Regione del Veneto Innovazione e sostenibilitá in oncologia: approccio multidisciplinare nella gestione delle target therapy Padova, 2 Novembre 2015 Target therapy in oncologia Le patologie tumorali oggetto delle target therapies, i diversi meccanismi d’azione, gli schemi terapeutici, stato dell’arte e i network internazionali Antonella Brunello U.O.C. Oncologia Medica 1 Dipartimento di Oncologia Clinica e Sperimentale Istituto Oncologico Veneto, IRCCS Padova

OUTLINE della PRESENTAZIONE DEFINIZIONE I “BERSAGLI” IN ONCOLOGIA: OVERVIEW MECCANISMI D’AZIONE PATOLOGIE CON BERSAGLI IDENTIFICATI IL GIST, PARADIGMA MOLECOLARE IL TUMORE DEL POLMONE IL TUMORE DELLA MAMMELLA IL TUMORE DEL COLON I NETWORK INTERNAZIONALI

Targeted Therapy: definizione Farmaci che hanno un bersaglio specifico nelle cellule tumorali Es. vie di trasduzione del segnale, processi ed eventi fisiologici che sono disregolati tipicamente nelle cellule tumorali: Recettori Geni Angiogenesi Nella realtà, queste vie non sono assolutamente distinte.

I “BERSAGLI” IN ONCOLOGIA: OVERVIEW Targets for classical drugs? Targets for novel drugs? Hanahan & Weinberg, Cell 100:57 (2000

‘Ideal’ Cancer Treatment Highly efficacious Highly tumour specific Minimal toxicity

Chemotherapy Efficacious 90% cure occurs in only 10% of cancers Completely non-specific Marked toxicity

Number of cells surviving 1012 M 1010 T 108 Number of cells surviving 106 Fractional Cell Kill Hypothesis Principle of treatment - tumour growth fraction: Malignant cells do not divide more quickly than normal cells; Bigger population of cells dividing 104 102 Time

TARGET THERAPY Efficacious, yet not a CURING therapy Fairly specific Minimal toxicity

TARGET THERAPY 1) ANTICORPO MONOCLONALE: catena polipeptidica infusione endovenosa, non orale 2) MOLECOLA DI VARIABILE STRUTTURA CHIMICA E ORIGINE (naturale, semisintetica o sintetica) somministrazione orale o endovenosa Trastuzu-MAB Rituxi-MAB Cetuxi-MAB Temsi-ROLIMUS Eve-ROLIMUS Ridafo-ROLIMUS Bortezo-MIB etc…. Suniti-NIB Sorafe-NIB Pazopa-NIB

RAZIONALE Il TARGET è espresso sulle cellule tumorali. membrana citoplasmatica: HER-2 in mammella EGFR in colon e polmone,CD-20 in linfomi citoplasma: RAF, M-TOR (rene) nucleo: Fattori di trascrizione, Istone deacetilasi, etc… Il TARGET è vitale per la proliferazione tumorale Agendo sul TARGET blocco la crescita e/o uccido le cellule tumorali 1) meccanismo diretto (inibizione dell’oncogene responsabile) 2) induzione di apoptosi 2) per attivazione della lisi mediata dalle cellue del Sist. Immunit. (ADCC) 3) attivazione del complemento 4) blocco apporto O2 (farmaci anti-angiogenetici), etc…

Mito #1: la targeted therapy è una novità DNA non è un cattivo target! La tubulina è un ottimo target. Target recettoriali specifici: tamoxifen etc. In alcuni casi si disegna una molecola per un target e se ne colpisce un altro: es. estramustina. Le chemioterapie metronomiche: targets oltre il DNA

Survival by B-Tubulin III Phenotype In Taxane-treated NSCLC Months after diagnosis Cumulative survival 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 2 4 6 8 10 12 14 16 Dumontet, 2002 p=0.02 High expression of class III tubulin by tumor cells is associated with poor prognosis in patients with NSCLC receiving a taxane-based regimen.

