Summary Therapy resistance remains a major clinical challenge for the management of metastatic melanoma. Here we show that activation of the Integrated Stress Response (ISR), which we show is common in drug-tolerant and resistant melanoma, promotes selective synthesis of mitochondrial proteins in the cytosol. Since mitochondrial translation adapts to the influx of nuclear-encoded mitochondrial proteins, ISR activation indirectly enhances mitochondrial translation and makes these cells highly vulnerable to mitochondrial translation inhibitors. Treatment of melanoma with mitoribosome-targeting antibiotics, induces proteotoxic stress and significantly compromises the growth of NRAS -mutant and immunotherapy-resistant skin melanoma as well as uveal melanoma. Additionally, a triple BRAFi/MEKi/Tigecycline combination reduces intratumour heterogeneity by abrogating emergence of dedifferentiated drug-tolerant cells, and delayed or even prevented the development of resistance in BRAF V600E PDX models. Consistently, a melanoma patient exposed to Doxycycline, a mitoribosome-targeting antibiotic commonly used to treat infections, experienced a complete and long-lasting response of a treatment-resistant lesion. Significance Our study indicates that the repurposing of mitoribosome-targeting antibiotics offers a rational salvage strategy for targeted therapy in BRAF -mutant melanoma, and a therapeutic option to target NRAS -driven and immunotherapy-resistant cutaneous melanoma and uveal melanomas.

Abstract Upregulation of mitochondrial respiration coupled with high ROS-scavenging capacity is a characteristic shared by drug-tolerant cells in several cancers. As translational fidelity is essential for cell fitness, protection of the mitochondrial and cytosolic ribosomes from oxidative damage is pivotal. While mechanisms for recognizing and repairing such damage exist in the cytoplasm, the corresponding process in the mitochondria remains unclear. By performing Ascorbate PEroXidase (APEX)-proximity ligation assay directed to the mitochondrial matrix followed by isolation and sequencing of RNA associated to mitochondrial proteins, we identified the nuclear-encoded lncRNA ROSALIND as an interacting partner of ribosomes. ROSALIND is upregulated in recurrent tumours and its expression can discriminate between responders and non-responders to immune checkpoint blockade in a melanoma cohort of patients. Featuring an unusually high G content, ROSALIND serves as a substrate for oxidation. Consequently, inhibiting ROSALIND leads to an increase in ROS and protein oxidation, resulting in severe mitochondrial respiration defects. This, in turn, impairs melanoma cell viability and increases immunogenicity both in vitro and ex vivo in preclinical humanized cancer models. These findings underscore the role of ROSALIND as a novel ROS buffering system, safeguarding mitochondrial translation from oxidative stress, and shed light on potential therapeutic strategies for overcoming cancer therapy resistance.

Abstract Responses to anticancer therapies in patients with advanced metastatic disease are often lower than 50% and the majority of patients initially responding develop resistance later on. Therapy resistance often follows an adaptation phase in which cancer cells exit the cell cycle and engage the Integrated Stress Response (ISR). Activation of this pathway induces the emergence of drug-tolerant persister cells via the block of CAP-dependent translation while enhancing translation of select mRNAs that support survival, migration and dampen immunogenicity. Little is known about the molecular mechanisms underlying ISR-dependent immune escape. Searching for transcripts specifically associated with polysomes upon ISR activation we identified the lncRNA LISR . We showed that this untranslated transcript, could suppress the production of putative neoantigens, while promoting translation of PD-L1 and other mRNAs involved in the formation of the glycocalyx. Accordingly, LISR locus is amplified in 60% of melanomas and its expression is increased in patients refractory to Immune Checkpoint Blockade (ICB). Consequently, inhibition of LISR stimulated anti-tumour immune responses both in vitro and in humanized and ICB-resistant patient-derived xenografts. This study establishes a link between lncRNAs, translation rewiring in cancer and immunogenicity, and identifies an RNA-based cancer-specific therapeutic strategy to overcome intrinsic resistance to ICB.