Implications of AMBRA1 in phenotype switching & MAPK inhibitors response in melanoma

Abstract

Advanced melanoma has for long been associated with poor prognosis. Recent advance- ments have improved outcomes; however, many challenges are yet to be overcome. Targeted therapy has in recent years been a good option for patients. Despite positive early responses to the treatment, tumours often grow resistant to these therapies over time rendering them ineffective. The development of resistance relies largely on phenotypic plasticity allowing melanoma cells to undergo reversible change quickly. However, the exact mechanisms under which therapy resistance occurs remain unknown. De Zio lab has previously identified Au tophagy and Beclin 1 Regulator 1 (AMBRA1) as a key player in melanomas transition to therapy resistance. In this thesis, the role of AMBRA1 in resistance development to Mitogen Activated Protein Kinase (MAPK) inhibitors was evaluated and further investigated. Next, alternative methods of treatment were identified, and their potential was tested. Specifically, a loss of AMBRA1 was associated with an increase in drug tolerance and a dedifferentiated phenotype. First, upon resistance to the targeted therapy BRAF inhibitor (BRAFi) AM- BRA1 was downregulated and focal adhesion kinase (FAK) was hyperactivated. Cell lines were then treated with FAK inhibitors (FAKi) to evaluate their potential role as an alter- native treatment. AMBRA1 levels after MEKi treatment in melanoma cells were tested to see if AMBRA1 played a similar role here as it does in BRAFi resistance. In some cell lines AMBRA1 expression conferred a higher sensitivity to MEKi. Further, a potential regulator of AMBRA1 was tested. Results showed, in all cell lines tested, that this potential regulator was downregulated along with AMBRA1. These results, while needing further corroboration, were all promising for the future of understanding resistance in melanoma and treatment of the cancer, giving a possibility to overcome therapy resistance.

Popular Abstract (Swedish)

Att överlista melanom och dess förmåga att anpassa sig

Melanom är en typ av cancer som har en fantastisk förmåga att anpassa sig till sin miljö och omständigheterna. Det har länge verkat som att melanom har en förmåga att inte bara överleva, utan också frodas i vad man än utsätter dom för, inklusive de vanligaste cancerbehandlingarna. Därför har man behövt tänka utanför ramarna för att hitta andra metoder som kan överlista melanom.

Idag behandlas melanom i avancerade stadier med bland annat något som kallas för målsökande behandling. Dessa läkemedel hämmar funktioner som är livsviktiga för cellens överlevnad eller tillväxt. Dessa behandlingar har varit delvis framgångsrika men melanomet brukar anpassa sig över tid till att bli resistenta mot behandlingen. Tidigare har min grupp identifierat ett protein kallat Autofagi och Beclin 1 Regulator 1 (AMBRA1) som en viktig del i övergången till resistens mot målsökande behandling. AMBRA1 uttrycks i en mindre omfattning efter att resistensen har utvecklats.

För att fortsätta undersöka AMBRA1s påverkan på resistensen har jag att använt melanomcellinjer som är känsliga eller resistenta mot en behandling som är en BRAF hämmare. Denna hämmare riktar sig mot en muterad form av ett protein, denna muterade variant finns ofta i melanom. För att undersöka AMBRA1s roll kommer cellinjerna bli transfekterade för att antingen producera mer eller mindre AMBRA1. Celler kommer även att behandlas med nya potentiella målriktade behandlingar för att hitta nya alternativ för att behandla melanom. Kvantifiering av melanomcellers innehåll kommer även göras för att se hur de förändras i olika sammanhang och miljöer.

Resultaten bekräftade åter igen att AMBRA1 är ner reglerat i melanomceller efter behandlingsresistens har uppkommit. Utöver detta kan en uppreglering av en aktiv variant av ett protein, kallat fokal adhesion kinas (FAK), observeras i dessa resistenta celler. Därför använde jag ett nytt potentiellt läkemedel för att se om detta kunde överkomma resistensen, detta läkemedel är kallat FAK hämmare. Som namnet föreslår riktar sig FAK hämmare mot FAK protein för att hämma dess funktion. Denna alternativa behandling testades i både cellinjer med resistens mot BRAF hämmare och cellinjer som är känsliga mot BRAF hämmare. Cellinjerna med resistens var mer känsliga mot FAK hämmaren. Detta visar på hur viktig uppregleringen av aktiverat FAK är för utvecklingen av resistens. Därför finns det en eventuell plats för FAK hämmare i behandling av melanom framöver. För att utvärdera AMBRA1s roll i andra målriktade behandlingar användes Mitogen-aktiverande Protein kinas kinas (MEK) hämmare i cellinjer med högt AMBRA1 uttryck eller lågt AMBRA1 uttryck. Resultaten hade en del variation, men när en skillnad kunde ses visade cellerna med lågt AMBRA1 uttryck en större tolerans mot behandlingen. Vidare, undersöktes en n potentiell reglerare av AMBRA1. I alla cellinjer som testades var denna ned reglerad när AMBRA1 var ner reglerat, vidare undersökningar behövs för att bekräfta denna reglerare. Till sist, användes möss för att producera melanomtumörer med eller utan AMBRA1. Tumörer som saknade AMBRA1 växte snabbare.

För att sammanfatta, observerades AMBRA1s roll i utveckling av behandlingsresistens ännu en gång. Vidare verkar det finnas möjligheter att övervinna denna resistens genom att ta reda på hur resistensen utvecklas och hitta nya, alternativa behandlingar.

Master’s Degree Project in Molecular Biology 60 credits 2024
Department of Biology, Lund University
Advisor: Daniela De Zio
Melanoma Research Team (Danish Cancer Institute)

• author: Ewerman, Sofie
• supervisor: Daniela De Zio
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBN03 20232
• year: 2024
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9177199
• date added to LUP: 2024-10-30 12:19:30
• date last changed: 2024-10-30 12:19:30