PRIMO ESEMPIO: TAMOXIFENE!!!! Stimolazione estrogenica ha un ruolo patogenetico nel carcinoma mammario Recettore per Estrogeni è espresso nell’80% delle cellule di carcinoma mammario, e TAM modula in senso negativo le sue funzioni nelle cellule mammarie L’efficacia di TAM in trattamento adiuvante e malattia metastatico correla con la percentuale di positività dei recettori ormonali La resistenza al trattamento è almeno in parte dovuta ad alterazioni del recettore estrogenico/attivazione di vie alternative estrogeno-indipendenti Effetti collaterali (Carcinoma dell’endometrio e tromboembolismi) sono legati all’azione estrogeno-simile del TAM.

DAI PRESUPPOSTI…. Il TARGET è espresso solo sulle cellule tumorali Il TARGET è essenziale per la proliferazione tumorale Il farmaco agisce solo sul TARGET senza altre interazioni

… ALLA REALTA’ Il TARGET non è espresso solo sulle cellule tumorali Si: Trascritto Bcr-Abl in mieloide cronica No: CD-20 è espresso sui linfomi ma anche sui linfociti B normali Il TARGET non è indispensabile per la proliferazione tumorale - multifattorialità delle alterazioni genetiche tumorali - svariati meccanismi di escape (mutazione o amplificazione del TARGET) - mutazioni acquisite, etc… Il farmaco oltre al TARGET può instaurare molteplici interazioni effetti collaterali!!

EFFETTI COLLATERALI EFFETTI ON-TARGET: Il bersaglio è presente anche in cellule sane EGFR nella cute (acne da cetuximab ed erlotinib, etc..) VEGF nel microcircolo (ipertensione da bevacizumab e sunitinib) EFFETTI OFF-TARGET: il farmaco agisce anche su altri bersagli diversi da quelli studiati sulle cellule tumorali - Cardiotossicità da TKIs (sunitinib) -Ipotiroidismo da TKIs (suntinib) EFFETTI DI INTERAZIONE METABOLICA CON ALTRI FARMACI -aumento rischio emorragico da Warfarin per competizione su p450 EFFETTI INDIRETTI DELLA DISTRUZIONE CELLULARE - sindrome da lisi tumorale - emorragie gastrointestinali mortali in masse colliquate

ATTENZIONE……. Rapido passaggio dalla fase pre-clinica alla sperimentazione clinica su larga scala - Miglioramento delle tecniche di laboratorio - Sviluppo clinico “intelligente” - Studi clinici di fase II o III oppure studi di Expanded-access - Uso compassionevole - Forte spinta economica (vedi Glivec!!) Prognosi sfavorevole della malattia tumorale avanzata fa sì che svariati agenti diventano disponibili prima che sia chiarito il profilo di efficacia: NUOVE TOSSICITA’ “IN ITINERE” TOSSICITÀ TARDIVE Trattamenti prolungati IGNOTE (Imatinib lifetime in GIST???) Cardiotossicità da Herceptin + antracicline Ipotiroidismo da Sunitinib/sorafenib

STRUTTURA & MECCANISMI D’AZIONE ANTICORPI MONOCLONALI INIBITORI TIROSIN-KINASI (TKIs) INIBITORI M-TOR

ANTICORPI MONOCLONALI Regioni variabili specifiche per il bersaglio (CD-20, HER-2, EGFR, etc…) Regioni costanti Dominio Fc della IgG1 umana che agisce in sinergia con i meccanismi effettori umani Molto meno immunogenico rispetto agli anticorpi eterologhi utilizzati per profilassi anti-infettive nel passato (“malattia da siero”)

ANTICORPI MONOCLONALI Sono ormai parte integrante del trattamento oncologico di svariate neoplasie Rituxi-MAB: linfomi CD-20 positivi Trastuzu-MAB: mammella (testato con scarsa efficacia in altre neoplasie) Bevacizu-MAB: Colon-retto, mammella, polmone, rene, cerebrali, ovaio… Cetuxi-MAB: colon-retto, neoplasie ORL, polmone, Tutti questi preparati non richiedono premedicazione con antinausea e cortisonici, però vi è sempre la possibilità di reazioni di infusione: - tachicardia, rash, ipotensione, etc… - generalmente rapidamente reversibili, infusione sempre completata reazione all’infusione  sindrome da lisi tumorale acuta!!!

