acute infection. Suppression of T cell bioenergetics involved restricted glucose uptake and use, despite persisting mechanistic target of rapamycin (mTOR) signaling and upregulation of many anabolic pathways. PD-1 regulated early glycolytic and mitochondrial alterations and repressed transcriptional coactivator PGC-1α. Improving bioenergetics by overexpression of PGC-1α enhanced function in developing Tex cells. Therapeutic reinvigoration by anti-PD-L1 reprogrammed metabolism in a subset of Tex cells. These data highlight a key metabolic control event early in exhaustion and suggest that manipulating glycolytic and mitochondrial metabolism might enhance checkpoint blockade outcomes.

TCF-1 is a key transcription factor in progenitor exhausted CD8 T cells (Tex). Moreover, this Tex cell subset mediates responses to PD-1 checkpoint pathway blockade. However, the role of the transcription factor TCF-1 in early fate decisions and initial generation of Tex cells is unclear. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and lineage tracing identified a TCF-1+Ly108+PD-1+ CD8 T cell population that seeds development of mature Tex cells early during chronic infection. TCF-1 mediated the bifurcation between divergent fates, repressing development of terminal KLRG1Hi effectors while fostering KLRG1Lo Tex precursor cells, and PD-1 stabilized this TCF-1+ Tex precursor cell pool. TCF-1 mediated a T-bet-to-Eomes transcription factor transition in Tex precursors by promoting Eomes expression and drove c-Myb expression that controlled Bcl-2 and survival. These data define a role for TCF-1 in early-fate-bifurcation-driving Tex precursor cells and also identify PD-1 as a protector of this early TCF-1 subset.

T-bet and CD11c expression in B cells is linked with IgG2c isotype switching, virus-specific immune responses, and humoral autoimmunity. However, the activation requisites and regulatory cues governing T-bet and CD11c expression in B cells remain poorly defined. In this article, we reveal a relationship among TLR engagement, IL-4, IL-21, and IFN-γ that regulates T-bet expression in B cells. We find that IL-21 or IFN-γ directly promote T-bet expression in the context of TLR engagement. Further, IL-4 antagonizes T-bet induction. Finally, IL-21, but not IFN-γ, promotes CD11c expression independent of T-bet. Using influenza virus and Heligmosomoides polygyrus infections, we show that these interactions function in vivo to determine whether T-bet(+) and CD11c(+) B cells are formed. These findings suggest that T-bet(+) B cells seen in health and disease share the common initiating features of TLR-driven activation within this circumscribed cytokine milieu.

Exhausted CD8 T cells (TEX) are a distinct state of T cell differentiation associated with failure to clear chronic viruses and cancer. Immunotherapies such as PD-1 blockade can reinvigorate TEX cells, but reinvigoration is not durable. A major unanswered question is whether TEX cells differentiate into functional durable memory T cells (TMEM) upon antigen clearance. Here, using a mouse model, we found that upon eliminating chronic antigenic stimulation, TEX cells partially (re)acquire phenotypic and transcriptional features of TMEM cells. These 'recovering' TEX cells originated from the T cell factor (TCF-1+) TEX progenitor subset. Nevertheless, the recall capacity of these recovering TEX cells remained compromised as compared to TMEM cells. Chromatin-accessibility profiling revealed a failure to recover core memory epigenetic circuits and maintenance of a largely exhausted open chromatin landscape. Thus, despite some phenotypic and transcriptional recovery upon antigen clearance, exhaustion leaves durable epigenetic scars constraining future immune responses. These results support epigenetic remodeling interventions for TEX cell-targeted immunotherapies.

Abstract Glioblastoma (GBM) remains to be one of the deadliest cancers with poor prognosis and limited treatment options. While immunotherapies have revolutionized the field for other cancers, GBM remains resistant to these types of interventions partly due to its highly immunosuppressive tumor microenvironment, which is characterized by accumulation of exhausted CD8+ T cells. Therefore, there is a pressing need to identify molecular targets for improve anti-tumorigenic T cell response. Previous studies in our laboratory identified dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4), an exopeptidase and a membrane-bound signaling receptor, as a potential marker of immunosuppression in GBM. While DPP-4 is well-drugged due to its role in insulin metabolism, the function of DPP-4 in immune regulation and cancer remains poorly defined. I observed that DPP-4 is highly expressed by CD8+ T cells GBM patients and preclinical models. Furthermore, DPP-4 levels increased with the exhaustion or memory differentiation of effector T cell. Pharmaceutical inhibition of DPP-4 enriched expression of genes related to lymphocyte activation and mitochondrial metabolism. These transcriptional changes were accompanied by enhanced T cell proliferation, cytotoxic function, and effector mediator production under exhaustion conditions. These findings suggest that pharmacological inhibition of DPP-4 promotes anti-tumorigenic function of CD8+ T-cell by preventing exhaustion and support future translational efforts to repurpose DPP-4 inhibitors as immunotherapy agents in GBM, given their favorable safety profiles.