Pharmacogenomics Domus Sessoriana Roma, 29 Ottobre 2010 Antonello Di Paolo Divisione di Farmacologia Dipartimento di Medicina Interna Università di Pisa UOC Farmacologia Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana Pharmacogenomics Domus Sessoriana Roma, 29 Ottobre 2010

La farmacogenomica nel NSCLC: non offre indicazioni precise sulla sensibilità delle neoplasie ai chemioterapici; offre parziali informazioni a causa di insormontabili difficoltà tecniche; permette di ottimizzare il trattamento ma sono necessari studi prospettici di conferma; non trova al momento l’applicazione clinica auspicata; è un utile strumento per l’ottimizzazione del trattamento chemioterapico. Cross-tab label 1 / 30

La predizione di sensibilità/resistenza ai farmaci nella storia clinica di NSCLC: può dipendere da più geni; si basa su un solo determinate genetico; rimane un obiettivo al momento non perseguibile; è possibile con una sola analisi mutazionale “basale”; nessuna delle affermazioni precedenti è corretta. Cross-tab label 1 / 30

NSCLC Elevata frequenza Diagnosi in fase avanzata, ridotta sopravvivenza a 5 anni (<10%) Elevate percentuali di ripresa di malattia Trattamenti chemioterapici con miglioramento dell’endpoint clinico di sopravvivenza First line:platinum-based two-drug combination of cytotoxic drugs, gefitinib, bevacizumab, cetuximab Second line: docetaxel, erlotinib, gefitinib, or pemetrexed Third line: erlotinib Azzoli et al, J Clin Oncol 2009

Genomic and personalized medicine Simply defined, genomic medicine is the use of information from genomes (from humans and other organisms) and their derivatives (RNA, proteins, and metabolites) to guide medical decision making. The prospect of examining a person’s entire genome (or at least a large fraction of it) to make individualized risk predictions and treatment decisions is now possible. Many patterns of gene expression across the entire genome are also now readily assayed. Thus, health and disease states can now be characterized by their molecular fingerprints to develop meaningful stratifiers for patient populations and to elucidate mechanistic pathways based on genome-wide data. Ginsburg e Willard, Transl Med 2010

Genomic and personalized medicine Personalized medicine is a broad and rapidly advancing field of health care that is informed by each person’s unique clinical, genetic, genomic, and environmental information... Personalized medicine uses genomic medicine to take advantage of a molecular understanding of disease to optimize preventive health care strategies and drug therapies while people are still well or at the earliest stages of disease. The overarching goal of personalized medicine is to optimize medical care and outcomes for each individual, to include treatments, medication types and dosages, and/or prevention strategies may differ from person to person—resulting in an unprecedented customization of patient care. Ginsburg e Willard, Transl Med 2010

Farmacogenomica Ginsburg e Willard, Transl Med 2010

Farmacogenomica GENE mRNA PROTEINA x x x x Esone Introne 5’-UTR 3’-UTR 1 2 3 n Alterazione della trascrizione genica Alterazione della sequenza aminoacidica della proteina (polimorfismi non sinonimi) Variazione della trascrizione genica Variazione della quantità/funzione della proteina x Polimorfismo UTR, untranslated region

Farmacogenomica e markers TOLLERABILITA’ Tessuti Metabolismo Distribuzione Escrezione Livelli plasmatici EFFICACIA SANGUE TESSUTI Neoplasia Eliminazione DNA/mRNA

Farmacogenetica/farmacogenomica Aree di discussione Polimorfismi germ-line vs. tessuto-specifici T790M di EGFR Gene/aplotipo candidato o geni candidati EGFR vs. EGFR/KRAS/MET Penetranza dell’allele polimorfico/mutato Ipotesi codominante: wt/wt vs.wt/mut vs. mut/mut Ipotesi recessiva: (wt/wt + wt/mut) vs.mut/mut Valori di cut-off per l’espressione genica Media, mediana, quartili Tessuto idoneo all’analisi Sangue periferico surrogato del tessuto tumorale

Derivati del platino NER (ERCC1, XRCC1, XPA) Mismatch repair GSTP1, SOD SLC31A1 ABCs Marsh et al, Pharmacogenet Genomics 2009

ERCC1 e beneficio del trattamento Schema di trattamento: cisplatino-gemcitabina Tibaldi et al, Clin Cancer Res 2008

ERCC1 e beneficio del trattamento Schema di trattamento: platinum-based, first-/second-line Genotipo e risposta obiettiva Genotipo e overall survival Kalikaki et al, Clin Lung Cancer 2009

Gemcitabina Numerosi bersagli: Trasporto (hCNT, hENT) Attivazione (dCK) Catabolismo (5’-NT, CDA) Schema di trattamento: gemcitabina/carboplatino p=0.043 CDA -37C>A Harper e Elledge, Mol Cell 2007 Dong et al, J Hematol Oncol 2010