INIBITORI TIROSIN CHINASICI Farmaci orali entrati in modo importante nel trattamento oncologico di svariate neoplasie (Leucemia mieloide cronica, GIST, Rene, epatocarcinoma, etc…). NUCLEO Membrana cellulare Nella cellula esistono svariate proteine con attività TK situate sulla membrana, nel citoplasma o nel nucleo che costituiscono complessi circuiti intercomunicanti di trasmissione di segnali di Attivazione o di Inibizione. citoplasma

INIBITORI TIROSIN CHINASICI p ATP p Nella cellula esistono svariate proteine con attività TK situate sulla membrana, nel citoplasma o nel nucleo che costituiscono complessi circuiti intercomunicanti di trasmissione di segnali di Attivazione o di Inibizione.

INIBITORI TIROSIN CHINASICI p ATP p p p Nella cellula esistono svariate proteine con attività TK situate sulla membrana, nel citoplasma o nel nucleo che costituiscono complessi circuiti intercomunicanti di trasmissione di segnali di Attivazione o di Inibizione. p

INIBITORI TIROSIN CHINASICI p ATP p p ATTIVAZIONE CRESCICA DUPLICAZIONE Proteine p Nella cellula esistono svariate proteine con attività TK situate sulla membrana, nel citoplasma o nel nucleo che costituiscono complessi circuiti intercomunicanti di trasmissione di segnali di Attivazione o di Inibizione. p RNA FATTORI DI CRESCITA

INIBITORI TIROSIN CHINASICI Imati-NIB Suniti-NIB Sorafe-NIB Pazopa-NIB Erloti-NIB p ATP p p Proteine p Piccole molecole a somministrazione ORALE sviluppate in laboratorio per legarsi specificatamente e inibire la funzione delle tirosin-kinasi alterando il processo di trasmissione del segnale di attivazione e bloccando la crescita cellulare p RNA

“KINASE DENDROGRAM” IMATINIB In laboratorio è possibile stabilire la diversa capacità inibitoria delle diverse tirosin-chinasi Diversi dati di attività e di tossicità fra i diversi inibitori. (Fabian Nat Biotechnol 2005) SORAFENIB SUNITINIB

Azione ANTI-ANGIOGENETICA TARGET EFFETTO BIOLOGICO Azione ANTI-ANGIOGENETICA Cellule VEGFR Arresto della formazione nuovi vasi endoteliali PDGFR Riduzione apporto O2 al tumore Azione ANTI-TUMORALE DIRETTA Cellule c-MET, Arresto di crescita tumorali RAF, c-KIT Blocco della duplicazione cellulare RET, etc.. Induzione APOPTOSI, etc… EFFETTI COLLATERALI Altre cellule gli stessi target Apparato vascolare: Ipertensione e altri poco noti Cuore: depressione funzione sistolica Cavo orale: mucosite Cute: eritema, ipercheratosi, vesciche Tiroide: ipotiroidismo Rene: proteinuria e microangiopatia Midollo : modesta mielodepressione

IMATINIB c-KIT Leucemia mieloide cronica, GIST PDGFR altri sarcomi TARGET APPLICAZIONI IMATINIB c-KIT Leucemia mieloide cronica, GIST PDGFR altri sarcomi SUNITINIB VEGFR, PDGFR Carcinoma renale, GIST RET, c-KIT SORAFENIB VEGFR, PDGFR Carcinoma renale, epatocarcinoma c-RAF ERLOTINIB EGFR Carcinoma polmonare, pancreas LAPATINIB EGFR Carcinoma mammario HER-2

IMATINIB c-KIT mielodepressione, edemi periorbit. TARGET TOSSICITA’ IMATINIB c-KIT mielodepressione, edemi periorbit. PDGFR rara tox cardiaca SUNITINIB VEGFR, PDGFR ipertensione, astenia, mucosite, RET, c-KIT mielodepress., Hand & Foot, tox cardiaca SORAFENIB VEGFR, PDGFR astenia, diarrea, Hand & Foot c-RAF ipertensione (rara cardiaca), dolori musc. ERLOTINIB EGFR Diarrea, astenia Rash maculo-pustoloso come cetuximab LAPATINIB EGFR diarrea, astenia, rash cutaneo HER-2 (rara cardiaca)

