A growing number of human tumor antigens have been described that can be recognized by cytotoxic T lymphocytes (CTLs) in a major histocompatibility complex (MHC) class I–restricted fashion. Serological screening of cDNA expression libraries, SEREX, has recently been shown to provide another route for defining immunogenic human tumor antigens. The detection of antibody responses against known CTL-defined tumor antigens, e.g., MAGE-1 and tyrosinase, raised the question whether antibody and CTL responses against a defined tumor antigen can occur simultaneously in a single patient. In this paper, we report on a melanoma patient with a high-titer antibody response against the “cancer–testis” antigen NY-ESO-1. Concurrently, a strong MHC class I–restricted CTL reactivity against the autologous NY-ESO-1–positive tumor cell line was found. A stable CTL line (NW38-IVS-1) was established from this patient that reacted with autologous melanoma cells and with allogeneic human histocompatibility leukocyte antigen (HLA)-A2−, NY-ESO-1–positive, but not NY-ESO-1–negative, melanoma cells. Screening of NY-ESO-1 transfectants with NW38-IVS-1 revealed NY-ESO-1 as the relevant CTL target presented by HLA-A2. Computer calculation identified 26 peptides with HLA-A2–binding motifs encoded by NY-ESO-1. Of these, three peptides were efficiently recognized by NW38-IVS-1. Thus, we show that antigen-specific humoral and cellular immune responses against human tumor antigens may occur simultaneously. In addition, our analysis provides a general strategy for identifying the CTL-recognizing peptides of tumor antigens initially defined by autologous antibody.

Evidence is growing for both humoral and cellular immune recognition of human tumor antigens. Antibodies with specificity for antigens initially recognized by cytotoxic T lymphocytes (CTLs), e.g., MAGE and tyrosinase, have been detected in melanoma patient sera, and CTLs with specificity for NY-ESO-1, a cancer-testis (CT) antigen initially identified by autologous antibody, have recently been identified. To establish a screening system for the humoral response to autoimmunogenic tumor antigens, an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was developed using recombinant NY-ESO-1, MAGE-1, MAGE-3, SSX2, Melan-A, and tyrosinase proteins. A survey of sera from 234 cancer patients showed antibodies to NY-ESO-1 in 19 patients, to MAGE-1 in 3, to MAGE-3 in 2, and to SSX2 in 1 patient. No reactivity to these antigens was found in sera from 70 normal individuals. The frequency of NY-ESO-1 antibody was 9.4% in melanoma patients and 12.5% in ovarian cancer patients. Comparison of tumor NY-ESO-1 phenotype and NY-ESO-1 antibody response in 62 stage IV melanoma patients showed that all patients with NY-ESO-1+ antibody had NY-ESO-1+ tumors, and no patients with NY-ESO-1− tumors had NY-ESO-1 antibody. As the proportion of melanomas expressing NY-ESO-1 is 20–40% and only patients with NY-ESO-1+ tumors have antibody, this would suggest that a high percentage of patients with NY-ESO-1+ tumors develop an antibody response to NY-ESO-1.

Significance Regulatory T (Treg) cells expressing the transcription factor FOXP3 play a critical role in suppressing antitumor immune responses. Here we found that, compared with peripheral blood T cells, tumor-infiltrating T cells contained a higher frequency of effector Tregs, which are defined as FOXP3 hi and CD45RA − , terminally differentiated, and most suppressive. Effector Treg cells, but not FOXP3 lo and CD45RA + naïve Treg cells, predominantly expressed C-C chemokine receptor 4 (CCR4) in both cancer tissues and peripheral blood. In vivo or in vitro anti-CCR4 mAb treatment selectively depleted effector Treg cells and efficiently induced tumor-antigen-specific CD4 + and CD8 + T cells. Thus, cell-depleting anti-CCR4 mAb therapy is instrumental for evoking and enhancing tumor immunity in humans via selectively removing effector-type FOXP3 + Treg cells.

T cell immunity is central for the control of viral infections. To characterize T cell immunity, but also for the development of vaccines, identification of exact viral T cell epitopes is fundamental. Here we identify and characterize multiple dominant and subdominant SARS-CoV-2 HLA class I and HLA-DR peptides as potential T cell epitopes in COVID-19 convalescent and unexposed individuals. SARS-CoV-2-specific peptides enabled detection of post-infectious T cell immunity, even in seronegative convalescent individuals. Cross-reactive SARS-CoV-2 peptides revealed pre-existing T cell responses in 81% of unexposed individuals and validated similarity with common cold coronaviruses, providing a functional basis for heterologous immunity in SARS-CoV-2 infection. Diversity of SARS-CoV-2 T cell responses was associated with mild symptoms of COVID-19, providing evidence that immunity requires recognition of multiple epitopes. Together, the proposed SARS-CoV-2 T cell epitopes enable identification of heterologous and post-infectious T cell immunity and facilitate development of diagnostic, preventive and therapeutic measures for COVID-19. SARS-CoV-2-specific CD4+ and CD8+ T cell epitopes are found in both convalescent patients and virus-naive volunteers and are indicative of heterologous recognition shared with seasonal cold viruses.

