Adoptive T cell therapy (ACT) produces durable responses in some cancer patients; however, most tumors are refractory to ACT and the molecular mechanisms underlying resistance are unclear. Using two independent approaches, we identified tumor glycolysis as a pathway associated with immune resistance in melanoma. Glycolysis-related genes were upregulated in melanoma and lung cancer patient samples poorly infiltrated by T cells. Overexpression of glycolysis-related molecules impaired T cell killing of tumor cells, whereas inhibition of glycolysis enhanced T cell-mediated antitumor immunity in vitro and in vivo. Moreover, glycolysis-related gene expression was higher in melanoma tissues from ACT-refractory patients, and tumor cells derived from these patients exhibited higher glycolytic activity. We identified reduced levels of IRF1 and CXCL10 immunostimulatory molecules in highly glycolytic melanoma cells. Our findings demonstrate that tumor glycolysis is associated with the efficacy of ACT and identify the glycolysis pathway as a candidate target for combinatorial therapeutic intervention.

Abstract Purpose: Vemurafenib, a selective inhibitor of BRAFV600, has shown significant activity in BRAFV600 melanoma but not in less than 10% of metastatic BRAFV600 colorectal cancers (CRC), suggesting that studies of the unique hypermethylated phenotype and concurrent oncogenic activation of BRAFmut CRC may provide combinatorial strategies. Experimental Design: We conducted comparative proteomic analysis of BRAFV600E melanoma and CRC cell lines, followed by correlation of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) pathway activation and sensitivity to the vemurafenib analogue PLX4720. Pharmacologic inhibitors and siRNA were used in combination with PLX4720 to inhibit PI3K and methyltransferase in cell lines and murine models. Results: Compared with melanoma, CRC lines show higher levels of PI3K/AKT pathway activation. CRC cell lines with mutations in PTEN or PIK3CA were less sensitive to growth inhibition by PLX4720 (P = 0.03), and knockdown of PTEN expression in sensitive CRC cells reduced growth inhibition by the drug. Combined treatment of PLX4720 with PI3K inhibitors caused synergistic growth inhibition in BRAF-mutant CRC cells with both primary and secondary resistance. In addition, methyltransferase inhibition was synergistic with PLX4720 and decreased AKT activation. In vivo, PLX4720 combined with either inhibitors of AKT or methyltransferase showed greater tumor growth inhibition than PLX4720 alone. Clones with acquired resistance to PLX4720 in vitro showed PI3K/AKT activation with EGF receptor (EGFR) or KRAS amplification. Conclusions: We show that activation of the PI3K/AKT pathway is a mechanism of both innate and acquired resistance to BRAF inhibitors in BRAFV600E CRC and suggest combinatorial approaches to improve outcomes in this poor prognosis subset of patients. Clin Cancer Res; 19(3); 657–67. ©2012 AACR.

There is a critical need to improve our understanding of the pathogenesis of melanoma brain metastases (MBM). Thus, we performed RNA sequencing on 88 resected MBMs and 42 patient-matched extracranial metastases; tumors with sufficient tissue also underwent whole-exome sequencing, T-cell receptor sequencing, and IHC. MBMs demonstrated heterogeneity of immune infiltrates that correlated with prior radiation and post-craniotomy survival. Comparison with patient-matched extracranial metastases identified significant immunosuppression and enrichment of oxidative phosphorylation (OXPHOS) in MBMs. Gene-expression analysis of intracranial and subcutaneous xenografts, and a spontaneous MBM model, confirmed increased OXPHOS gene expression in MBMs, which was also detected by direct metabolite profiling and [U-13C]-glucose tracing in vivo. IACS-010759, an OXPHOS inhibitor currently in early-phase clinical trials, improved survival of mice bearing MAPK inhibitor-resistant intracranial melanoma xenografts and inhibited MBM formation in the spontaneous MBM model. The results provide new insights into the pathogenesis and therapeutic resistance of MBMs. SIGNIFICANCE: Improving our understanding of the pathogenesis of MBMs will facilitate the rational development and prioritization of new therapeutic strategies. This study reports the most comprehensive molecular profiling of patient-matched MBMs and extracranial metastases to date. The data provide new insights into MBM biology and therapeutic resistance.See related commentary by Egelston and Margolin, p. 581.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 565.

Abstract Resistance to combination BRAF/MEK inhibitor (BRAFi/MEKi) therapy arises in nearly every patient with BRAF V600E/K melanoma, despite promising initial responses. Achieving cures in this expanding BRAFi/MEKi-resistant cohort represents one of the greatest challenges to the field; few experience additional durable benefit from immunotherapy and no alternative therapies exist. To better personalize therapy in cancer patients to address therapy relapse, umbrella trials have been initiated whereby genomic sequencing of a panel of potentially actionable targets guide therapy selection for patients; however, the superior efficacy of such approaches remains to be seen. We here test the robustness of the umbrella trial rationale by analyzing relationships between genomic status of a gene and the downstream consequences at the protein level of related pathway, which find poor relationships between mutations, copy number amplification, and protein level. To profile candidate therapeutic strategies that may offer clinical benefit in the context of acquired BRAFi/MEKi resistance, we established a repository of p atient- d erived x enograft models from heavily pretreated patients with resistance to BRAFi/MEKi and/or immunotherapy (R-PDX). With these R-PDXs, we executed in vivo compound repurposing screens using 11 FDA-approved agents from an NCI-portfolio with pan-RTK, non-RTK and/or PI3K-mTOR specificity. We identify dasatinib as capable of restoring BRAFi/MEKi antitumor efficacy in ∼70% of R-PDX tested. A systems-biology analysis indicates elevated baseline protein expression of canonical drivers of therapy resistance (e.g., AXL, YAP, HSP70, phospho-AKT) as predictive of MAPKi/dasatinib sensitivity. We therefore propose that dasatinib-based MAPKi therapy may restore antitumor efficacy in patients that have relapsed to standard-of-care therapy by broadly targeting proteins critical in melanoma therapy escape. Further, we submit that this experimental PDX paradigm could potentially improve preclinical evaluation of therapeutic modalities and augment our ability to identify biomarker-defined patient subsets that may respond to a given clinical trial. SINGLE SENTENCE SUMMARY Broad target inhibition effective as a salvage strategy in BRAF/MEK inhibitor-acquired resistance PDX

Adaptive immune resistance (AIR) is a protective process used by cancer to escape elimination by CD8+ T cells. Inhibition of immune checkpoints PD-1 and CTLA-4 specifically target Interferon-gamma (IFNγ)-driven AIR. AIR begins at the plasma membrane where tumor cell-intrinsic cytokine signaling is initiated. Thus, plasma membrane remodeling by endomembrane trafficking could regulate AIR. Herein we report that the trafficking protein ADP-Ribosylation Factor 6 (ARF6) is critical for IFNγ-driven AIR. ARF6 prevents transport of the receptor to the lysosome, augmenting IFNγR expression, tumor intrinsic IFNγ signaling and downstream expression of immunosuppressive genes. In murine melanoma, loss of ARF6 causes resistance to immune checkpoint blockade (ICB). Likewise, low expression of ARF6 in patient tumors correlates with inferior outcomes with ICB. Our data provide new mechanistic insights into tumor immune escape, defined by ARF6-dependent AIR, and support that ARF6-dependent endomembrane trafficking of the IFNγ receptor influences outcomes of ICB.