BackgroundMany countries are experiencing a resurgence of COVID-19, driven predominantly by the delta (B.1.617.2) variant of SARS-CoV-2. In response, these countries are considering the administration of a third dose of mRNA COVID-19 vaccine as a booster dose to address potential waning immunity over time and reduced effectiveness against the delta variant. We aimed to use the data repositories of Israel's largest health-care organisation to evaluate the effectiveness of a third dose of the BNT162b2 mRNA vaccine for preventing severe COVID-19 outcomes.MethodsUsing data from Clalit Health Services, which provides mandatory health-care coverage for over half of the Israeli population, individuals receiving a third vaccine dose between July 30, 2020, and Sept 23, 2021, were matched (1:1) to demographically and clinically similar controls who did not receive a third dose. Eligible participants had received the second vaccine dose at least 5 months before the recruitment date, had no previous documented SARS-CoV-2 infection, and had no contact with the health-care system in the 3 days before recruitment. Individuals who are health-care workers, live in long-term care facilities, or are medically confined to their homes were excluded. Primary outcomes were COVID-19-related admission to hospital, severe disease, and COVID-19-related death. The third dose effectiveness for each outcome was estimated as 1 – risk ratio using the Kaplan-Meier estimator.Findings1 158 269 individuals were eligible to be included in the third dose group. Following matching, the third dose and control groups each included 728 321 individuals. Participants had a median age of 52 years (IQR 37–68) and 51% were female. The median follow-up time was 13 days (IQR 6–21) in both groups. Vaccine effectiveness evaluated at least 7 days after receipt of the third dose, compared with receiving only two doses at least 5 months ago, was estimated to be 93% (231 events for two doses vs 29 events for three doses; 95% CI 88–97) for admission to hospital, 92% (157 vs 17 events; 82–97) for severe disease, and 81% (44 vs seven events; 59–97) for COVID-19-related death.InterpretationOur findings suggest that a third dose of the BNT162b2 mRNA vaccine is effective in protecting individuals against severe COVID-19-related outcomes, compared with receiving only two doses at least 5 months ago.FundingThe Ivan and Francesca Berkowitz Family Living Laboratory Collaboration at Harvard Medical School and Clalit Research Institute.

Cytotoxic T cells are essential mediators of protective immunity to viral infection and malignant tumours and are a key target of immunotherapy approaches. However, prolonged exposure to cognate antigens often attenuates the effector capacity of T cells and limits their therapeutic potential1–4. This process, known as T cell exhaustion or dysfunction1, is manifested by epigenetically enforced changes in gene regulation that reduce the expression of cytokines and effector molecules and upregulate the expression of inhibitory receptors such as programmed cell-death 1 (PD-1)5–8. The underlying molecular mechanisms that induce and stabilize the phenotypic and functional features of exhausted T cells remain poorly understood9–12. Here we report that the development and maintenance of populations of exhausted T cells in mice requires the thymocyte selection-associated high mobility group box (TOX) protein13–15. TOX is induced by high antigen stimulation of the T cell receptor and correlates with the presence of an exhausted phenotype during chronic infections with lymphocytic choriomeningitis virus in mice and hepatitis C virus in humans. Removal of its DNA-binding domain reduces the expression of PD-1 at the mRNA and protein level, augments the production of cytokines and results in a more polyfunctional T cell phenotype. T cells with this deletion initially mediate increased effector function and cause more severe immunopathology, but ultimately undergo a massive decline in their quantity, notably among the subset of TCF-1+ self-renewing T cells. Altogether, we show that TOX is a critical factor for the normal progression of T cell dysfunction and the maintenance of exhausted T cells during chronic infection, and provide a link between the suppression of effector function intrinsic to CD8 T cells and protection against immunopathology. TOX is a critical factor for the normal progression of T cell dysfunction and the maintenance of exhausted T cells during chronic infections.

Abstract Little is known about the biology of murine T-cell receptors (TCR) expressed in human cells. We recently observed that a murine anti-human p53 TCR is highly functional when expressed in human lymphocytes. Herein, we compare human and mouse TCR function and expression to delineate the molecular basis for the apparent superior biological activity of murine receptors in human T lymphocytes. To this end, we created hybrid TCRs where we swapped the original constant regions with either human or mouse ones, respectively. We showed that murine or “murinized” receptors were overexpressed on the surface of human lymphocytes compared with their human/humanized counterparts and were able to mediate higher levels of cytokine secretion when cocultured with peptide-pulsed antigen-presenting cells. Preferential pairing of murine constant regions and improved CD3 stability seemed to be responsible for these observations. These enhanced biological properties translated into significantly greater antitumor response mediated by TCR with mouse constant regions. Furthermore, we were able to circumvent the natural low avidity of class I MHC TCR in CD4+ cells by introducing the murinized TCR into CD4+ lymphocytes, giving them the ability to recognize melanoma tumors. These findings have implications for human TCR gene transfer therapy and may provide new insights into the biology of the TCR/CD3 complex. (Cancer Res 2006; 66(17): 8878-86)

Adoptively transferred tumor-infiltrating T lymphocytes (TILs) that mediate complete regression of metastatic melanoma have been shown to recognize mutated epitopes expressed by autologous tumors. Here, in an attempt to develop a strategy for facilitating the isolation, expansion, and study of mutated antigen-specific T cells, we performed whole-exome sequencing on matched tumor and normal DNA isolated from 8 patients with metastatic melanoma. Candidate mutated epitopes were identified using a peptide-MHC-binding algorithm, and these epitopes were synthesized and used to generate panels of MHC tetramers that were evaluated for binding to tumor digests and cultured TILs used for the treatment of patients. This strategy resulted in the identification of 9 mutated epitopes from 5 of the 8 patients tested. Cells reactive with 8 of the 9 epitopes could be isolated from autologous peripheral blood, where they were detected at frequencies that were estimated to range between 0.4% and 0.002%. To the best of our knowledge, this represents the first demonstration of the successful isolation of mutation-reactive T cells from patients' peripheral blood prior to immune therapy, potentially providing the basis for designing personalized immunotherapies to treat patients with advanced cancer.

