This study was performed in the aim to identify potential targets for the development of novel therapy to treat cancer with poor outcome or treatment efficacy. We show that the negatively charged phospholipid phosphatidylserine (PS) is exposed in the outer leaflet of their plasma membrane not only in tumor cell lines, but also in metastases and primary cultures thereof, which contrasts with a lack of PS exposure by differentiated non-tumorigenic counterparts. Studied tumor cell lines were derived from non-tumorigenic and malignant melanomas, prostate- and renal cancer, glioblastoma and a rhabdomyosarcoma. Importantly, also metastases of melanoma expose PS and there is a correlation between malignancy of melanoma cell lines from different stages of tumor progression and PS exposure. The PS exposure we found was neither of apoptotic nor of experimental artificial origin. Finally potentially malignant and non-malignant cells could be differentiated by sorting of a primary cell culture derived from a glioblastoma based on PS exposure, which has so far not been possible within one culture due to lack of a specific marker. Our data provide clear evidence that PS could serve as uniform marker of tumor cells and metastases as well as a target for novel therapeutic approaches based on e.g. PS-specific host defense derived peptides.

Abstract Phenotypic heterogeneity of cancer cells plays a critical role in shaping treatment response. This type of heterogeneity is organized spatially with specific phenotypes, such as sharply demarcated clusters of proliferating and cell cycle-arrested cells, predominating within discrete domains within a tumor. What determines the occurrence of specific tumor cell phenotypes in distinct microdomains of solid cancers is poorly understood. Here, we show that in melanoma spatial organization of phenotypic heterogeneity is dictated by the expression and activity of MITF. We reveal that this lineage survival oncogene controls ECM composition and organization, and ROCK-driven mechanotransduction through focal adhesion maturation and actin cytoskeleton functionality. In turn, altered tumor microarchitecture and structural integrity impact tumor solid stress which then mediates phenotypic heterogeneity through p27 Kip1 . Rho-ROCK-myosin signaling is necessary to transmit the effect of the reciprocal cell-ECM regulation into phenotypic heterogeneity. Our findings place cell-ECM crosstalk as a central driver of phenotypic tumor heterogeneity. Significance Phenotypic heterogeneity is a major culprit of cancer therapy failure. We demonstrate that phenotypic heterogeneity is controlled through tumor cell-ECM crosstalk resulting in altered tumor microarchitecture, mechanotransduction and Rho-ROCK-myosin signaling. Melanoma shares these physical properties with any solid cancer underscoring the importance of our findings for therapeutically targeting this phenomenon.

Acquired drug resistance is the major cause for disease recurrence in cancer patients, and this is particularly true for patients with metastatic melanoma that carry a BRAF V600E mutation. To address this problem, we investigated cyclic membrane-active peptides as an alternative therapeutic modality to kill drug-tolerant and resistant melanoma cells to avoid acquired drug resistance. We selected two stable cyclic peptides (cTI and cGm), previously shown to have anti-melanoma properties, and compared them with dabrafenib, a drug used to treat cancer patients with the BRAF V600E mutation. The peptides act via a fast membrane-permeabilizing mechanism and kill metastatic melanoma cells that are sensitive, tolerant, or resistant to dabrafenib. Melanoma cells do not become resistant to long-term treatment with cTI, nor do they evolve their lipid membrane composition, as measured by lipidomic and proteomic studies. In vivo studies in mice demonstrated that the combination treatment of cTI and dabrafenib resulted in fewer metastases and improved overall survival. Such cyclic membrane-active peptides are thus well suited as templates to design new anticancer therapeutic strategies.

