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Timothy Helms
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Oncogenic NRAS signaling differentially regulates survival and proliferation in melanoma

Lawrence Kwong et al.Sep 16, 2012
NRAS-driven melanomas have limited therapeutic options. Combining genetically engineered models and oncogenic signaling inhibitors with rational systems-biology approaches, the authors compare the effects of genetic extinction of NRAS to that of chemical pathway inhibition targeting downstream MEK. The differences provide actionable targets by revealing that NRAS signaling operates as a gated output and that MEK inhibition, although inducing apoptosis, is not able to achieve further inhibition of NRAS-induced outputs such as cell-cycle progression. A combination of MEK and CDK4 inhibitors provides a more complete inhibition of NRAS signaling and a more effective antitumor effect in vivo. The discovery of potent inhibitors of the BRAF proto-oncogene has revolutionized therapy for melanoma harboring mutations in BRAF, yet NRAS-mutant melanoma remains without an effective therapy. Because direct pharmacological inhibition of the RAS proto-oncogene has thus far been unsuccessful, we explored systems biology approaches to identify synergistic drug combination(s) that can mimic RAS inhibition. Here, leveraging an inducible mouse model of NRAS-mutant melanoma, we show that pharmacological inhibition of mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) activates apoptosis but not cell-cycle arrest, which is in contrast to complete genetic neuroblastoma RAS homolog (NRAS) extinction, which triggers both of these effects. Network modeling pinpointed cyclin-dependent kinase 4 (CDK4) as a key driver of this differential phenotype. Accordingly, combined pharmacological inhibition of MEK and CDK4 in vivo led to substantial synergy in therapeutic efficacy. We suggest a gradient model of oncogenic NRAS signaling in which the output is gated, resulting in the decoupling of discrete downstream biological phenotypes as a result of incomplete inhibition. Such a gated signaling model offers a new framework to identify nonobvious coextinction target(s) for combined pharmacological inhibition in NRAS-mutant melanomas.
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Microparticle-delivered Cxcl9 prolongs Braf inhibitor efficacy in melanoma

Gabriele Romano et al.May 25, 2022
ABSTRACT Patients with BRAF-mutant melanoma show significant responses to combined BRAF and MEK inhibition, but most relapse within 2 years. A major reservoir for drug resistance is minimal residual disease (MRD), comprised of drug-tolerant tumor cells laying in a dormant state. Towards exploiting potential therapeutic vulnerabilities of MRD, we established a genetically engineered mouse model of Braf V600E -driven melanoma MRD wherein genetic Braf V600E extinction leads to strong but incomplete tumor regression. Transcriptional time-course analysis after Braf V600E extinction revealed that after an initial surge of immune activation, tumors later became immunologically “cold” after MRD establishment. Computational analysis identified candidate T-cell recruiting chemokines that may be central players in the process, being strongly upregulated initially and steeply decreasing as the immune response faded. Therefore, we hypothesized that sustaining the chemokine signaling could impair MRD maintenance through increased recruitment of effector T-cells. We show that intratumoral administration of recombinant Cxcl9, either naked or loaded in microparticles, significantly impaired MRD relapse in BRAF-inhibited tumors, including several complete responses after microparticle-delivered rCxcl9 combined with BRAF and MEK-inhibition. Our experiments constitute a proof of concept that chemokine-based microparticle delivery systems are a potential strategy to forestall tumor relapse and thus improve the clinical success of frontline treatment methods.