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T-Zellimmunantworten werden normalerweise durch folgenden Weg initiiert: unreife dendritische Zellen nehmen Antigen in der Peripherie auf, wandern in die sekundären lymphatischen Organe, wobei sie auf ihrem Weg sowohl reifen als auch das Antigen prozessieren. In den sekundären lymphatischen Organen angekommen, präsentieren sie als reife dendritische Zellen den T-Zellen die Antigene in Form von Peptiden zusammen mit kostimulierenden Molekülen. Dadurch rufen sie eine spezifische T-Zellantwort hervor. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob nicht Situationen herbeigeführt werden können, die ein T-Zell priming außerhalb der sekundären lymphatischen Organe erlauben. Dazu wurden ein murines Modell, bei dem das Zytokin Lymphotoxin-alpha spezifisch am Tumor angereichert wurde, und ein humanes Modell, bei dem reife, antigenbeladene DC intradermal appliziert wurden, untersucht. Im murinen Modell zeigte sich, dass die gerichtete Anreicherung von Lymphotoxin-alpha am Tumor zu dessen Zerstörung führte, welche durch T-Zellen vermittelt wurde, und mit der Induktion eines tertiären lymphatischen Gewebes am Tumor assoziiert war. Dieses tertiäre lymphatische Gewebe war durch die Kompartimentalisierung von T- und B-Zellen und der Präsenz von high endothelial venules charakterisiert und besaß zudem mit dendritischen Zellen und naïven T-Zellen alle Voraussetzungen für ein in loco priming. Dementsprechend konnte in der Folge der gerichteten Lymphotoxin-alpa Therapie im Tumor ein Anstieg am T-Zellinfiltrat, welches sich oligoklonal zusammensetzte, beobachtet werden. In vitro Experimente verdeutlichte die Tumorspezifität der Therapie-induzierten T-Zellantwort, da die T-Zellen auf ein Tumorantigen mit der Ausschüttung von Interferon gamma reagierten und die Tumorzellen lysierten. Im humanen Modell wurden Hautbiopsien von Melanompatienten untersucht, denen im Rahmen einer klinischen Studie autologe, in vitro generierte und antigenbeladene DC intradermal appliziert wurden. Die Patienten erlaubten die Entnahme von Hautbiopsien aus den Injektionsstellen für wissenschaftliche Untersuchungen. Eine Induktion bzw. Verstärkung einer spezifischen T-Zellantwort durch die Vakzinierung mit antigenbeladenen dendritischen Zellen konnte bereits in zahlreichen Arbeiten und auch in dem in dieser Arbeit untersuchten Patientenkollektiv gezeigt werden. Bei der Analyse der Injektionsstellen zeigt sich, dass ein großer Teil der injizierten dendritischen Zellen in der Vakzinierungsstelle verharren und dass diese unabhängig von einer Beladung mit Antigen zu einer Induktion von high endothelial venules Charakteristika führte. Waren die dendritischen Zellen mit Antigen beladen, so führte dies zu einem stärkeren T-Zellinfiltrat in den Injektionsstellen, wobei sowohl naïve als auch central memory T-Zellen nachgewiesen wurde. Diese Zellen wurden vermutlich durch die Überexpression der DC CK1 und SDF1 Chemokinen in den Injektionsstellen, die chemotaktisch auf T-Zellen wirken, angezogen. Das Infiltrat in den Injektionsstellen war oligoklonal und wies tumorspezifische T-Zellen auf. Nachdem diese T-Zellklone im Blut der Patienten vor der Vakzinierung nicht nachweisbar waren, müssen sie zumindest in den Injektionsstellen expandiert sein. Interessanterweise konnte einer dieser Klone in Metastasen nachgewiesen werden, die nach der Vakzinierung dem Patienten entfernt wurden. In beiden Modellen wurde also durch die Manipulation des Mikromilieus, d.h. Lymphotoxin-alpa Anreicherung am Tumor bzw. Injektion von reifen dendritischen Zellen in die Haut, Strukturen wie z.B. high endothelial venules induziert, die ein in loco priming ermöglichen sollten. Dementsprechend riefen diese Veränderungen ein Tumorantigen-spezifisches Infiltrat hervor. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass T-Zell priming auch außerhalb sekundärer lymphatischer Organe erfolgen kann. Prinzipiell scheint also nur der Kontakt von reifen, antigenbeladenen dendritischen Zellen mit den entsprechenden antigenspezifischen, naïven T-Zellen entscheiden zu sein. Die Möglichkeit des in vitro primings bekräftigt diese These. In vivo erfolgt dieses Aufeinandertreffen normalerweise in den sekundären lymphatischen Organen, doch konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Veränderungen des Mikromilieus diesen Kontakt auch in anderen Geweben ermöglicht.
