Molecular tumour profiling is one way in which effective targeted cancer treatment regimes might be developed. Two groups report significant developments in this direction. Bild et al. studied gene expression patterns that reflect the activation of various oncogenic (cancer-causing) signal transduction pathways. Using combinations of these pathway signatures, they predict which patients with breast, lung or ovarian cancer have a particularly poor prognosis. The ability to identify molecular pathways that are deregulated in a particular cancer in this way might be used to predict its sensitivity to specific therapeutic drugs. Solit et al. studied tumour cells with mutations in the RAS and BRAF genes, thought to cause cancer at least in part by activating the MEK/ERK signalling pathway. They show that tumours with the BRAF mutation, but not RAS, are highly sensitive to PD0325901, an MEK inhibitor that is in early-stage clinical trials in patients with melanoma, colon, breast and lung cancers. So by testing for the presence of BRAF mutations it may be possible to identify those patients most likely to benefit from this type of drug. The kinase pathway comprising RAS, RAF, mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) and extracellular signal regulated kinase (ERK) is activated in most human tumours, often through gain-of-function mutations of RAS and RAF family members1. Using small-molecule inhibitors of MEK and an integrated genetic and pharmacologic analysis, we find that mutation of BRAF is associated with enhanced and selective sensitivity to MEK inhibition when compared to either ‘wild-type’ cells or cells harbouring a RAS mutation. This MEK dependency was observed in BRAF mutant cells regardless of tissue lineage, and correlated with both downregulation of cyclin D1 protein expression and the induction of G1 arrest. Pharmacological MEK inhibition completely abrogated tumour growth in BRAF mutant xenografts, whereas RAS mutant tumours were only partially inhibited. These data suggest an exquisite dependency on MEK activity in BRAF mutant tumours, and offer a rational therapeutic strategy for this genetically defined tumour subtype.

The highly aggressive character of melanoma makes it an excellent model for probing the mechanisms underlying metastasis, which remains one of the most difficult challenges in treating cancer. We find that miR-182, member of a miRNA cluster in a chromosomal locus (7q31–34) frequently amplified in melanoma, is commonly up-regulated in human melanoma cell lines and tissue samples; this up-regulation correlates with gene copy number in a subset of melanoma cell lines. Moreover, miR-182 ectopic expression stimulates migration of melanoma cells in vitro and their metastatic potential in vivo, whereas miR-182 down-regulation impedes invasion and triggers apoptosis. We further show that miR-182 over-expression promotes migration and survival by directly repressing microphthalmia-associated transcription factor-M and FOXO3, whereas enhanced expression of either microphthalmia-associated transcription factor-M or FOXO3 blocks miR-182's proinvasive effects. In human tissues, expression of miR-182 increases with progression from primary to metastatic melanoma and inversely correlates with FOXO3 and microphthalmia-associated transcription factor levels. Our data provide a mechanism for invasion and survival in melanoma that could prove applicable to metastasis of other cancers and suggest that miRNA silencing may be a worthwhile therapeutic strategy.

Resistance to RAF- and MEK-targeted therapy is a major clinical challenge. RAF and MEK inhibitors are initially but only transiently effective in some but not all patients with BRAF gene mutation and are largely ineffective in those with RAS gene mutation because of resistance. Through a genetic screen in BRAF-mutant tumor cells, we show that the Hippo pathway effector YAP (encoded by YAP1) acts as a parallel survival input to promote resistance to RAF and MEK inhibitor therapy. Combined YAP and RAF or MEK inhibition was synthetically lethal not only in several BRAF-mutant tumor types but also in RAS-mutant tumors. Increased YAP in tumors harboring BRAF V600E was a biomarker of worse initial response to RAF and MEK inhibition in patients, establishing the clinical relevance of our findings. Our data identify YAP as a new mechanism of resistance to RAF- and MEK-targeted therapy. The findings unveil the synthetic lethality of combined suppression of YAP and RAF or MEK as a promising strategy to enhance treatment response and patient survival.