Cancer-testis antigen NY-ESO-1 is one of the most immunogenic tumor antigens defined to date. Spontaneous humoral and CD8+ T-cell responses to NY-ESO-1 are detected in 40-50% of patients with advanced NY-ESO-1-expressing tumors. A clinical trial was initiated to study the immunological effects of intradermal vaccination with 3 HLA-A2-binding NY-ESO-1 peptides in 12 patients with metastatic NY-ESO-1-expressing cancers. Seven patients were NY-ESO-1 serum antibody negative, and five patients were NY-ESO-1 serum antibody positive at the outset of the study. Primary peptide-specific CD8+ T-cell reactions and delayed-type hypersensitivity responses were generated in four of seven NY-ESO-1 antibody-negative patients. Induction of a specific CD8+ T-cell response to NY-ESO-1 in immunized antibody-negative patients was associated with disease stabilization and objective regression of single metastases. NY-ESO-1 antibody-positive patients did not develop significant changes in baseline NY-ESO-1-specific T-cell reactivity. However, stabilization of disease and regression of individual metastases were observed in three of five immunized patients. These results demonstrate that primary NY-ESO-1-specific CD8+ T-cell responses can be induced by intradermal immunization with NY-ESO-1 peptides, and that immunization with NY-ESO-1 may have the potential to alter the natural course of NY-ESO-1-expressing tumors.

NY-ESO-1, a member of the cancer-testis family of antigens, is expressed in a subset of a broad range of different human tumor types. Patients with advanced NY-ESO-1-expressing tumors frequently develop humoral immunity to NY-ESO-1, and three HLA A2-restricted peptides were defined previously as targets for cytotoxic CD8(+) T cells in a melanoma patient with NY-ESO-1 antibody. The objectives of the present study were (i) to develop enzyme-linked immunospot (ELISPOT) and tetramer assays to measure CD8(+) T cell responses to NY-ESO-1, (ii) to determine the frequency of CD8(+) T cell responses to NY-ESO-1 in a series of HLA-A2 patients with NY-ESO-1 expressing tumors, (iii) to determine the relation between CD8(+) T cell and humoral immune responses to NY-ESO-1, and (iv) to compare results of NY-ESO-1 ELISPOT assays performed independently in two laboratories with T cells from the same patients. NY-ESO-1 ELISPOT and tetramer assays with excellent sensitivity, specificity, and reproducibility have been developed and found to correlate with cytotoxicity assays. CD8(+) T cell responses to HLA-A2-restricted NY-ESO-1 peptides were detected in 10 of 11 patients with NY-ESO-1 antibody, but not in patients lacking antibody or in patients with NY-ESO-1-negative tumors. The results of ELISPOT assays were concordant in the two laboratories, providing the basis for standardized monitoring of T cell responses in patients receiving NY-ESO-1 vaccines.

Abstract T cell immunity is central for the control of viral infections. CoVac-1 is a peptide-based vaccine candidate, composed of SARS-CoV-2 T cell epitopes derived from various viral proteins 1,2 , combined with the Toll-like receptor 1/2 agonist XS15 emulsified in Montanide ISA51 VG, aiming to induce profound SARS-CoV-2 T cell immunity to combat COVID-19. Here we conducted a phase I open-label trial, recruiting 36 participants aged 18–80 years, who received a single subcutaneous CoVac-1 vaccination. The primary end point was safety analysed until day 56. Immunogenicity in terms of CoVac-1-induced T cell response was analysed as the main secondary end point until day 28 and in the follow-up until month 3. No serious adverse events and no grade 4 adverse events were observed. Expected local granuloma formation was observed in all study participants, whereas systemic reactogenicity was absent or mild. SARS-CoV-2-specific T cell responses targeting multiple vaccine peptides were induced in all study participants, mediated by multifunctional T helper 1 CD4 + and CD8 + T cells. CoVac-1-induced IFNγ T cell responses persisted in the follow-up analyses and surpassed those detected after SARS-CoV-2 infection as well as after vaccination with approved vaccines. Furthermore, vaccine-induced T cell responses were unaffected by current SARS-CoV-2 variants of concern. Together, CoVac-1 showed a favourable safety profile and induced broad, potent and variant of concern-independent T cell responses, supporting the presently ongoing evaluation in a phase II trial for patients with B cell or antibody deficiency.

Immune checkpoint inhibitors (ICIs) are among the most promising treatment options for melanoma and non-small cell lung cancer (NSCLC). While ICIs can induce effective anti-tumor responses, they may also drive serious immune-related adverse events (irAEs). Identifying biomarkers to predict which patients will suffer from irAEs would enable more accurate clinical risk-benefit analysis for ICI treatment and may also shed light on common or distinct mechanisms underpinning treatment success and irAEs.In this prospective multi-center study, we combined a multi-omics approach including unbiased single-cell profiling of over 300 peripheral blood mononuclear cell (PBMC) samples and high-throughput proteomics analysis of over 500 serum samples to characterize the systemic immune compartment of patients with melanoma or NSCLC before and during treatment with ICIs.When we combined the parameters obtained from the multi-omics profiling of patient blood and serum, we identified potential predictive biomarkers for ICI-induced irAEs. Specifically, an early increase in CXCL9/CXCL10/CXCL11 and interferon-γ (IFN-γ) 1 to 2 weeks after the start of therapy are likely indicators of heightened risk of developing irAEs. In addition, an early expansion of Ki-67+ regulatory T cells (Tregs) and Ki-67+ CD8+ T cells is also likely to be associated with increased risk of irAEs.We suggest that the combination of these cellular and proteomic biomarkers may help to predict which patients are likely to benefit most from ICI therapy and those requiring intensive monitoring for irAEs.This work was primarily funded by the European Research Council, the Swiss National Science Foundation, the Swiss Cancer League, and the Forschungsförderung of the Kantonsspital St. Gallen.