Das maligne Melanom ist ein Tumor der Hautpigmentzellen mit weltweit steigender Inzidenz. Aufgrund seiner frühzeitigen lymphogenen und hämatogenen Metastasierung zählt das maligne Melanom zu den prognostisch sehr ungünstigen Tumorerkrankungen. Nach erfolgter Metastasierung werden mit den derzeitig etablierten Therapieschemata noch keine ausreichenden Prognoseverbesserungen erzielt. Einen möglichen neuen Therapieansatz stellt die Blockade der Tumorangiogenese dar. Besondere Bedeutung wird dabei der zyto- bzw. chemokinvermittelten Angiogenese zugemessen. In den letzten Jahren zeigten verschiedene diesbezügliche Studien richtungsweisende und erfolgversprechende Ergebnisse. Trotzdem besteht weiterhin hoher Bedarf an Verbesserung des Verständnisses der zugrundeliegenden Regulationsmechanismen. Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Sekretion acht angiogenetisch wirksamer Zyto- und Chemokine in vitro durch hoch- und niedrigmaligne Melanomzellen unter normalen Kulturbedingungen sowie unter Hypoxie, Serum- und Glukosemangel zu erfassen. Diese Stressbedingungen dienten als vereinfachtes in vitro-Modell der Mangelbedingungen, die in schnell wachsenden bzw. Nekrosezonen angrenzenden Tumorarealen vorherrschen. Mittels ELISA wurden die abgegeben Mengen der Zytokine VEGF, b-FGF, Angiogenin, PDGF und TGF-ß sowie der Chemokine IL-8, Gro-α und GM-CSF in den Zellüberständen bestimmt. Dabei zeigten die verschiedenen Melanomzelllinien für alle getesteten Zyto- bzw. Chemokine außer GM-CSF charakteristische Sekretionsverhalten unter bestimmten Kulturbedingungen. Insbesondere unter Hypoxie und nach Reoxigenierung ließen sich signifikante Veränderungen im Sekretionsverhalten der verschiedenen Melanomzelllinien feststellen. Eine signifikante Steigerung in der Freisetzung der Zyto- bzw. Chemokine durch Melanomzellen unter Hypoxie ließ sich nur für VEGF, b-FGF, Angiogenin und IL-8 feststellen. Zudem unterschieden sich hochmaligne Melanomzelllinien signifikant von niedrigmalignen Zelllinien in ihrer Sekretion von VEGF, Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α unter normalen Kulturbedingungen und unter Hypoxie (Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α). In weiterführenden Experimenten wurde das Sekretionsverhalten von normalen Melanozyten, Endothelzellen und Fibroblasten untersucht. Dabei wiesen differenzierte Melanozyten im Vergleich zu den Melanomzellen signifikante Unterschiede in den abgegebenen Zyto-/ Chemokinmengen für VEGF, Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α unter normalen bzw. hypoxischen Kulturbedingungen auf. Differenzierte Melanozyten unterschieden sich also von Melanomzellen in ihrer Sekretion bei den selben Zyto- bzw. Chemokinen wie niedrigmaligne von hochmalignen Melanomzelllinien (VEGF, Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α). Im Sekretionsverhalten für VEGF, Angiogenin, IL-8 und Gro-α ähnelten Fibroblasten und Endothelzellen (bzgl. VEGF nur HMEC-1) den Melanomzellen. Der Einfluss dieser vier Zyto- und Chemokine und b-FGF auf das in-vitro-Wachstumsverhalten von Endothelzellen wurde mit einem BrD-U-Proliferationsassay untersucht. Sowohl mikrovaskuläre (HMEC-1) als auch makrovaskuläre (HUVEC) Endothelzellen steigerten ihre Proliferation unter dem Einfluss von VEGF, b-FGF, Angiogenin, IL-8 und Gro-α signifikant. HMEC-1 reagierten dabei mit einem tendenziell stärkeren Ansprechen auf die Stimulation als HUVEC. In weiteren Versuchen zeigten HUVEC eine erhöhte Sensibilität für Zytokine (insbesondere für b-FGF) unter Serummangelbedingungen, nicht jedoch für Chemokine (IL-8 und Gro-α). Am deutlichsten fiel die Proliferationssteigerung unter dem Einfluss der einzelnen Zyto- und Chemokine aus, wenn HUVEC in nonadhärentem Zustand stimuliert wurden. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit konnte erstmalig bzw. zeitgleich mit anderen Publikationen gezeigt werden, dass Melanomzellen unter Hypoxie nicht nur VEGF, sondern auch Angiogenin und IL-8 deutlich vermehrt sezernieren, dass diese Sekretionssteigerung nach Reoxigenierung weiter anhält und Melanomzellen signifikant von differenzierten Melanozyten unterscheidet. Jedes dieser Zyto- und Chemokine stimulierte die Endothelzellproliferation in vitro. Dabei erhöhten Serummangel und vor allem initial fehlende Zell-Zellkontakte die Zyto- bzw. Chemokinwirkung. Im Gegensatz zu dem bisher intensiver untersuchten VEGF sezernierten hochmaligne Melanomzellen unter Hypoxie signifikant mehr Angiogenin und IL-8 als niedrigmaligne Melanomzellen. Nur für Angiogenin zeigte sich darüber hinaus eine gegensätzliche Sekretionsregulation unter Hypoxie aller Melanomzellen im Vergleich zu normalen Melanozyten. Dies könnte für IL-8 und im Besonderen für Angiogenin auf eine mögliche Schlüsselfunktion in der Melanom-induzierten Angiogenese hindeuten. Inwieweit Rückschlüsse auf die in vivo-Verhältnisse und eine klinische Relevanz zulässig sind, werden weitere Untersuchungen und ggf. Therapiestudien zeigen müssen.