INIBITORI mTOR SOPRAVVIVENZA CRESCITA PROLIFERAZIONE ANGIOGENESI Analoghi della rapamicina, molecola macrolide-simile con proprietà immunosoppressive, che agisce su complesso proteico citoplasmatico m-TOR (mammalian target of rapamycin). ORMONI (INSULINA) FATTORI DI CRESCITA P NUTRIENTI P P P P P SOPRAVVIVENZA CRESCITA PROLIFERAZIONE ANGIOGENESI M-TOR Nucleo

INIBITORI mTOR TEMSIROLIMUS/EVEROLIMUS: metabolismo p-450 dipendente!! TOSSICITA’ Mielodepressione: Anemia, neutropenia, piastrinopenia Moderata nausea, dolore addominale, diarrea Iperglicemia, ipercolesterolemia (pravastatina) e ipertrigliceridemia Mucosite con ulcerazioni biancastre, a volte autorisolventesi, che richiedono precoce trattamento cortisonico (topico o sistemico) oltre ai normali presidi Polmonite interstiziale: difficile diagnosi differenziale con processi infettivi oppure progressione di malattia; generalmente trattata con steroidi associati ad antibiotici, spesso reversibile

LE PATOLOGIE Il GIST, paradigma molecolare I big killers: - carcinoma della mammella - carcinoma del polmone - carcinoma del colon-retto

LE PATOLOGIE Il GIST, paradigma molecolare I big killers: - carcinoma della mammella - carcinoma del polmone - carcinoma del colon-retto

Imatinib chemioterapia OS months

Due recettori KIT normalmente si appaiano quando sono stimolati dal ligando 'stem cell factor’ (SCF) e attivano i segnali a valle (sequenza a sinistra). Le mutazioni causano una anomala attivazione costitutiva del recettore KIT senza stimolazione del ligando SCF (sequenza a destra).

KIT and PDGFRA mutations 10-15% WT 10-15 % KIT 70-75% Extracellular domain Exon 9 (10%) Juxtamembrane domain Exon 11 (70%) Exon 12 (<1%) TK1 domain Exon 13 (1%) Exon 14 (0,5%) TK2 domain Exon 17 (1%) Exon 18 (8%) 38

GIST Pre Post

SOPRAVVIVENZA paz con GIST METASTASTICO Sopravvivenza mediana (tutti gli stadi e tutti i gradi): 10-20 mesi Sopravvivenza mediana dalla diagnosi di GIST metastatico: 6-8 mesi [JY Blay, 2006] Nel 2015: Call J et al, BMC Cancer 2012

Overall survival in GIST patients after treatment with imatinib and sunitinib

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Breast cancer is family of different cancers Triple Negative HER2+ Estrogen receptor + Percentage of women WITHOUT recurrence GENES There are two basic ways to analyze genomic data, unsupervised and supervised. In both, data is displayed in a heat map, in which expression of individual genes is displayed with red corresponding to high relative expression of a given gene and green low expression. In unsupervised analysis as was used in the perou study we ask the computer to group together samples based on similar patterns of gene expression, such as shown here with the now familiar basal, her2 and luminal subsets TUMORS 43

Courtesy of Kenneth Bloom. The HER Family HER2 can dimerize with itself or other HER family members Courtesy of Kenneth Bloom. Intracellular

The HER Family of Receptors EGF TGF-a Amphiregulin Betacellulin HB-EGF Epiregulin NRG2 NRG3 Heregulins Betacellulin Ligands: Heregulins Heregulins Cysteine- rich domains Tyrosine- kinase domains HER1/EGFR erbB1 HER2 erbB2 neu HER3 erbB3 HER4 erbB4 Salomon D, Brandt R, Ciardiello F, et al. Crit Rev Oncol Hematol. 1995;19:183-232. Woodburn J. Pharmacol Ther. 1999;82:241-250.