Abstract Acquired drug-resistance is a recurring problem in cancer treatment, and this is particularly true for patients with metastatic melanoma that carry a BRAF V600E mutation. In the current study, we explored the use of membrane-active peptides as an alternative therapeutic modality to target drug-resistant melanoma cells. We produced slow-cycling and drug-resistant melanoma cells using dabrafenib, a small molecule drug that targets tumor cells with BRAF V600E mutation, and characterised their lipidome and proteome to investigate the role of membrane lipids in acquired drug-resistance. Despite some changes in the lipid composition, tested anti-melanoma membrane-active cyclic peptides (cTI and cGm) killed melanoma cells that are sensitive, tolerant, or resistant to dabrafenib. Importantly, melanoma cells did not develop resistance to cTI or cGm, nor changed their lipid composition with long-term peptide treatment. Therefore, these peptides are well suited as templates to design therapeutic leads to target drug-resistant metastatic melanoma cells and/or as co-treatment with small molecule drugs.

Keratinocyte carcinomas such as basal cell carcinomas and squamous cell carcinomas are a major burden affecting morbidity and mortality in solid organ transplant recipients (SOTRs). Best treatment includes frequent skin checks for early detection and surgery for high incidence of skin cancers. Sirolimus is an immunosuppressive drug which may reduce the burden of skin cancer but may be poorly tolerated when given orally. Topical sirolimus has been proven effective at reducing the burden of skin cancers in animal models, and its safety has long been established in children with tuberous sclerosis. A recent 12-week phase II trial of topical sirolimus suggested it was safe and effective at reducing the early signs of skin cancer in the absence of major side effects. The aim of the SiroSkin trial is to determine whether topical sirolimus can fill a major gap in current therapies by reducing the onset and number of new skin cancers thus reducing burden of disease and cost-effectiveness. Protocol for a multi-centred phase III, participant- and clinician assessor-blinded, placebo-controlled randomised trial in SOTRs. A minimum 146 participants randomised 1:1 will be treated with 1% topical sirolimus versus placebo applied to the face on a regular basis for 24 weeks. Participation is 24 months in total—24 weeks of treatment and 18 months of follow-up. Outcomes include the number of keratinocyte carcinomas at 24 weeks of treatment compared to placebo and then at 12 and 24 months after initiation of treatment. Analysis will be as per protocol and intention to treat. The results of this trial will inform management strategies for skin cancers in SOTRs and provide evidence for cost-effectiveness. Clinicaltrials.gov NCT05860881. Registered on June 15, 2023, and on anzctr.org.au (registration number NCT05860881).

Abstract Purpose Regorafenib is a multi-kinase inhibitor approved for refractory metastatic colorectal cancer. Previous studies have suggested that combining kinase inhibitors with aspirin may improve patient outcomes. We aimed to determine the effects of aspirin and regorafenib combination treatment in preclinical models of colorectal cancer. Experimental Design SW480, RKO and LIM1215 colorectal cancer cell lines were treated with aspirin and regorafenib to determine effects on proliferation and cytotoxicity. RNA sequencing and Western blotting were performed to explore underlying molecular effects. Aspirin and regorafenib combination treatment was also tested using organoids derived from three human colorectal cancer tissue specimens. For the in vivo study, SW480-derived tumors were established in athymic mice. Tumor volume was measured during treatment with aspirin and regorafenib, followed by immunohistochemical staining for markers of proliferation and apoptosis. Results Aspirin and regorafenib synergistically inhibited proliferation of colorectal cancer cell lines and patient-derived organoids, irrespective of KRAS or BRAF mutation status. This was associated with inhibition of the PI3K-Akt-mTOR pathway and activation of the AMPK pathway. Aspirin and regorafenib effectively inhibited growth of microsatellite stable KRAS -mutant SW480-derived tumors in vivo . Immunohistochemical staining for Ki67 and cleaved caspase 3 showed that combination treatment elicited a synergistic anti-proliferative effect, in addition to a pro-apoptotic effect that was driven by regorafenib. Conclusions Aspirin and regorafenib demonstrate synergistic anti-proliferative effects in preclinical models of colorectal cancer. This suggests that combining regorafenib with aspirin may be an improved treatment strategy for patients with refractory metastatic colorectal cancer.