Carboplatino, paclitaxel, PFS e OS Schema di trattamento: carboplatino-paclitaxel Paclitaxel Regione chiave tubulina: residui aa 1-31 e 217-233 Numerosi polimorfismi: Thr274Ile e Arg282Gln Carboplatino ERCC1 IHC per β-tubulina III e ERCC1 Azuma et al, Lung Cancer 2009

Pemetrexed Smit et al, J Clin Oncol 2009

EGFR

Mutazioni attivanti e inattivanti Drug sensitivity: G719X, exon 19 del, L858R, L861Q 1ry drug resistance: exon 20 dupl 2ry drug resistance: L747S, D761Y, T854A, T790M Gazdar, Oncogene 2010

EGFR e TKi

EGFR e TKi Mok et al, NEJM 2009

SNPs EGFR ed espressione ERCC1 Association of Epidermal Growth Factor Receptor Activating Mutations with Low ERCC1 Gene Expression in Non-small Cell Lung Cancer Microdissected formalin-fixed paraffin-embedded tumors from 1207 patients with NSCLC, ERCC1 real-time PCR, EGFR mutation status NSCLC subtype was adenocarcinoma (AC) in 712 patients, squamous in 175, and not otherwise specified or other in 320 EGFR activating mutations: 183/1207 patients (15.2%) Median ERCC1 expression: 1.82 (range, 0.22-27.31); AC median = 1.68 (0.22-11.33), squamous median = 2.42(0.51-14.28) (p< 0.001). The presence of EGFR mutations was highly associated with ERCC1 expression (p<0.001) NSCLC specimens harboring EGFR activating mutations are more likely to express low ERCC1 mRNA levels Gandara et al, J Thorac Oncol 2010

Mutazioni di EGFR e nuova tecnica Questa tecnica rappresenterebbe un vantaggio per la gestione della terapia farmacologica nel paziente con NSCLC? SI, perché: I fenomeni di resistenza secondaria o acquisita possono avere una base genetica Non sarebbe necessario procedere alla biopsia della neoplasia per compiere l’analisi mutazionale

Mutazioni di EGFR p=0.002 p=0.006

EGFR e gefitinib Douillard et al, J Clin Oncol 2010

EGFR e resistenza al trattamento chemioterapico Lo stato mutazionale di EGFR è associato alla migliore risposta di NSCLC a TKi, ma: È possibile predire la resistenza al trattamento? È sufficiente l’analisi di EGFR o sono necessari/possibili altri bersagli/marcatori?

EGFR: wild-type vs. mutated alleles Janne e Johnson, Clin Cancer Res 2006 - Bean et al, Clin Cancer Res 2008 - Gazdar, Oncogene 2009

EGFR e via di trasduzione Roberts et al, J Clin Oncol 2010

Ridondanza della via di trasduzione EGFR-KRAS Roberts et al, J Clin Oncol 2010

EGFR e via di trasduzione: ruolo di KRAS “KRAS accounts for 90% of RAS mutations in lung adenocarcinomas, and approximately 97% of KRAS mutations in NSCLC involve codons 12 or 13; mutations are uncommon in squamous cell carcinomas” Azzoli et al, J Clin Oncol 2009 Roberts et al, J Clin Oncol 2010

VEGF e polimorfismo -460T>C -460C allele, increased promoter activity Conserved blood supply to tumour Reduced hypoxia and radioresistance Greater sensitivity

EML4-ALK Echinoderm microtubule-associated protein-like 4 (EML4) Anaplasticlymphoma kinase (ALK) Cancer Sci 2008

EML4-ALK Echinoderm microtubule-associated protein-like 4 (EML4) Anaplastic lymphoma kinase (ALK) PF-02341066 crizotinib Nessun beneficio da TKi Sasaki et al, Eur J Cancer 2010

Linee guida EGFR KRAS Azzoli et al, J Clin Oncol 2009

Linee guida ERCC1/RRM1 TESSUTO Azzoli et al, J Clin Oncol 2009

In conclusione Lo stato mutazionale di EGFR e KRAS L’espressione di tubulina e ERCC1 La presenza di polimorfismi di ERCC1, MTHFR, CDA, VEGF I riarrangiamenti di EML4-ALK Sono condizioni che possono essere alla base di una maggiore o minore probabilità di rispondere al trattamento Sono necessari studi prospettici di conferma

La farmacogenomica nel NSCLC: non offre indicazioni precise sulla sensibilità delle neoplasie ai chemioterapici; offre parziali informazioni a causa di insormontabili difficoltà tecniche; permette di ottimizzare il trattamento ma sono necessari studi prospettici di conferma; non trova al momento l’applicazione clinica auspicata; è un utile strumento per l’ottimizzazione del trattamento chemioterapico. Cross-tab label 1 / 30

La predizione di sensibilità/resistenza ai farmaci nella storia clinica di NSCLC: può dipendere da più geni; si basa su un solo determinate genetico; rimane un obiettivo al momento non perseguibile; è possibile con una sola analisi mutazionale “basale”; nessuna delle affermazioni precedenti è corretta. Cross-tab label 1 / 30