Pharmacogenomics

Antonello Di PaoloDivisione di FarmacologiaDipartimento di Medicina InternaUniversità di Pisa

UOC FarmacologiaAzienda Ospedaliera Universitaria Pisana

Domus SessorianaRoma, 29 Ottobre 2010

La farmacogenomica nel NSCLC:

1. non offre indicazioni precise sulla sensibilità delle neoplasie ai chemioterapici;

2. offre parziali informazioni a causa di insormontabili difficoltà tecniche;

3. permette di ottimizzare il trattamento ma sono necessari studi prospettici di conferma;

4. non trova al momento l’applicazione clinica auspicata;

5. è un utile strumento per l’ottimizzazione del trattamento chemioterapico.1 / 30 Cross-tab label

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La predizione di sensibilità/resistenza ai farmaci nella storia clinica di NSCLC:

1. può dipendere da più geni;

2. si basa su un solo determinate genetico;

3. rimane un obiettivo al momento non perseguibile;

4. è possibile con una sola analisi mutazionale “basale”;

5. nessuna delle affermazioni precedenti è corretta.

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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

x PolimorfismoUTR, untranslated region

5’-UTR 3’-UTR

EsoneIntrone

Variazione della trascrizione genica

Alterazione della sequenza aminoacidica della proteina (polimorfismi non sinonimi)

Alterazione della trascrizione genica

1 2 3 nx x x

Variazione della quantità/funzione della proteina

GENE mRNA PROTEINA

x

Farmacogenomica e markersFARMAC

O

Livelli plasmatici

Neoplasia

TessutiMetabolismo

Distribuzione

Escrezione

TOLLERABILITA’

EFFICACIA

Eliminazione

SANGUE TESSUTI

DNA/mRNA 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

Marsh et al, Pharmacogenet Genomics 2009

NER (ERCC1, XRCC1, XPA)

Mismatch repair

GSTP1, SOD

SLC31A1

ABCs

ERCC1 e beneficio del trattamento

Tibaldi et al, Clin Cancer Res 2008

Schema di trattamento: cisplatino-gemcitabina

ERCC1 e beneficio del trattamento

Kalikaki et al, Clin Lung Cancer 2009

Genotipo e overall survivalGenotipo e risposta obiettivaSchema di trattamento: platinum-based, first-/second-line

Gemcitabina Numerosi bersagli:

Trasporto (hCNT, hENT) Attivazione (dCK) Catabolismo (5’-NT, CDA)

Harper e Elledge, Mol Cell 2007Dong et al, J Hematol Oncol 2010

CDA-37C>A

p=0.043

Schema di trattamento:gemcitabina/carboplatino

Carboplatino, paclitaxel, PFS e OS

Azuma et al, Lung Cancer 2009

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

Schema di trattamento: carboplatino-paclitaxel

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

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

Association of Epidermal Growth Factor Receptor Activating Mutations with Low ERCC1 Gene Expression in Non-small Cell Lung Cancer

Mutazioni di EGFR e nuova tecnica

Questa tecnica rappresenterebbe un vantaggio per la gestione della terapia farmacologica nel paziente con NSCLC?

SI, perché:

1) I fenomeni di resistenza secondaria o acquisita possono avere una base genetica

2) 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

Azzoli et al, J Clin Oncol 2009Roberts et al, J Clin Oncol 2010

“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”

VEGF e polimorfismo -460T>C

-460C allele, increased promoter activityConserved blood supply to tumourReduced hypoxia and radioresistanceGreater sensitivity

EML4-ALKEchinoderm microtubule-associated protein-like 4 (EML4)Anaplasticlymphoma kinase (ALK)

Cancer Sci 2008

EML4-ALK

Sasaki et al, Eur J Cancer 2010

Echinoderm microtubule-associated protein-like 4 (EML4)Anaplastic lymphoma kinase (ALK)

Nessun beneficio da TKi

PF-02341066crizotinib

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:

1. non offre indicazioni precise sulla sensibilità delle neoplasie ai chemioterapici;

2. offre parziali informazioni a causa di insormontabili difficoltà tecniche;

3. permette di ottimizzare il trattamento ma sono necessari studi prospettici di conferma;

4. non trova al momento l’applicazione clinica auspicata;

5. è un utile strumento per l’ottimizzazione del trattamento chemioterapico.1 / 30 Cross-tab label

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La predizione di sensibilità/resistenza ai farmaci nella storia clinica di NSCLC:

1. può dipendere da più geni;

2. si basa su un solo determinate genetico;

3. rimane un obiettivo al momento non perseguibile;

4. è possibile con una sola analisi mutazionale “basale”;

5. nessuna delle affermazioni precedenti è corretta.

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