Skin Tumors in Childhood
(2011)
Background:
Dermatologists, paediatricians, and general practitioners are often consulted by worried parents for the evaluation of a cutaneous tumor.
Methods:
Selective literature review.
Results:
Only 1-2% of skin tumors excised in children turn out to be malignant when examined histologically. Warning signs of malignancy include rapid growth, firm consistency, diameter exceeding 3 cm, ulceration, a non-movable mass, and presence in the neonatal period. The more common malignant skin tumors in adults-basal cell carcinoma, cutaneous squamous cell carcinoma, and melanoma-are very rare in childhood. Congenital melanocytic nevi and sebaceous nevi bear a lower malignant potential than previously believed; nevertheless, their excision is often indicated. A Spitz nevus can mimic a melanoma both clinically and histologically. Some benign skin tumors of childhood tend to regress spontaneously within a few years but may cause complications at particular locations and when multiple. For infantile hemangiomas requiring systemic treatment because of imminent obstruction or ulceration, propranolol seems to have a far more favorable risk-benefit ratio than corticosteroids.
Conclusion:
Physicians need specialized knowledge in order to decide whether a skin tumor in a child should be excised, non-surgically treated, or further evaluated, or whether it can be safely left untreated because of the likelihood of spontaneous remission.
Zellmigration ist essentiell für die Invasion und Metastasierung maligner Tumore. Neben der Bewegung von Einzelzellen zeigen Tumore sowohl epithe¬lialen als auch mesenchymalen Ursprungs auch kollektive Migration und Invasion multizellulärer Zellverbände, die sich unter Beibehaltung von Zell-Zell-Adhäsionen koordiniert als Gruppe bewegen. Ziel der Arbeit war, primäre humane Melanomexplantate mittels organotypischer Kultur in 3D Kollagenmatrices einzusetzen, um mittels Zeit-raffermikroskopie und experimentellen Blockadestrategien die zellulären und molekularen Grundlagen kollektiver Migration darzustellen, insbesondere die Bedeutung von Zell-Matrix-Interaktionen und Integrinen. In 3D Explantatkulturen bildeten primäre Melanomexplantate reproduzierbar Invasionszonen und sich ablösende und kollektiv wandernde Zellcluster aus. Diese zeichneten sich durch eine ausgeprägte Polarität mit motiler Vorderfront mit zugartig reorientierten Kollagenfasern und nachgezogenem hinteren Teil der Gruppen aus, vergleichbar der Asymmetrie haptokinetisch migrierender Fibroblasten. β1 Integrine zeigten ein heterogenes Verteilungsmuster mit Fokalisierung an Zell-Matrix-Interaktionen vor allem an der Vorderfront und linearer Anordnung entlang der Zell-Zell-Grenzen. Adhäsionsblockierende anti- β1 Integrin-Antikörper bewirkten nahezu vollständige Hemmung der kollektiven Migration, mit Verlust der Zellgruppenpolarität und Migrationspersistenz. Nach Integrinblockade zerfielen Zellverbände infolge Loslösung von Einzelzellen, die sich mittels β1 Integrin-unabhängiger, amöboider Migration durch die Kollagenmatrix bewegten. Der Übergang von β1 Integrin-abhängiger, kollektiver Migration zu amöboider Einzelzellwanderung (kollektiv-amöboide Transition) ist ein Beispiel für die Plastizität von Tumorzellwanderung, die in Anpassung an das Milieu einen Wechsel der Migrationsstrategie erlaubt. Die Plastizität der Tumorzellmigration muss bei der Entwicklung therapeutischer Konzepte, die auf Hemmung von Tumorinvasion und -metastasierung abzielen, berücksichtigt werden.
Background
Therapeutic vaccination directed to induce an anti-tumoral T-cell response is a field of extensive investigation in the treatment of melanoma. However, many vaccination trials in melanoma failed to demonstrate a correlation between the vaccine-specific immune response and therapy outcome. This has been mainly attributed to immune escape by antigen loss, rendering us in the need of new vaccination targets.