The histone variant mH2A is shown to be expressed at reduced levels in many melanomas. Loss of mH2A promotes tumour growth and metastasis, by transcriptional upregulation of CDK8, a known oncogene. This study therefore reveals a new tumour-suppression mechanism exerted by chromatin modification. The histone variant mH2A is shown to be expressed at reduced levels in many melanomas. Loss of mH2A promotes tumour growth and metastasis via transcriptional upregulation of CDK8, a known oncogene. This study therefore reveals a new tumour suppression mechanism exerted by epigenetic modifications. Cancer is a disease consisting of both genetic and epigenetic changes. Although increasing evidence demonstrates that tumour progression entails chromatin-mediated changes such as DNA methylation, the role of histone variants in cancer initiation and progression currently remains unclear. Histone variants replace conventional histones within the nucleosome and confer unique biological functions to chromatin1,2,3. Here we report that the histone variant macroH2A (mH2A) suppresses tumour progression of malignant melanoma. Loss of mH2A isoforms, histone variants generally associated with condensed chromatin and fine-tuning of developmental gene expression programs1,4,5,6, is positively correlated with increasing malignant phenotype of melanoma cells in culture and human tissue samples. Knockdown of mH2A isoforms in melanoma cells of low malignancy results in significantly increased proliferation and migration in vitro and growth and metastasis in vivo. Restored expression of mH2A isoforms rescues these malignant phenotypes in vitro and in vivo. We demonstrate that the tumour-promoting function of mH2A loss is mediated, at least in part, through direct transcriptional upregulation of CDK8. Suppression of CDK8, a colorectal cancer oncogene7,8, inhibits proliferation of melanoma cells, and knockdown of CDK8 in cells depleted of mH2A suppresses the proliferative advantage induced by mH2A loss. Moreover, a significant inverse correlation between mH2A and CDK8 expression levels exists in melanoma patient samples. Taken together, our results demonstrate that mH2A is a critical component of chromatin that suppresses the development of malignant melanoma, a highly intractable cutaneous neoplasm.

Although remission rates for metastatic melanoma are generally very poor, some patients can survive for prolonged periods following metastasis. We used gene expression profiling, mitotic index (MI), and quantification of tumor infiltrating leukocytes (TILs) and CD3+ cells in metastatic lesions to search for a molecular basis for this observation and to develop improved methods for predicting patient survival. We identified a group of 266 genes associated with postrecurrence survival. Genes positively associated with survival were predominantly immune response related (e.g., ICOS , CD3d , ZAP70 , TRAT1 , TARP , GZMK , LCK , CD2 , CXCL13 , CCL19 , CCR7 , VCAM1 ) while genes negatively associated with survival were cell proliferation related (e.g., PDE4D , CDK2 , GREF1 , NUSAP1 , SPC24 ). Furthermore, any of the 4 parameters (prevalidated gene expression signature, TILs, CD3, and in particular MI) improved the ability of Tumor, Node, Metastasis (TNM) staging to predict postrecurrence survival; MI was the most significant contributor (HR = 2.13, P = 0.0008). An immune response gene expression signature and presence of TILs and CD3+ cells signify immune surveillance as a mechanism for prolonged survival in these patients and indicate improved patient subcategorization beyond current TNM staging.

Abstract The immunoregulatory protein T-cell immunoglobulin- and mucin-domain–containing molecule-3 (Tim-3) mediates T-cell exhaustion and contributes to the suppression of immune responses in both viral infections and tumors. Tim-3 blockade reverses the exhausted phenotype of CD4+ and CD8+ T cells in several chronic diseases, including melanoma. Interestingly, natural killer (NK) cells constitutively express Tim-3; however, the role of Tim-3 in modulating the function of these innate effector cells remains unclear, particularly in human diseases. In this study, we compared the function of Tim-3 in NK cells from healthy donors and patients with metastatic melanoma. NK cells from the latter were functionally impaired/exhausted, and Tim-3 blockade reversed this exhausted phenotype. Moreover, Tim-3 expression levels were correlated with the stage of the disease and poor prognostic factors. These data indicate that Tim-3 can function as an NK-cell exhaustion marker in advanced melanoma and support the development of Tim-3–targeted therapies to restore antitumor immunity. Cancer Immunol Res; 2(5); 410–22. ©2014 AACR.

To metastasize, a tumor cell must acquire abilities such as the capacity to colonize new tissue and evade immune surveillance. Recent evidence suggests that microRNAs can promote the evolution of malignant behaviors by regulating multiple targets. We performed a microRNA analysis of human melanoma, a highly invasive cancer, and found that miR-30b/30d upregulation correlates with stage, metastatic potential, shorter time to recurrence, and reduced overall survival. Ectopic expression of miR-30b/30d promoted the metastatic behavior of melanoma cells by directly targeting the GalNAc transferase GALNT7, resulted in increased synthesis of the immunosuppressive cytokine IL-10, and reduced immune cell activation and recruitment. These data support a key role of miR-30b/30d and GalNAc transferases in metastasis, by simultaneously promoting cellular invasion and immunosuppression.

