Optimal T cell activation requires signaling through the T cell receptor (signal 1), a co-stimulatory receptor (signal 2) and a cytokine receptor (signal 3), yet most chimeric antigen receptors (CARs) lack a domain to transduce signal 3. Kagoya et al. now report their development of a new CAR that incorporates a JAK–STAT cytokine signaling domain and mediates potent antitumor effects. The adoptive transfer of T cells engineered with a chimeric antigen receptor (CAR) (hereafter referred to as CAR-T cells) specific for the B lymphocyte antigen CD19 has shown impressive clinical responses in patients with refractory B cell malignancies1,2,3,4,5,6,7. However, the therapeutic effects of CAR-T cells that target other malignancies have not yet resulted in significant clinical benefit8,9,10,11. Although inefficient tumor trafficking and various immunosuppressive mechanisms can impede CAR-T cell effector responses, the signals delivered by the current CAR constructs may still be insufficient to fully activate antitumor T cell functions. Optimal T cell activation and proliferation requires multiple signals, including T cell receptor (TCR) engagement (signal 1), co-stimulation (signal 2) and cytokine engagement (signal 3)12. However, CAR constructs currently being tested in the clinic contain a CD3z (TCR signaling) domain and co-stimulatory domain(s) but not a domain that transmits signal 3 (refs. 13, 14, 15, 16, 17, 18). Here we have developed a novel CAR construct capable of inducing cytokine signaling after antigen stimulation. This new-generation CD19 CAR encodes a truncated cytoplasmic domain from the interleukin (IL)-2 receptor β-chain (IL-2Rβ) and a STAT3-binding tyrosine-X-X-glutamine (YXXQ) motif, together with the TCR signaling (CD3z) and co-stimulatory (CD28) domains (hereafter referred to as 28-ΔIL2RB-z(YXXQ)). The 28-ΔIL2RB-z(YXXQ) CAR-T cells showed antigen-dependent activation of the JAK kinase and of the STAT3 and STAT5 transcription factors signaling pathways, which promoted their proliferation and prevented terminal differentiation in vitro. The 28-ΔIL2RB-z(YXXQ) CAR-T cells demonstrated superior in vivo persistence and antitumor effects in models of liquid and solid tumors as compared with CAR-T cells expressing a CD28 or 4-1BB co-stimulatory domain alone. Taken together, these results suggest that our new-generation CAR has the potential to demonstrate superior antitumor effects with minimal toxicity in the clinic and that clinical translation of this novel CAR is warranted.

Adoptive immunotherapy is a potentially curative therapeutic approach for patients with advanced cancer. However, the in vitro expansion of antitumor T cells prior to infusion inevitably incurs differentiation towards effector T cells and impairs persistence following adoptive transfer. Epigenetic profiles regulate gene expression of key transcription factors over the course of immune cell differentiation, proliferation, and function. Using comprehensive screening of chemical probes with defined epigenetic targets, we found that JQ1, an inhibitor of bromodomain and extra-terminal motif (BET) proteins, maintained CD8+ T cells with functional properties of stem cell–like and central memory T cells. Mechanistically, the BET protein BRD4 directly regulated expression of the transcription factor BATF in CD8+ T cells, which was associated with differentiation of T cells into an effector memory phenotype. JQ1-treated T cells showed enhanced persistence and antitumor effects in murine T cell receptor and chimeric antigen receptor gene therapy models. Furthermore, we found that histone acetyltransferase p300 supported the recruitment of BRD4 to the BATF promoter region, and p300 inhibition similarly augmented antitumor effects of the adoptively transferred T cells. These results demonstrate that targeting the BRD4-p300 signaling cascade supports the generation of superior antitumor T cell grafts for adoptive immunotherapy.