Patients and methods
This phase-II trial investigated a peptide vaccination against survivin, an oncogenic inhibitor-of-apoptosis protein crucial for the survival of tumor cells, in HLA-A1/-A2/-B35-positive patients with treatment-refractory stage-IV metastatic melanoma. The study endpoints were survivin-specific T-cell reactivity (SSTR), safety, response, and survival (OS).
Results
Sixty-one patients (ITT) received vaccination therapy using three different regimens. 55 patients (PP) were evaluable for response and survival, and 41/55 for SSTR. Patients achieving progression arrest (CR + PR + SD) more often showed SSTRs than patients with disease progression (p = 0.0008). Patients presenting SSTRs revealed a prolonged OS (median 19.6 vs. 8.6 months; p = 0.0077); multivariate analysis demonstrated SSTR as an independent predictor of survival (p = 0.013). The induction of SSTRs was associated with gender (female vs. male; p = 0.014) and disease stage (M1a/b vs. M1c; p = 0.010), but not with patient age, HLA type, performance status, or vaccination regimen.
Conclusion
Survivin-specific T-cell reactivities strongly correlate with tumor response and patient survival, indicating that vaccination with survivin-derived peptides is a promising treatment strategy in melanoma.
Background
Therapeutic vaccination directed to induce an anti-tumoral T-cell response is a field of extensive investigation in the treatment of melanoma. However, many vaccination trials in melanoma failed to demonstrate a correlation between the vaccine-specific immune response and therapy outcome. This has been mainly attributed to immune escape by antigen loss, rendering us in the need of new vaccination targets.
Patients and methods
This phase-II trial investigated a peptide vaccination against survivin, an oncogenic inhibitor-of-apoptosis protein crucial for the survival of tumor cells, in HLA-A1/-A2/-B35-positive patients with treatment-refractory stage-IV metastatic melanoma. The study endpoints were survivin-specific T-cell reactivity (SSTR), safety, response, and survival (OS).
Results
Sixty-one patients (ITT) received vaccination therapy using three different regimens. 55 patients (PP) were evaluable for response and survival, and 41/55 for SSTR. Patients achieving progression arrest (CR + PR + SD) more often showed SSTRs than patients with disease progression (p = 0.0008). Patients presenting SSTRs revealed a prolonged OS (median 19.6 vs. 8.6 months; p = 0.0077); multivariate analysis demonstrated SSTR as an independent predictor of survival (p = 0.013). The induction of SSTRs was associated with gender (female vs. male; p = 0.014) and disease stage (M1a/b vs. M1c; p = 0.010), but not with patient age, HLA type, performance status, or vaccination regimen.
Conclusion
Survivin-specific T-cell reactivities strongly correlate with tumor response and patient survival, indicating that vaccination with survivin-derived peptides is a promising treatment strategy in melanoma.
Cellular and cytokine-dependent immunosuppressive mechanisms of grm1-transgenic murine melanoma
(2012)
Grm1-transgenic mice spontaneously develop cutaneous melanoma. This model allowed us to scrutinize the generic immune responses over the course of melanoma development. To this end, lymphocytes obtained from spleens, unrelated lymph nodes and tumor-draining lymph nodes of mice with no evidence of disease, and low or high tumor burden were analyzed ex vivo and in vitro. Thereby, we could demonstrate an increase in the number of activated CD4\(^+\) and CD8+ lymphocytes in the respective organs with increasing tumor burden. However, mainly CD4\(^+\) T cells, which could constitute both T helper as well as immunosuppressive regulatory T cells, but not CD8\(^+\) T cells, expressed activation markers upon in vitro stimulation when obtained from tumor-bearing mice. Interestingly, these cells from tumor-burdened animals were also functionally hampered in their proliferative response even when subjected to strong in vitro stimulation. Further analyses revealed that the increased frequency of regulatory T cells in tumor-bearing mice is an early event present in all lymphoid organs. Additionally, expression of the immunosuppressive cytokines TGF-β1 and IL-10 became more evident with increased tumor burden. Notably, TGF-β1 is strongly expressed in both the tumor and the tumor-draining lymph node, whereas IL-10 expression is more pronounced in the lymph node, suggesting a more complex regulation of IL-10. Thus, similar to the situation in melanoma patients, both cytokines as well as cellular immune escape mechanisms seem to contribute to the observed immunosuppressed state of tumor-bearing grm1-transgenic mice, suggesting that this model is suitable for preclinical testing of immunomodulatory therapeutics.
