Signaling from JAK (Janus kinase) protein kinases to STAT (signal transducers and activators of transcription) transcription factors is key to many aspects of biology and medicine, yet the mechanism by which cytokine receptors initiate signaling is enigmatic. We present a complete mechanistic model for activation of receptor-bound JAK2, based on an archetypal cytokine receptor, the growth hormone receptor. For this, we used fluorescence resonance energy transfer to monitor positioning of the JAK2 binding motif in the receptor dimer, substitution of the receptor extracellular domains with Jun zippers to control the position of its transmembrane (TM) helices, atomistic modeling of TM helix movements, and docking of the crystal structures of the JAK2 kinase and its inhibitory pseudokinase domain with an opposing kinase-pseudokinase domain pair. Activation of the receptor dimer induced a separation of its JAK2 binding motifs, driven by a ligand-induced transition from a parallel TM helix pair to a left-handed crossover arrangement. This separation leads to removal of the pseudokinase domain from the kinase domain of the partner JAK2 and pairing of the two kinase domains, facilitating trans-activation. This model may well generalize to other class I cytokine receptors.

There is documented sex disparity in cutaneous melanoma incidence and mortality, increasing disproportionately with age and in the male sex. However, the underlying mechanisms remain unclear. While biological sex differences and inherent immune response variability have been assessed in tumor cells, the role of the tumor-surrounding microenvironment, contextually in aging, has been overlooked. Here, we show that skin fibroblasts undergo age-mediated, sex-dependent changes in their proliferation, senescence, ROS levels, and stress response. We find that aged male fibroblasts selectively drive an invasive, therapy-resistant phenotype in melanoma cells and promote metastasis in aged male mice by increasing AXL expression. Intrinsic aging in male fibroblasts mediated by EZH2 decline increases BMP2 secretion, which in turn drives the slower-cycling, highly invasive, and therapy-resistant melanoma cell phenotype, characteristic of the aged male TME. Inhibition of BMP2 activity blocks the emergence of invasive phenotypes and sensitizes melanoma cells to BRAF/MEK inhibition.

Abstract Aged patients with melanoma (>65 years old) have more aggressive disease relative to young patients (<55 years old) for reasons that are not completely understood. Analysis of the young and aged secretome from human dermal fibroblasts identified >5-fold levels of IGF-binding protein 2 (IGFBP2) in the aged fibroblast secretome. IGFBP2 functionally triggers upregulation of the PI3K-dependent fatty acid biosynthesis program in melanoma cells. Melanoma cells co-cultured with aged dermal fibroblasts have higher levels of lipids relative to those co-cultured with young dermal fibroblasts, which can be lowered by silencing IGFBP2 expression in fibroblasts prior to treating with conditioned media. Conversely, ectopically treating melanoma cells with recombinant IGFBP2 in the presence of conditioned media from young fibroblasts or overexpressing IGFBP2 in melanoma cells promoted lipid synthesis and accumulation in melanoma cells. Treatment of young mice with rIGFBP2 increases tumor growth. Neutralizing IGFBP2 in vitro reduces migration and invasion in melanoma cells, and in vivo studies demonstrate that neutralizing IGFBP2 in syngeneic aged mice reduces tumor growth and metastasis. Our results suggest that aged dermal fibroblasts increase melanoma cell aggressiveness through increased secretion of IGFBP2, stressing the importance of considering age when designing studies and treatment. Significance: The aged microenvironment drives metastasis in melanoma cells. This study reports that IGFBP2 secretion by aged fibroblasts induces lipid accumulation in melanoma cells, driving an increase in tumor invasiveness. Neutralizing IGFBP2 decreases melanoma tumor growth and metastasis.

Background and aims: Isocitrate dehydrogenase 1 ( IDH1 )-mutant cholangiocarcinoma (CCA) is a highly lethal subtype of hepatobiliary cancer that is often resistant to immune checkpoint inhibitor therapies. We evaluated the effects of IDH1 -mutations in CCA cells on the tumor immune microenvironment and identify opportunities for therapeutic intervention. Approach and results: Analysis of 2,606 human CCA tumors using deconvolution of RNA-sequencing data identified decreased CD8 T cell and increased M2-like tumor-associated macrophage (TAM) infiltration in IDH1 -mutant compared to IDH1 -wild type tumors. To model the tumor immune microenvironment of IDH1- mutant CCA in vivo , we generated an isogenic cell line panel of mouse SB1 CCA cells containing a heterozygous IDH1 R132C (SB1 mIDH1 ) or control (SB1 WT ) cells using CRISPR-mediated homology directed repair. SB1 mIDH1 cells recapitulated features of human IDH1 -mutant CCA including D-2-HG production and increased M2-like TAM infiltration. SB1 mIDH1 cells and tumors produced increased levels of CCL2, a chemokine involved in recruitment and polarization of M2-like TAMs compared to wild type controls. In vivo neutralization of CCL2 led to decreased M2-like TAM infiltration, reduced tumor size, and improved overall survival in mice harboring SB1 mIDH1 tumors. Conclusions: IDH1- mutant CCA is characterized by increased abundance of M2-like TAMs. Targeting CCL2 remodels the tumor immune microenvironment and improves outcomes in preclinical models of IDH1 -mutant CCA, highlighting the role for myeloid-targeted immunotherapies in the treatment of this cancer.