Abstract Combinations of BRAF inhibitors and MEK inhibitors (BRAFi + MEKi) are FDA-approved to treat BRAFV600E/K-mutant melanoma. Efficacy of BRAFi + MEKi associates with cancer cell death and alterations in the tumor immune microenvironment; however, the links are poorly understood. We show that BRAFi + MEKi caused durable melanoma regression in an immune-mediated manner. BRAFi + MEKi treatment promoted cleavage of gasdermin E (GSDME) and release of HMGB1, markers of pyroptotic cell death. GSDME-deficient melanoma showed defective HMGB1 release, reduced tumor-associated T cell and activated dendritic cell infiltrates in response to BRAFi + MEKi, and more frequent tumor regrowth after drug removal. Importantly, BRAFi + MEKi–resistant disease lacked pyroptosis markers and showed decreased intratumoral T-cell infiltration but was sensitive to pyroptosis-inducing chemotherapy. These data implicate BRAFi + MEKi–induced pyroptosis in antitumor immune responses and highlight new therapeutic strategies for resistant melanoma. Significance: Targeted inhibitors and immune checkpoint agents have advanced the care of patients with melanoma; however, detailed knowledge of the intersection between these two research areas is lacking. We describe a molecular mechanism of targeted inhibitor regulation of an immune-stimulatory form of cell death and provide a proof-of-principle salvage therapy concept for inhibitor-resistant melanoma. See related commentary by Smalley, p. 176. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 161

Abstract Cytomegalovirus (CMV) is a ubiquitous β-herpesvirus that infects many different cell types. CMV has been found in several solid tumors and it has been hypothesized that it may promote cellular transformation or exacerbate tumor growth. Paradoxically, in some experimental situations, CMV infection delays tumor growth. We previously showed that wild-type murine (M)CMV delayed the growth of poorly immunogenic B16 melanomas via an undefined mechanism. Here we show that MCMV delayed the growth of these immunologically “cold” tumors by recruiting and modulating tumor-associated macrophages. Depletion of monocytic phagocytes with clodronate completely prevented MCMV from delaying tumor growth. Mechanistically, our data suggest that MCMV recruits new macrophages to the tumor via the virus-encoded chemokine MCK2, and viruses lacking this chemokine were unable to delay tumor growth. Moreover, MCMV infection of macrophages drove them toward an M1-like state. Importantly, adaptive immune responses were also necessary for MCMV to delay tumor growth as the effect was substantially blunted in Rag-deficient animals. However, viral spread was not needed and a spread-defective MCMV strain was equally effective. In most mice, the anti-tumor effect of MCMV was transient. Although the recruited macrophages persisted, tumor regrowth correlated with a loss of viral activity in the tumor. However, an additional round of MCMV infection further delayed tumor growth, suggesting that tumor growth delay was dependent on active viral infection. Together, our results suggest that MCMV infection delayed the growth of an immunologically “cold” tumor by recruiting and modulating macrophages in order to promote anti-tumor immune responses. Importance Cytomegalovirus (CMV) is an exciting new platform for vaccines and cancer therapy. Although CMV may delay tumor growth in some settings, there is also evidence that CMV may promote cancer development and progression. Thus, defining the impact of CMV on tumors is critical. Using a mouse model of melanoma, we previously found that murine (M)CMV delayed tumor growth and activated tumor-specific immunity, although the mechanism was unclear. We now show that MCMV delayed tumor growth not by infecting and killing tumor cells, but rather by recruiting macrophages to the tumor. A viral chemokine was necessary to recruit macrophages and delay tumor growth. Furthermore, MCMV infection altered the functional state of the macrophages. Finally, we found that repeated MCMV injections sustained the anti-tumor effect suggesting that active viral infection was needed. Thus, MCMV altered tumor growth by actively recruiting and infecting macrophages in the tumor.

Uveal melanoma (UM) is the deadliest form of eye cancer in adults. Inactivating mutations and/or loss of expression of the gene encoding BRCA1-associated protein 1 (BAP1) in UM tumors are associated with an increased risk of metastasis. To investigate the mechanisms underlying this risk, we explored the functional consequences of BAP1 deficiency. UM cell lines expressing mutant BAP1 grew more slowly than those expressing wild-type BAP1 in culture and in vivo. The ability of BAP1 reconstitution to restore cell proliferation in BAP1-deficient cells required its deubiquitylase activity. Proteomic analysis showed that BAP1-deficient cells had decreased phosphorylation of ribosomal S6 and its upstream regulator, p70S6K1, compared with both wild-type and BAP1 reconstituted cells. In turn, expression of p70S6K1 increased S6 phosphorylation and proliferation of BAP1-deficient UM cells. Consistent with these findings, BAP1 mutant primary UM tumors expressed lower amounts of p70S6K1 target genes, and S6 phosphorylation was decreased in BAP1 mutant patient-derived xenografts (PDXs), which grew more slowly than wild-type PDXs in the liver (the main metastatic site of UM) in mice. BAP1-deficient UM cells were also more resistant to amino acid starvation, which was associated with diminished phosphorylation of S6. These studies demonstrate that BAP1 deficiency slows the proliferation of UM cells through regulation of S6 phosphorylation. These characteristics may be associated with metastasis by ensuring survival during amino acid starvation.

The mechanisms driving late relapse in uveal melanoma (UM) patients remains a medical mystery and major challenge. Clinically it is inferred that UM disseminated cancer cells (DCCs) persist asymptomatic for years-to-decades mainly in the liver before they manifest as symptomatic metastasis. Here we reveal using Gαq/11