Merkel cell carcinoma (MCC) is a highly aggressive skin cancer with an increasing incidence. The understanding of the molecular carcinogenesis of MCC is limited. Here, we scrutinized the PI3K/AKT pathway, one of the major pathways activated in human cancer, in MCC. Immunohistochemical analysis of 41 tumor tissues and 9 MCC cell lines revealed high levels of AKT phosphorylation at threonine 308 in 88% of samples. Notably, the AKT phosphorylation was not correlated with the presence or absence of the Merkel cell polyoma virus (MCV). Accordingly, knock-down of the large and small T antigen by shRNA in MCV positive MCC cells did not affect phosphorylation of AKT. We also analyzed 46 MCC samples for activating PIK3CA and AKT1 mutations. Oncogenic PIK3CA mutations were found in 2/46 (4%) MCCs whereas mutations in exon 4 of AKT1 were absent. MCC cell lines demonstrated a high sensitivity towards the PI3K inhibitor LY-294002. This finding together with our observation that the PI3K/AKT pathway is activated in the majority of human MCCs identifies PI3K/AKT as a potential new therapeutic target for MCC patients.
5.1 Immuntherapie mit vom Tumorstroma abgeleiteten Peptiden Tumore bestehen nicht nur aus Tumorzellen, sondern auch aus der sie umgebenden extrazellulären Matrix (EZM), und Stromazellen wie Fibroblasten (cancer-associated fibroblast; CAF) und Endothelzellen (tumor endothelial cell; TEC). Diese Stromazellen haben durch die Ausschüttung von Zytokinen, proteolytischen Enzymen, Wachstums- und Angiogenesefaktoren einen entscheidenden Einfluss auf die Tumorprogression. Sie unterscheiden sich von den Stromazellen der normalen Gewebe durch die Expression von sogenannten Tumorstroma-assoziierten Antigenen (TSAA). Damit sollten Therapien, die auf TSAA abzielen, universell einsetzbar und weniger anfällig gegenüber Resistenzentwicklungen (immune escape Mechanismen) sein, da Stromazellen im Gegensatz zu neoplastischen Zellen genetisch relativ stabil sind. Für eine Immuntherapie mit vom Tumorstroma abgeleiteten Peptiden wählten wir die TSAA Endoglin und Fap, welche während der Wundheilung und im Tumorstroma induziert werden. Dabei sollte überprüft werden, ob prophylaktische Vakzinierungen in C57Bl/6j Mäusen Peptid-reaktive T-Zellen induzieren können, und das Wachstum von transplantieren Grm1-transgenen Tumoren reduziert werden kann. In der Tat konnten wir sowohl bei Endoglin- als auch bei Fap Peptid vakzinierten Tieren in vivo Peptid-reaktive Lymphozyten im Blut und zu einem geringeren Anteil auch in der Milz nachweisen, welche Peptid-gepulste syngene Milzzellen lysieren konnten. Allerdings konnte in beiden Fällen keine Reduktion des Tumorwachstums gegenüber der Kontrollgruppe beobachtet werden. Bei der Fap-Peptid-vakzinierten Gruppe war das Tumorwachstum gegenüber der Kontrollgruppe sogar gesteigert. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Induktion Fap-Peptid-reaktiver T-Zellen tumorpromovierend wirkt. Möglicherweise könnte aber durch eine Modifikation des Vakzinierungsprotokolls bzw. durch eine Kombination mit anderen Immuntherapeutika ein verbessertes Ansprechen auf eine Endoglin bzw. Fap basierte Immuntherapie erzielt werden. 5.2 Immunsuppressive Mechanismen im Grm1-transgenen Melanom-Modell Grm1-transgene Mäuse entwickeln spontan kutane Melanome. Dieses Modell erlaubte es uns in der vorliegenden Arbeit spontane Immunantworten im Laufe der Melanomentstehung zu untersuchen. Hierfür analysierten wir sowohl ex vivo als auch in vitro aus Milz und Lymphknoten gewonnene Lymphozyten von Mäusen, welche keine Tumorläsionen bzw. eine niedrige oder hohe Tumorlast aufwiesen. Dabei konnten wir ex vivo einen Anstieg der Frequenz aktivierter CD4+ und CD8+ Lymphozyten mit zunehmender Tumorlast zeigen. Bei tumortragenden Tieren exprimierten jedoch hauptsächlich CD4+ T-Zellen Aktivierungsmarker nach in vitro Stimulation. Interessanterweise waren diese Zellen tumortragender Tiere auch funktionell beeinträchtigt, was sich in einer verminderten Proliferationskapazität nach in vitro Stimulation zeigte. Weitere Analysen ergaben, dass die erhöhte Frequenz regulatorischer T Zellen bei tumortragenden Tieren ein frühes Ereignis im Laufe der Tumorentstehung ist. Gleichzeitig konnte auch ein starker Anstieg der immunsupprimierenden Zytokine Tgf-β1 und Il-10 sowohl in den Lymphknoten als auch im Tumorgewebe beobachtet werden. Dabei war die Tgf-β1-Expression sowohl im Tumor als auch im tumor-drainierenden Lymphknoten erhöht, während Il-10 im Tumor nur moderat exprimiert wurde, was eine komplexere Regulation der Il-10-Expression nahe legt. Dies bedeutet, dass in Grm1-transgenen Mäusen ähnlich wie auch bei Melanompatienten zelluläre und zytokinabhängige Mechanismen zur Tumorentstehung beitragen und dieses Modell daher geeignet ist, um präklinisch immunmodulierende Therapieansätze zu testen.