HER2 is a cell surface signaling protein <10,000 HER2 proteins on normal breast cell

HER2 gene amplification results in marked overexpression of HER2 proteins 2,000,000 HER2 proteins on cancer cell

Amplification of the HER2 gene observed in a subset of breast cancers FISH - FISH +

HER2 amplification impacts prognosis % without recurrence Time (months)

Targeting HER2+ Tumors Inhibit Dimerization Antibody conjugates Moderate receptor expression Inhibit Kinase activity Inhibit downstream effects Interactions between Trastuzumab and Tumor Cells. HER2 serves as a coreceptor with related members of the HER family of tyrosine kinase-associated growth factors. Acquired amplification of the HER2/neu gene on chromosome 17 in HER2-positive breast cancer leads to marked overexpression of HER2 on the cell surface, which alters normal signaling function. Trastuzumab is a humanized monoclonal antibody that binds to HER2 and inhibits tumor-cell growth through a variety of intracellular, and possibly extracellular, mechanisms. Burstein, H. J. N Engl J Med 2005;353:1652-1654

Trastuzumab is a recombinant antibody that specifically binds to the HER2 protein HER2 binding domain

Trastuzumab given with chemotherapy improves outcome for patients with HER2+ advanced breast cancer Slamon, et al. NEJM 2001

Studi di terapia adiuvante con Trastuzumab (B31/N9831) CT+ trastuzumab 85% ACT % CT 67% Romond, Perez et al, NEJM 2005

27.5 months 56.5 months

HER2 is a kinase, a protein that adds phosphate to other proteins

Lapatinib is an oral inhibitor of the HER2 kinase

Lapatinib improves outcome in patients with metastatic HER2+ breast cancer Geyer CE et al. N Engl J Med 2006;355:2733-2743

Trastuzumab e Pertuzumab legano diversi epitopi del dominio extracellulare di HER2 Hubbard 2005

Trastuzumab-DM1, a novel antibody drug conjugate Herceptin DM1 Her2 by selectively delivering drugs to overexpressed antigens on tumor cells than could be achieved by administration of either antibody or chemotherapy as free agents Delivers high concentrations of drug to tumor Spares normal tissue from toxicity 59

Trastuzumab-DM1, a novel antibody drug conjugate Herceptin DM1 Her2 by selectively delivering drugs to overexpressed antigens on tumor cells than could be achieved by administration of either antibody or chemotherapy as free agents Delivers high concentrations of drug to tumor Spares normal tissue from toxicity 60

Trastuzumab-DM1, a novel antibody drug conjugate Herceptin DM1 Her2 by selectively delivering drugs to overexpressed antigens on tumor cells than could be achieved by administration of either antibody or chemotherapy as free agents Delivers high concentrations of drug to tumor Spares normal tissue from toxicity 61

PI3-kinase may be an important target in breast cancer

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Traditional View of Lung Cancer Adenoca Small Cell Large Cell Squamous

Advanced NSCLC: The State of the Art

Mutations in NSCLC Distribution of Mutations in 733 Genotyped Association between EGFR mutations and sensitivity to TKIs Exon 19 deletion Exon 21 (L858R) Exon 18 (G719X) Exon 20 insertion may predict resistance to TKIs EGFR and KRAS mutations are mutually exclusive in NSCLC 10% of Western and 50% of Asian NSCLC patients have mutation of EGFR KRAS mutation associated with primary resistance to TKIs

EGFR Gene Mutations in Adenocarcinoma Lung Cancer

EGFR-mutated NSCLC

NSCLC – ALK rearranged 70% CROSS-OVER!!! Solomon BJ et al, N Engl J Med 2014

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Colorectal Cancer: 20 Years after meta-analysis 1992 CALGB/SWOG 80405 CALGB/SWOG 80405 J Clin Oncol, 1992

