Translational control of ERK and AMPK signaling activity in melanoma

Ing. Natália Vadovičová, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Translační iniciační komplex eIF4F hraje zásadní roli v rezistenci melanomu k inhibitorům BRAF a MEK. Jeho funkce v dosud neléčených buňkách melanomu však zůstává podstatně méně objasněna. Naše výsledky ukazují, že inhibice eIF4F v těchto buňkách zvyšuje aktivitu obou sledovaných signálních drah, ERK i AMPK, přestože je dráha ERK již aktivována v důsledku onkogenní mutace. V melanomových buňkách nesoucích mutace BRAF nebo NRAS udržuje eIF4F intenzitu signalizace ERK v rozmezí slučitelném s růstem buněk. Činí tak prostřednictvím fosfatázy DUSP6/MKP-3, která podléhá rychlé degradaci a vyžaduje proto nepřetržitou syntézu závislou na komplexu eIF4F. Po inhibici eIF4F dochází k potlačení tvorby DUSP6 a k rychlému poklesu její hladiny. Narušení negativní zpětné vazby ERK zprostředkované DUSP6 vede k nárůstu aktivity dráhy ERK, zatímco fosforylace MEK zůstává nezměněna. Kvantitativní reportérové analýzy dále odhalují vysokou rezervní kapacitu dráhy ERK, což ukazuje, že eIF4F-dependentní zpětná vazba udržuje významnou část ERK v neaktivním stavu. Přestože byla v melanomu s mutací BRAF současná aktivace ERK a AMPK považována za vzájemně se vylučující stav, naše výsledky ukazují, že inhibice eIF4F umožňuje aktivaci obou drah současně, a to nezávisle na LKB1. Aktivace AMPK po inhibici eIF4F souvisí se snížením hladiny fosfatázy PP2A a jejího adaptoru UHRF1, jejichž exprese je závislá na eIF4F. Protože PP2A reguluje také aktivitu ERK, představuje společný regulační uzel obou drah a její ztráta vede k jejich současné aktivaci. eIF4F je znám především jako faktor podporující rezistenci k cílené léčbě. Naše práce ukazuje, že jeho funkce je širší: eIF4F již v neléčeném melanomu nastavuje intenzitu onkogenní signalizace prostřednictvím udržování fosfatáz, které brzdí aktivitu drah ERK a AMPK. Narušení této translační kontroly posouvá buňky mimo optimální rozmezí signalizace MAPK kompatibilní s jejich růstem a identifikuje ji jako potenciální terapeutický cíl i před vznikem rezistence k cílené léčbě.

Abstract:

The eIF4F translation initiation complex plays a critical role in melanoma resistance to BRAF and MEK inhibitors. Its function in treatment-naïve cells has been less well studied. We find that in these cells, eIF4F inhibition raises the activity of both signaling pathways examined in this thesis – ERK and AMPK signaling. One of them is already driven by an activating oncogenic mutation, yet its output rises further when translation is blocked. In melanoma cells harboring BRAF or NRAS mutations, eIF4F keeps ERK signaling intensity within the range the cells tolerate. It does so through DUSP6/MKP-3, a short-lived phosphatase which requires continuous eIF4F-dependent production. When this production stops, DUSP6 is rapidly depleted, the negative feedback on ERK is disrupted, and ERK activity rises while MEK phosphorylation remains unchanged. Quantitative reporter analyses further reveal a high spare signaling capacity in the ERK pathway, indicating that eIF4F-dependent feedback keeps a substantial portion of ERK molecules inactive. eIF4F also restrains AMPK, in cells in which strong ERK signaling and AMPK activity are considered incompatible. This control bypasses the canonical upstream kinase LKB1 and operates instead through the phosphatase PP2A and its adaptor UHRF1, both of which likewise depend on eIF4F. Crucially, PP2A also acts on ERK, so a single phosphatase links the two pathways, and its loss releases them simultaneously. eIF4F is known as a driver of resistance to targeted therapy. In our results, it emerges as the regulator of oncogenic signaling intensity in melanoma cells that are not yet resistant, sustaining the phosphatases that keep both pathways within the optimal range that cells tolerate. Removing those brakes pushes the cells out of the MAPK fitness zone their growth depends on and identifies translational control as a potential therapeutic target even before resistance develops.

Keywords

malignant melanoma, eIF4F complex, negative feedback, translational control, therapy resistance, dual-specificity phosphatase 6 (DUSP6/MKP-3), MAPK ERK signaling pathway, AMP-activated protein kinase (AMPK), protein phosphatase 2A (PP2A), maligní melanom, negativní zpětná vazba, translační kontrola, rezistence k terapii, signální dráha MAPK ERK, AMP-aktivovaná proteinová kináza (AMPK), protein fosfatáza 2A (PP2A), duálně-specifická fosfatáza 6 (DUSP6/MKP-3), komplex eIF4F, BRAFV600E, NRAS

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 8. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 9. 2026
• Vedoucí: Mgr. Bc. Stjepan Uldrijan, CSc.
• Oponent: Ing. Petra Janovská, Ph.D., prof. RNDr. Daniel Rösel, PhD.

Masarykova univerzita

Lékařská fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Biomedicínské vědy / Biochemie a molekulární biologie