Pigment cells and neuronal cells both are derived from the neural crest. Here, we describe the Pit-Oct-Unc (POU) domain transcription factor Brn3a, normally involved in neuronal development, to be frequently expressed in melanoma, but not in melanocytes and nevi. RNAi-mediated silencing of Brn3a strongly reduced the viability of melanoma cell lines and decreased tumour growth in vivo. In melanoma cell lines, inhibition of Brn3a caused DNA double-strand breaks as evidenced by Mre11/Rad50-containing nuclear foci. Activated DNA damage signalling caused stabilization of the tumour suppressor p53, which resulted in cell cycle arrest and apoptosis. When Brn3a was ectopically expressed in primary melanocytes and fibroblasts, anchorage-independent growth was increased. In tumourigenic melanocytes and fibroblasts, Brn3a accelerated tumour growth in vivo. Furthermore, Brn3a cooperated with proliferation pathways such as oncogenic BRAF, by reducing oncogene-induced senescence in non-malignant melanocytes. Together, these results identify Brn3a as a new factor in melanoma that is essential for melanoma cell survival and that promotes melanocytic transformation and tumourigenesis.
Interferon alpha (IFNα) is approved for adjuvant treatment of stage III melanoma in Europe and the US. Its clinical efficacy, however, is restricted to a subpopulation of patients while side effects occur in most of treated patients. Thus, the identification of predictive biomarkers would be highly beneficial to improve the benefit to risk ratio. In this regard, STAT3 is important for signaling of the IFNα receptor. Moreover, the STAT3 single-nucleotide polymorphism (SNP) rs4796793 has recently been reported to be associated with IFNα sensitivity in metastatic renal cell carcinoma. To translate this notion to melanoma, we scrutinized the impact of rs4796793 functionally and clinically in this cancer. Interestingly, melanoma cells carrying the minor allele of rs4796793 were the most sensitive to IFNα in vitro. However, we did not detect a correlation between SNP genotype and STAT3 mRNA expression for either melanoma cells or for peripheral blood lymphocytes. Next, we analyzed the impact of rs4796793 on the clinical outcome of 259 stage III melanoma patients of which one-third had received adjuvant IFNα treatment. These analyses did not reveal a significant association between the STAT3 rs4796793 SNP and patients' progression free or overall survival when IFNα treated and untreated patients were compared. In conclusion, STAT3 rs4796793 SNP is no predictive marker for the efficacy of adjuvant IFNα treatment in melanoma patients.
Approximately half of all melanoma patients harbour activating mutations in the serine/threonine kinase BRAF. This is the basis for one of the main treatment strategies for this tumor type, the targeted therapy with BRAF and MEK inhibitors. While the initial responsiveness to these drugs is high, resistance develops after several months, frequently at sites of the previously responding tumor. This indicates that tumor response is incomplete and that a certain tumor fraction survives even in drug-sensitive patients, e.g., in a therapy-induced senescence-like state. Here, we show in several melanoma cell lines that BRAF inhibition induces a secretome with stimulating effect on fibroblasts and naive melanoma cells. Several senescence-associated factors were found to be transcribed and secreted in response to BRAF or MEK inhibition, among them members of the fibroblast growth factor family. We identified the growth factor FGF1 as mediator of resilience towards BRAF inhibition, which limits the pro-apoptotic effects of the drug and activates fibroblasts to secrete HGF. FGF1 regulation was mediated by the PI3K pathway and by FRA1, a direct target gene of the MAPK pathway. When FGFR inhibitors were applied in parallel to BRAF inhibitors, resilience was broken, thus providing a rationale for combined therapeutical application.
Tumour progression stage-dependent secretion of YB-1 stimulates melanoma cell migration and invasion
(2020)
Secreted factors play an important role in intercellular communication. Therefore, they are not only indispensable for the regulation of various physiological processes but can also decisively advance the development and progression of tumours. In the context of inflammatory disease, Y-box binding protein 1 (YB-1) is actively secreted and the extracellular protein promotes cell proliferation and migration. In malignant melanoma, intracellular YB-1 expression increases during melanoma progression and represents an unfavourable prognostic marker. Here, we show active secretion of YB-1 from melanoma cells as opposed to benign cells of the skin. Intriguingly, YB-1 secretion correlates with the stage of melanoma progression and depends on a calcium- and ATP-dependent non-classical secretory pathway leading to the occurrence of YB-1 in the extracellular space as a free protein. Along with an elevated YB-1 secretion of melanoma cells in the metastatic growth phase, extracellular YB-1 exerts a stimulating effect on melanoma cell migration, invasion, and tumourigenicity. Collectively, these data suggest that secreted YB-1 plays a functional role in melanoma cell biology, stimulating metastasis, and may serve as a novel biomarker in malignant melanoma that reflects tumour aggressiveness.