Incremental improvements in OS in mCRC 14.1 5-FU/LV infusion Douillard, 2000 14.8 IFL Saltz, 2000 17.4 FOLFIRI (de Gramont or AIO) 19.5 FOLFOX Goldberg, 2004 21.3 XELOX/FOLFOX + bevacizumab Saltz, 2008 FOLFOX + panitumumab 26.0 # Douillard, 2013 20.3 IFL + bevacizumab Hurwitz, 2004 23.5* FOLFIRI + cetuximab Van Cutsem, 2011 23.8 * 31.0 12.6 5-FU/LV bolus 5 10 15 20 25 Overall survival (months) 30 22.6 FOLFOXIRI Falcone, 2007 25.0 FOLFIRI+ bevacizumab Falcone, 2013 32.0# Lenz, 2014 31.2# FOLFIRI + bevacizumab 28.8* FOLFOXIRI + bevacizumab Falcone, 2014 CT + aflibercept (SIMULATION) 32.4 References: Saltz LB, Cox JV, Blanke C, et al. Irinotecan plus fluorouracil and leucovorin for metastatic colorectal cancer. Irinotecan Study Group. N Engl J Med 2000;343:905-14. Douillard JY, Cunningham D, Roth AD, et al. Irinotecan combined with fluorouracil compared with fluorouracil alone as first-line treatment for metastatic colorectal cancer: a multicentre randomised trial. Lancet 2000;355:1041-7. Goldberg RM, Sargent DJ, Morton RF, et al. A randomized controlled trial of fluorouracil plus leucovorin, irinotecan, and oxaliplatin combinations in patients with previously untreated metastatic colorectal cancer. J Clin Oncol 2004;22:23-30. Hurwitz H, Fehrenbacher L, Novotny W, et al. Bevacizumab plus irinotecan, fluorouracil, and leucovorin for metastatic colorectal cancer. N Engl J Med 2004;350:2335-42. Saltz LB, Clarke S, Diaz-Rubio E, et al. Bevacizumab in combination with oxaliplatin-based chemotherapy as first-line therapy in metastatic colorectal cancer: a randomized phase III study. J Clin Oncol 2008;26:2013-9. Falcone A, Ricci S, Brunetti I, et al. Phase III trial of infusional fluorouracil, leucovorin, oxaliplatin, and irinotecan (FOLFOXIRI) compared with infusional fluorouracil, leucovorin, and irinotecan (FOLFIRI) as first-line treatment for metastatic colorectal cancer: the Gruppo Oncologico Nord Ovest. J Clin Oncol 2007;25:1670-6. Van Cutsem E, Kohne CH, Lang I, et al. Cetuximab plus irinotecan, fluorouracil, and leucovorin as first-line treatment for metastatic colorectal cancer: updated analysis of overall survival according to tumor KRAS and BRAF mutation status. J Clin Oncol 2011;29:2011-9. Douillard JY, Siena S, Tabernero J, et al. Overall survival (OS) analysis from PRIME: randomized phase 3 study of panitumumab (pmab) with FOLFOX4 for 1st line metastatic colorectal cancer (mCRC). J Clin Oncol 31, 2013 (suppl; abstr 3620). Douillard JY, Oliner KS, Siena S, et al. Panitumumab–FOLFOX4 Treatment and RAS Mutations in Colorectal Cancer. N Engl J Med 2013;369:1023-34. Informal comparison as these are not head-to-head clinical trials; * WT KRAS; # WT RAS, WT in KRAS & NRAS exons 2/3/4 73

Cancers are dependent on new blood vessel growth (angiogenesis)

Blocking VEGF with Bevacizumab leads to loss of tumor vasculature and tumor regression

Blocking VEGF may also lead to “normalization” of blood vessels

BEVACIZUMAB Anticorpo monoclonale che si lega al Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), fattore cardine della neo-angiogenesi tumorale. Meccanismo d’azione in vivo non ancora ben delucidato - TARGET non tumore-specifico - Livelli VEGF circolanti non correlano in modo univoco con efficacia - meccanismi di escape? VEGF è essenziale anche per l’omeostasi del microcircolo e la rigenerazione delle cellule endoteliali EFFETTI COLLATERALI VASCOLARI! Ipertensione Emorragie/ritardo cicatrizzazione tissutale Tromboembolismi Alterazioni glomerulari renali

GLI SCHEMI – LE LINEE GUIDA Nazionali (AIOM) Europee (ESMO – EORTC ) Internazionali (NCCN – ASCO)

The future antonella.brunello@ioveneto.it Understanding the genetic pathways of cancer development Treatment will be tailored to individual patients Aim of making it much more effective and less toxic … will we be able to CURE? antonella.brunello@ioveneto.it