Martin McMahon and colleagues have generated a new mouse model of metastatic melanoma by generating mice with an activating mutation of Braf and deletion of Pten. The mice show metastatic melanoma with 100% penetrance and short latency, and should serve as a useful pre-clinical model in which to evaluate new therapies. Mutational activation of BRAF is the earliest and most common genetic alteration in human melanoma. To build a model of human melanoma, we generated mice with conditional melanocyte-specific expression of BRafV600E. Upon induction of BRafV600E expression, mice developed benign melanocytic hyperplasias that failed to progress to melanoma over 15–20 months. By contrast, expression of BRafV600E combined with Pten tumor suppressor gene silencing elicited development of melanoma with 100% penetrance, short latency and with metastases observed in lymph nodes and lungs. Melanoma was prevented by inhibitors of mTorc1 (rapamycin) or MEK1/2 (PD325901) but, upon cessation of drug administration, mice developed melanoma, indicating the presence of long-lived melanoma-initiating cells in this system. Notably, combined treatment with rapamycin and PD325901 led to shrinkage of established melanomas. These mice, engineered with a common genetic profile to human melanoma, provide a system to study melanoma's cardinal feature of metastasis and for preclinical evaluation of agents designed to prevent or treat metastatic disease.

Mutationally activated BRAF V600E ( BRAF VE ) is detected in ∼6% of human malignancies and promotes sustained MEK1/2–ERK1/2 pathway activation. We have designed BRaf CA mice to express normal BRaf prior to Cre-mediated recombination after which BRaf VE is expressed at physiological levels. BRaf CA mice infected with an Adenovirus expressing Cre recombinase developed benign lung tumors that only rarely progressed to adenocarcinoma. Moreover, BRaf VE -induced lung tumors were prevented by pharmacological inhibition of MEK1/2. BRaf VE expression initially induced proliferation that was followed by growth arrest bearing certain hallmarks of senescence. Consistent with Ink4a/Arf and TP53 tumor suppressor function, BRaf VE expression combined with mutation of either locus led to cancer progression.

Malignant melanoma is characterized by frequent metastasis, however, specific changes that regulate this process have not been clearly delineated. Although it is well known that Wnt signaling is frequently dysregulated in melanoma, the functional implications of this observation are unclear. By modulating β-catenin levels in a mouse model of melanoma that is based on melanocyte-specific Pten loss and BrafV600E mutation, we demonstrate that β-catenin is a central mediator of melanoma metastasis to the lymph nodes and lungs. In addition to altering metastasis, β-catenin levels control tumor differentiation and regulate both MAPK/Erk and PI3K/Akt signaling. Highly metastatic tumors with β-catenin stabilization are very similar to a subset of human melanomas. Together these findings establish Wnt signaling as a metastasis regulator in melanoma.

KRAS mutation is a hallmark of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) but remains an intractable pharmacologic target. Consequently, defining RAS effector pathway(s) required for PDA initiation and maintenance is critical to improve treatment of this disease. Here, we show that expression of BRAF(V600E), but not PIK3CA(H1047R), in the mouse pancreas leads to pancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN) lesions. Moreover, concomitant expression of BRAF(V600E) and TP53(R270H) result in lethal PDA. We tested pharmacologic inhibitors of RAS effectors against multiple human PDA cell lines. Mitogen-activated protein (MAP)/extracellular signal-regulated (ERK) kinase (MEK) inhibition was highly effective both in vivo and in vitro and was synergistic with AKT inhibition in most cell lines tested. We show that RAF→MEK→ERK signaling is central to the initiation and maintenance of PDA and to rational combination strategies in this disease. These results emphasize the value of leveraging multiple complementary experimental systems to prioritize pathways for effective intervention strategies in PDA.PDA is diffi cult to treat, in large part, due to recurrent mutations in the KRAS gene. Here, we defi ne rational treatment approaches for the disease achievable today with existing drug combinations by thorough genetic and pharmacologic dissection of the major KRAS effector pathways, RAF→MEK→ERK and phosphoinositide 3′-kinase (PI3'K)→AKT.

Human melanocytic nevi (moles) are benign lesions harboring activated oncogenes, including BRAF . Although this oncogene initially acts mitogenically, eventually, oncogene-induced senescence (OIS) ensues. Nevi can infrequently progress to melanomas, but the mechanistic relationship with OIS is unclear. We show here that PTEN depletion abrogates BRAF V600E -induced senescence in human fibroblasts and melanocytes. Correspondingly, in established murine BRAF V600E -driven nevi, acute shRNA-mediated depletion of PTEN prompted tumor progression. Furthermore, genetic analysis of laser-guided microdissected human contiguous nevus–melanoma specimens recurrently revealed identical mutations in BRAF or NRAS in adjacent benign and malignant melanocytes. The PI3K pathway was often activated through either decreased PTEN or increased AKT3 expression in melanomas relative to their adjacent nevi. Pharmacologic PI3K inhibition in melanoma cells suppressed proliferation and induced the senescence-associated tumor suppressor p15 INK4B . This treatment also eliminated subpopulations resistant to targeted BRAF V600E inhibition. Our findings suggest that a significant proportion of melanomas arise from nevi. Furthermore, these results demonstrate that PI3K pathway activation serves as a rate-limiting event in this setting, acting at least in part by abrogating OIS. The reactivation of senescence features and elimination of cells refractory to BRAF V600E inhibition by PI3K inhibition warrants further investigation into the therapeutic potential of simultaneously targeting these pathways in melanoma.

Abstract Melanomas commonly undergo a phenotype switch, from a proliferative to an invasive state. Melanoma plasticity exhibited as phenotype switching contributes to immunotherapy resistance, however the mechanisms are not completely understood and thus therapeutically unexploited. Here, using a transgenic melanoma mouse model, we demonstrated a critical role of the MNK1/2-eIF4E axis in melanoma plasticity and resistance to immunotherapy. We showed that phospho-eIF4E deficient murine melanomas express high levels of melanocytic antigens, with similar results verified in patient melanomas. Mechanistically, we identified that phospho-eIF4E controls the translation of NGFR , a critical effector of phenotype switching. In patients with melanoma, the expression of MKNK1 , the kinase for eIF4E, positively correlated with markers of immune exhaustion. Genetic ablation of phospho-eIF4E reprogrammed the immunosuppressive microenvironment, exemplified by lowered production of inflammatory factors and increased CD8 + T cell infiltrates. Blocking phospho-eIF4E, using MNK1/2 inhibitors, offers a new strategy to inhibit melanoma plasticity and improve the survival response to anti-PD-1 immunotherapy.