GNAQ and GNA11 mutant nonuveal melanoma: a subtype distinct from both cutaneous and uveal melanoma
(2020)
Background
GNAQ and GNA11 mutant nonuveal melanoma represent a poorly characterized rare subgroup of melanoma with a gene mutation profile similar to uveal melanoma.
Objectives
To characterize these tumours in terms of clinical behaviour and genetic characteristics.
Methods
Patients with nonuveal GNAQ/11 mutated melanoma were identified from the prospective multicentre tumour tissue registry ADOREG, Tissue Registry in Melanoma (TRIM) and additional cooperating skin cancer centres. Extensive data on patient, tumour and treatment characteristics were collected retrospectively. Targeted sequencing was used to determine tumour mutational burden. Immunohistochemistry staining was performed for programmed death‐ligand 1 and BRCA1‐associated protein (BAP)1. Existing whole‐exome cutaneous and uveal melanoma data were analysed for mutation type and burden.
Results
We identified 18 patients with metastatic GNAQ/11 mutant nonuveal melanoma. Tumours had a lower tumour mutational burden and fewer ultraviolet signature mutations than cutaneous melanomas. In addition to GNAQ and GNA11 mutations (nine each), six splicing factor 3b subunit 1 (SF3B1), three eukaryotic translation initiation factor 1A X‐linked (EIF1AX) and four BAP1 mutations were detected. In contrast to uveal melanoma, GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas frequently metastasized lymphatically and concurrent EIF1AX, SF3B1 and BAP1 mutations showed no apparent association with patient prognosis. Objective response to immunotherapy was poor with only one partial response observed in 10 treated patients (10%).
Conclusions
Our findings suggest that GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas are a subtype of melanoma that is both clinically and genetically distinct from cutaneous and uveal melanoma. As they respond poorly to available treatment regimens, novel effective therapeutic approaches for affected patients are urgently needed.
What is already known about this topic?
The rare occurrence of GNAQ/11 mutations in nonuveal melanoma has been documented.
GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas also harbour genetic alterations in EIF1AX, SF3B1 and BAP1 that are of prognostic relevance in uveal melanoma.
What does this study add?
GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas show metastatic spread reminiscent of cutaneous melanoma, but not uveal melanoma.
GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas have a low tumour mutational burden that is higher than uveal melanoma, but lower than cutaneous melanoma.
What is the translational message?
Primary GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas are a subtype of melanoma that is clinically and genetically distinct from both cutaneous and uveal melanoma.
As metastatic GNAQ/11 mutant nonuveal melanomas respond poorly to available systemic therapies, including immune checkpoint inhibition, novel therapeutic approaches for these tumours are urgently needed.
The approval of BRAF and MEK inhibitors has signifi-cantly improved treatment outcomes for patients with BRAF-mutated metastatic melanoma. The 3 first-line targeted therapy trials have provided similar results, and thus the identification of predictive biomarkers may generate a more precise basis for clinical deci-sion-making. Elevated baseline lactate dehydrogenase (LDH) has already been determined as a strong prog-nostic factor. Therefore, this indirect analysis compa-red subgroups with elevated baseline LDH across the pivotal targeted therapy trials co-BRIM, COMBI-v and COLUMBUS part 1. The Bucher method was used to compare progression-free survival, objective response rate and overall survival indirectly. The results show a non-significant risk reduction for progression in the subgroup with elevated baseline LDH receiving vemu-rafenib plus cobimetinib compared with dabrafenib plus trametinib and encorafenib plus binimetinib. Al-though an indirect comparison, these data might pro-vide some guidance for treatment recommendations in melanoma patients with elevated LDH.
Adjuvant treatment of melanoma patients with immune-checkpoint inhibition (ICI) and targeted therapy (TT) significantly improved recurrence-free survival. This study investigates the real-world situation of 904 patients from 13 German skin cancer centers with an indication for adjuvant treatment since the approval of adjuvant ICI and TT. From adjusted log-binomial regression models, we estimated relative risks for associations between various influence factors and treatment decisions (adjuvant therapy yes/no, TT vs. ICI in BRAF mutant patients). Of these patients, 76.9% (95% CI 74–80) opted for a systemic adjuvant treatment. The probability of starting an adjuvant treatment was 26% lower in patients >65 years (RR 0.74, 95% CI 68–80). The most common reasons against adjuvant treatment given by patients were age (29.4%, 95% CI 24–38), and fear of adverse events (21.1%, 95% CI 16–28) and impaired quality of life (11.9%, 95% CI 7–16). Of all BRAF-mutated patients who opted for adjuvant treatment, 52.9% (95% CI 47–59) decided for ICI. Treatment decision for TT or ICI was barely associated with age, gender and tumor stage, but with comorbidities and affiliated center. Shortly after their approval, adjuvant treatments have been well accepted by physicians and patients. Age plays a decisive role in the decision for adjuvant treatment, while pre-existing autoimmune disease and regional differences influence the choice between TT or ICI.