The rationale for using small molecule inhibitors of oncogenic proteins as cancer therapies depends, at least in part, on the assumption that metastatic tumors are primarily clonal with respect to mutant oncogene. With the emergence of BRAFV600E as a therapeutic target, we investigated intra- and inter-tumor heterogeneity in melanoma using detection of the BRAFV600E mutation as a marker of clonality. BRAF mutant-specific PCR (MS-PCR) and conventional sequencing were performed on 112 tumors from 73 patients, including patients with matched primary and metastatic specimens (n = 18). Nineteen patients had tissues available from multiple metastatic sites. Mutations were detected in 36/112 (32%) melanomas using conventional sequencing, and 85/112 (76%) using MS-PCR. The better sensitivity of the MS-PCR to detect the mutant BRAFV600E allele was not due to the presence of contaminating normal tissue, suggesting that the tumor was comprised of subclones of differing BRAF genotypes. To determine if tumor subclones were present in individual primary melanomas, we performed laser microdissection and mutation detection via sequencing and BRAFV600E-specific SNaPshot analysis in 9 cases. Six of these cases demonstrated differing proportions of BRAFV600Eand BRAFwild-type cells in distinct microdissected regions within individual tumors. Additional analyses of multiple metastatic samples from individual patients using the highly sensitive MS-PCR without microdissection revealed that 5/19 (26%) patients had metastases that were discordant for the BRAFV600E mutation. In conclusion, we used highly sensitive BRAF mutation detection methods and observed substantial evidence for heterogeneity of the BRAFV600E mutation within individual melanoma tumor specimens, and among multiple specimens from individual patients. Given the varied clinical responses of patients to BRAF inhibitor therapy, these data suggest that additional studies to determine possible associations between clinical outcomes and intra- and inter-tumor heterogeneity could prove fruitful.

Abstract Purpose: We have shown that the aged microenvironment increases melanoma metastasis, and decreases response to targeted therapy, and here we queried response to anti-PD1. Experimental Design: We analyzed the relationship between age, response to anti-PD1, and prior therapy in 538 patients. We used mouse models of melanoma, to analyze the intratumoral immune microenvironment in young versus aged mice and confirmed our findings in human melanoma biopsies. Results: Patients over the age of 60 responded more efficiently to anti-PD-1, and likelihood of response to anti-PD-1 increased with age, even when we controlled for prior MAPKi therapy. Placing genetically identical tumors in aged mice (52 weeks) significantly increased their response to anti-PD1 as compared with the same tumors in young mice (8 weeks). These data suggest that this increased response in aged patients occurs even in the absence of a more complex mutational landscape. Next, we found that young mice had a significantly higher population of regulatory T cells (Tregs), skewing the CD8+:Treg ratio. FOXP3 staining of human melanoma biopsies revealed similar increases in Tregs in young patients. Depletion of Tregs using anti-CD25 increased the response to anti-PD1 in young mice. Conclusions: While there are obvious limitations to our study, including our inability to conduct a meta-analysis due to a lack of available data, and our inability to control for mutational burden, there is a remarkable consistency in these data from over 500 patients across 8 different institutes worldwide. These results stress the importance of considering age as a factor for immunotherapy response. Clin Cancer Res; 24(21); 5347–56. ©2018 AACR. See related commentary by Pawelec, p. 5193

Association of aberrant glycosylation with melanoma progression is based mainly on analyses of cell lines. Here we present a systems-based study of glycomic changes and corresponding enzymes associated with melanoma metastasis in patient samples. Upregulation of core fucosylation (FUT8) and downregulation of α-1,2 fucosylation (FUT1, FUT2) were identified as features of metastatic melanoma. Using both in vitro and in vivo studies, we demonstrate FUT8 is a driver of melanoma metastasis which, when silenced, suppresses invasion and tumor dissemination. Glycoprotein targets of FUT8 were enriched in cell migration proteins including the adhesion molecule L1CAM. Core fucosylation impacted L1CAM cleavage and the ability of L1CAM to support melanoma invasion. FUT8 and its targets represent therapeutic targets in melanoma metastasis.