Adoptive transfer of genetically T-cell receptor (TCR)-modified lymphocytes has been recently reported to cause objective cancer regression. However, a major limitation to this approach is the mispairing of the introduced chains with the endogenous TCR subunits, which leads to reduced TCR surface expression and, subsequently, to their lower biological activity. We here show that it is possible to improve TCR gene transfer by adding a single cysteine on each receptor chain to promote the formation of an additional interchain disulfide bond. We show that cysteine-modified receptors were more highly expressed on the surface of human lymphocytes compared with their wild-type counterparts and able to mediate higher levels of cytokine secretion and specific lysis when cocultured with specific tumor cell lines. Furthermore, cysteine-modified receptors retained their enhanced function in CD4(+) lymphocytes. We also show that this approach can be employed to enhance the function of humanized and native murine receptors in human cells. Preferential pairing of cysteine-modified receptor chains accounts for these observations, which could have significant implications for the improvement of TCR gene therapy.

Abstract Cell-based antitumor immunity is driven by CD8+ cytotoxic T cells bearing TCR that recognize specific tumor-associated peptides bound to class I MHC molecules. Of several cellular proteins involved in T cell:target-cell interaction, the TCR determines specificity of binding; however, the relative amount of its contribution to cellular avidity remains unknown. To study the relationship between TCR affinity and cellular avidity, with the intent of identifying optimal TCR for gene therapy, we derived 24 MART-1:27-35 (MART-1) melanoma Ag-reactive tumor-infiltrating lymphocyte (TIL) clones from the tumors of five patients. These MART-1-reactive clones displayed a wide variety of cellular avidities. α and β TCR genes were isolated from these clones, and TCR RNA was electroporated into the same non-MART-1-reactive allogeneic donor PBMC and TIL. TCR recipient cells gained the ability to recognize both MART-1 peptide and MART-1-expressing tumors in vitro, with avidities that closely corresponded to the original TCR clones (p = 0.018–0.0003). Clone DMF5, from a TIL infusion that mediated tumor regression clinically, showed the highest avidity against MART-1 expressing tumors in vitro, both endogenously in the TIL clone, and after RNA electroporation into donor T cells. Thus, we demonstrated that the TCR appeared to be the core determinant of MART-1 Ag-specific cellular avidity in these activated T cells and that nonreactive PBMC or TIL could be made tumor-reactive with a specific and predetermined avidity. We propose that inducing expression of this highly avid TCR in patient PBMC has the potential to induce tumor regression, as an “off-the-shelf” reagent for allogeneic melanoma patient gene therapy.

Application of immune cell-based therapy in routine clinical practice is challenging due to the poorly understood mechanisms underlying success or failure of treatment. Development of accurate and quantitative imaging techniques for noninvasive cell tracking can provide essential knowledge for elucidating these mechanisms. We designed a novel method for longitudinal and quantitative in vivo cell tracking, based on the superior visualization abilities of classical X-ray computed tomography (CT), combined with state-of-the-art nanotechnology. Herein, T-cells were transduced to express a melanoma-specific T-cell receptor and then labeled with gold nanoparticles (GNPs) as a CT contrast agent. The GNP-labeled T-cells were injected intravenously to mice bearing human melanoma xenografts, and whole-body CT imaging allowed examination of the distribution, migration, and kinetics of T-cells. Using CT, we found that transduced T-cells accumulated at the tumor site, as opposed to nontransduced cells. Labeling with gold nanoparticles did not affect T-cell function, as demonstrated both in vitro, by cytokine release and proliferation assays, and in vivo, as tumor regression was observed. Moreover, to validate the accuracy and reliability of the proposed cell tracking technique, T-cells were labeled both with green fluorescent protein for fluorescence imaging, and with GNPs for CT imaging. A remarkable correlation in signal intensity at the tumor site was observed between the two imaging modalities, at all time points examined, providing evidence for the accuracy of our CT cell tracking abilities. This new method for cell tracking with CT offers a valuable tool for research, and more importantly for clinical applications, to study the fate of immune cells in cancer immunotherapy.

Cancer exploits different mechanisms to escape T-cell immunosurveillance, including overexpression of checkpoint ligands, secretion of immunosuppressive molecules, and aberrant glycosylation. Herein, we report that IFNγ, a potent immunomodulator secreted in the tumor microenvironment, can induce α2,6 hypersialylation in cancer cell lines derived from various histologies. We then focused on Siglec-9, a receptor for sialic acid moieties, and demonstrated that the Siglec-9+ T-cell population displayed reduced effector function. We speculated that Siglec-9 in primary human T cells can act as a checkpoint molecule and demonstrated that knocking out Siglec-9 using a CRISPR/Cas9 system enhanced the functionality of primary human T cells. Finally, we aimed to augment cancer-specific T-cell activity by taking advantage of tumor hypersialylation. Thus, we designed several Siglec-9-based chimeric switch receptors (CSRs), which included an intracellular moiety derived from costimulatory molecules (CD28/41BB) and different hinge regions. In an antigen specific context, T cells transduced with Siglec-9 CSRs demonstrated increased cytokine secretions and upregulation of activation markers. Moreover, T cells equipped with specific Siglec-9 CSRs mediated robust antitumor activity in a xenograft model of human tumors. Overall, this work sheds light on tumor evasion mechanisms mediated by sialylated residues and exemplifies an approach to improve engineered T cell-based cancer treatment.