The incidence of melanoma and nonmelanoma skin cancer has increased tremendously in recent years. Although novel treatment options have significantly improved patient outcomes, the prognosis for most patients with an advanced disease remains dismal. It is, thus, imperative to understand the molecular mechanisms involved in skin carcinogenesis in order to develop new targeted treatment strategies. Receptor tyrosine kinases (RTK) like the ERBB receptor family, including EGFR/ERBB1, ERBB2/NEU, ERBB3, and ERBB4, are important regulators of skin homeostasis and their dysregulation often results in cancer, which makes them attractive therapeutic targets. Members of the leucine‐rich repeats and immunoglobulin‐like domains protein family (LRIG1‐3) are ERBB regulators and thus potential therapeutic targets to manipulate ERBB receptors. Here, we analyzed the function of LRIG1 during chemically induced skin carcinogenesis in transgenic mice expressing LRIG1 in the skin under the control of the keratin 5 promoter (LRIG1‐TG mice). We observed a significant induction of melanocytic tumor formation in LRIG1‐TG mice and no difference in papilloma incidence between LRIG1‐TG and control mice. Our findings also revealed that LRIG1 affects ERBB signaling via decreased phosphorylation of EGFR and increased activation of the oncoprotein ERBB2 during skin carcinogenesis. The epidermal proliferation rate was significantly decreased during epidermal tumorigenesis under LRIG1 overexpression, and the apoptosis marker cleaved caspase 3 was significantly activated in the epidermis of transgenic LRIG1 mice. Additionally, we detected LRIG1 expression in human cutaneous squamous cell carcinoma and melanoma samples. Therefore, we depleted LRIG1 in human melanoma cells (A375) by CRISPR/Cas9 technology and found that this caused EGFR and ERBB3 downregulation in A375 LRIG1 knockout cells 6 h following stimulation with EGF. In conclusion, our study demonstrated that LRIG1‐TG mice develop melanocytic skin tumors during chemical skin carcinogenesis and a deletion of LRIG1 in human melanoma cells reduces EGFR and ERBB3 expression after EGF stimulation.
Antibody–drug conjugates (ADCs) are an emerging class of therapeutics, with twelve FDA- and EMA-approved drugs for hematological and solid cancers. Such drugs consist in a monoclonal antibody linked to a cytotoxic agent, allowing a specific cytotoxicity to tumor cells. In recent years, tremendous progress has been observed in therapeutic approaches for advanced skin cancer patients. In this regard, targeted therapies (e.g., kinase inhibitors) or immune checkpoint-blocking antibodies outperformed conventional chemotherapy, with proven benefit to survival. Nevertheless, primary and acquired resistances as well as adverse events remain limitations of these therapies. Therefore, ADCs appear as an emerging therapeutic option in oncodermatology. After providing an overview of ADC design and development, the goal of this article is to review the potential ADC indications in the field of oncodermatology.
Background: Eosinophils appear to contribute to the efficacy of immunotherapy and their frequency was suggested as a predictive biomarker. Whether this observation could be transferred to patients treated with targeted therapy remains unknown. Methods: Blood and serum samples of healthy controls and 216 patients with advanced melanoma were prospectively and retrospectively collected. Freshly isolated eosinophils were phenotypically characterized by flow cytometry and co-cultured in vitro with melanoma cells to assess cytotoxicity. Soluble serum markers and peripheral blood counts were used for correlative studies. Results: Eosinophil-mediated cytotoxicity towards melanoma cells, as well as phenotypic characteristics, were similar when comparing healthy donors and patients. However, high relative pre-treatment eosinophil counts were significantly associated with response to MAPKi (p = 0.013). Eosinophil-mediated cytotoxicity towards melanoma cells is dose-dependent and requires proximity of eosinophils and their target in vitro. Treatment with targeted therapy in the presence of eosinophils results in an additive tumoricidal effect. Additionally, melanoma cells affected eosinophil phenotype upon co-culture. Conclusion: High pre-treatment eosinophil counts in advanced melanoma patients were associated with a significantly improved response to MAPKi. Functionally, eosinophils show potent cytotoxicity towards melanoma cells, which can be reinforced by MAPKi. Further studies are needed to unravel the molecular mechanisms of our observations.