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Proteasome inhibition potentiates Kv1.3 potassium channel expression as therapeutic target in drug-sensitive and -resistant human melanoma cells - 11/11/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115635 
Clemens Cammann a, 1, Jonas Kulla b, 1, 2, Lüder Wiebusch c, Christian Walz d, Fang Zhao e, Theresa Lowinus b, 3, Eylin Topfstedt a, Neha Mishra f, Petra Henklein g, Ursula Bommhardt b, Lukas Bossaller f, Christian Hagemeier c, Dirk Schadendorf e, Boris Schmidt d, Annette Paschen e, Ulrike Seifert a,
a Friedrich Loeffler - Institute of Medical Microbiology - Virology, University Medicine Greifswald, Ferdinand-Sauerbruch-Straße, 17475 Greifswald, Germany 
b Institute of Molecular and Clinical Immunology, Medical Faculty, Otto-von-Guericke-University, Leipziger Str. 44, 39120 Magdeburg, Germany 
c Department of Pediatric Oncology and Hematology, Charité-Universitätsmedizin Berlin, Augustenburger Platz 1, 13353 Berlin, Germany 
d Clemens Schöpf-Institute for Organic Chemistry and Biochemistry, Technical University Darmstadt, Alarich Weiss-Straße 4–8, 64287 Darmstadt, Germany 
e Department of Dermatology, University Hospital Essen, University Duisburg-Essen, Hufelandstr. 55, 45147 Essen, Germany 
f Section of Rheumatology, Clinic and Policlinic of Internal Medicine A, University Medicine Greifswald, Ferdinand-Sauerbruch-Straße, 17475 Greifswald, Germany 
g Institute of Molecular Biology and Biochemistry, Charité-Universitätsmedizin Berlin, Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, Campus Charité Mitte, Charitéplatz 1, 10117 Berlin, Germany 

Correspondence to: Friedrich Loeffler-Institut für Medizinische Mikrobiologie-Virologie, Universitätsmedizin Greifswald KdöR, Ferdinand-Sauerbruch-Straße, 17475 Greifswald, Germany.Friedrich Loeffler-Institut für Medizinische Mikrobiologie-Virologie, Universitätsmedizin Greifswald KdöR, Ferdinand-Sauerbruch-StraßeGreifswald17475Germany

Abstract

Primary and acquired therapy resistance is a major problem in patients with BRAF-mutant melanomas being treated with BRAF and MEK inhibitors (BRAFI, MEKi). Therefore, development of alternative therapy regimes is still required. In this regard, new drug combinations targeting different pathways to induce apoptosis could offer promising alternative approaches. Here, we investigated the combination of proteasome and Kv1.3 potassium channel inhibition on chemo-resistant, BRAF inhibitor-resistant as well as sensitive human melanoma cells. Our experiments demonstrated that all analyzed melanoma cell lines were sensitive to proteasome inhibitor treatment at concentrations that are not toxic to primary human fibroblasts. To further reduce proteasome inhibitor-associated side effects, and to foster apoptosis, potassium channels, which are other targets to induce pro-apoptotic effects in cancer cells, were blocked. In support, combined exposure of melanoma cells to proteasome and Kv1.3 channel inhibitor resulted in synergistic effects and significantly reduced cell viability. On the molecular level, enhanced apoptosis correlated with an increase of intracellular Kv1.3 channels and pro-apoptotic proteins such as Noxa and Bak and a reduction of anti-apoptotic proteins. Thus, use of combined therapeutic strategies triggering different apoptotic pathways may efficiently prevent the outgrowth of drug-resistant and -sensitive BRAF-mutant melanoma cells. In addition, this could be the basis for an alternative approach to treat other tumors expressing mutated BRAF such as non-small-cell lung cancer.

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Graphical Abstract




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Highlights

Melanoma cells are sensitive to proteasome inhibitor BSc2189 inducing apoptosis.
Exposure to BSc2189 and potassium channel inhibitor causes much stronger cell death.
Combination synergistically enhances apoptosis in BRAF inhibitor-resistant cells.
Treatment causes increase of intracellular Kv1.3 channel and pro-apoptotic proteins.

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Abbreviations : Bak, Bax, β1i/LMP2, β5i/LMP7, β2i/MECL-1, β5/MB1, Bcl-2, BRAF, BRAFi, BRAF-V600E, CTLL-2, IFN, IκBα, KCa3.1 channel, Kv1.3 channel, Ma-MelPLX, MAPK, MAPKi, MCL-1, MEK, MeWoEto, mitoKv1.3 channel, NFκB, NMDAR, Noxa, NSCLC, PARP-1, PD-1, ROS, TNF, UPS, XIAP

Keywords : Melanoma, BRAFV600E mutation, BRAFi-resistance, Proteasome inhibitor, Kv1.3 potassium channel


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Vol 168

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