Van DNA-afwijkingen tot therapie: selectie voor geïndividualiseerde kankerbehandeling

Overzichtsartikelen

Van DNA-afwijkingen tot therapie: selectie voor geïndividualiseerde kankerbehandeling From DNA mutations to therapy: selection for personalized cancer treatment C.G.M. Gadellaa-van Hooijdonk, M.J. Koudijs, E.P.J.G. Cuppen, P.J. van Diest, J.W.M. Martens, S. Sleijfer, J.H.M. Schellens, E.E. Voest en M.P.J.K. Lolkema Samenvatting Het in kaart brengen van genetische veranderingen in het kankergenoom door middel van DNA-‘sequencing’technieken heeft het inzicht in de tumorgenese en tumorprogressie de afgelopen jaren sterk vergroot. Daarnaast zijn er mutaties geïdentificeerd die aanleiding hebben geven tot de ontwikkeling van behandelingen die gericht zijn op een specifieke eigenschap van de tumor. De respons op deze therapieën is sterk gecorreleerd aan de aan- of afwezigheid van bepaalde mutaties in het genoom. Om in de nabije toekomst de efficiëntie van de oncologische behandeling verder te ontwikkelen, is het noodzakelijk om op voorhand te bepalen welke gerichte behandeling het beste past bij het mutatieprofiel van een patiënt. Op deze manier kunnen ineffectieve behandelingen

worden vermeden en kan direct worden begonnen met het best passende behandelingsregime. De eerste stap om dit te bereiken is de identificatie van alle tumorrelevante mutaties in het kankergenoom, om dit daarna te associëren met de respons op de behandeling. Met de introductie van ‘next generation sequencing’ (NGS)-technieken bestaat nu de mogelijkheid om grote aantallen genen volledig te ‘sequencen’, waarmee kan worden gezocht naar predictieve markers voor respons en kunnen er mogelijk tevens prognostische markers worden gevonden. De implementatie van NGS-technieken in de kankerdiagnostiek zal de preselectie van de juiste patiënt voor de juiste therapie verbeteren, wat een belangrijke stap is naar een individuele behandeling van kanker. (Ned Tijdschr Oncol 2011;8:326-34)

Summary DNA sequencing has led to an increased comprehension of carcinogenesis and tumor progression. Identification of numerous mutations led to the development of therapies that target specific properties of the tumor. Response to these targeted agents is

highly associated with the presence or absence of specific mutations in the cancer genome. To improve the efficiency of oncological treatment, it is necessary to prospectively predict whether or not patients will benefit from specific treatment regimens, in order to

Auteurs: mw. drs. C.G.M. Gadellaa-van Hooijdonk, arts-onderzoeker, afdeling Medische Oncologie, dhr. dr. M.J. Koudijs, postdoctoraal onderzoeker, afdeling Medische Oncologie, dhr. prof. dr. ir. E.P.J.G. Cuppen, klinisch geneticus, afdeling Biomedische Genetica, dhr. prof. dr. P.J. van Diest, patholoog, afdeling Pathologie, Universitair Medisch Centrum Utrecht, dhr. dr. J.W.M. Martens, moleculair bioloog, afdeling Medische Oncologie, dhr. prof. dr. S. Sleijfer, internist-oncoloog, afdeling Medische Oncologie, Erasmus Medisch Centrum, dhr. prof. dr. J.H.M. Schellens, internist-oncoloog, afdeling Medische Oncologie, Nederlands Kanker Instituut-Antoni van Leeuwenhoek Ziekenhuis en Universiteit Utrecht, departement Farmaceutische Wetenschappen, dhr. prof. dr. E.E. Voest, internist-oncoloog, afdeling Medische Oncologie, dhr. dr. M.P.J.K. Lolkema, internist-oncoloog, afdeling Medische Oncologie, Universitair Medisch Centrum Utrecht. Correspondentie graag richten aan mw. drs. C.G.M. Gadellaa-van Hooijdonk, arts-onderzoeker medische oncologie, afdeling Medische Oncologie, HP F02.126, Divisie Interne Geneeskunde & Dermatologie, Universitair Medisch Centrum Utrecht, Heidelberglaan 100, 3584 CX Utrecht, tel.: 088 755 85 28, e-mailadres: [email protected] Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld. Trefwoorden: geïndividualiseerde kankerbehandeling, massief parallelle sequencing (‘next generation sequencing’; NGS), patiëntselectie Key words: high throughput sequencing (next generation sequencing; NGS), patient selection, personalized cancer treatment

326

Nederlands Tijdschrift voor Oncologie

Jaargang 8 - nr. 8 - 2011

8 prevent patients from being exposed to ineffective therapies. Response to treatment can be correlated to the genetic profile of the tumor after identification of tumor relevant mutations in the cancer genome. Searching predictive biomarkers for response, and possibly prognostic biomarkers, is now within reach

due to the introduction of next generation sequencing (NGS) technologies and the possibility to sequence large numbers of genes in a limited time frame. Implementation of NGS technologies in cancer diagnostics will improve personalized cancer treatment by selecting patients for specific treatment regimens.

Inleiding De noodzaak om oncologische behandelingsmogelijkheden (verder) te verbeteren blijkt uit het feit dat kanker wereldwijd 1 van de belangrijkste doodsoorzaken is. In de laatste jaren is het inzicht in tumorgenese en tumorprogressie sterk verbeterd door DNA-‘sequencing’-technieken en dit heeft mede geleid tot de ontwikkeling van meerdere ‘targeted agents’. DNA-‘sequencing’ kan ook worden ingezet voor het vinden van predictieve en prognostische biomarkers, zodat de efficiëntie van de oncologische behandeling verder kan worden ontwikkeld.

tyrosinekinaseactiviteit, verantwoordelijk voor celproliferatie. Sindsdien zijn vele andere belangrijke kankergerelateerde genen ontdekt, zoals APC bij colorectaal carcinoom. APC als tumorsuppressorgen speelt een belangrijke rol bij familiaire adenomateuze polyposis (FAP). Daarnaast treedt bij ongeveer 70-80% van sporadische colorectale adenomen en carcinomen inactivatie van APC op en speelt APC mogelijk een essentiële rol aan het begin van de adenoomcarcinoomsequentie.2

Van chemotherapie naar ‘targeted therapy’ De (chemotherapeutische) behandeling van maligniteiten is jarenlang gebaseerd geweest op histopathologische kenmerken als tumortype, differentiatiegraad en tumorgrootte. Behandeling met chemotherapie heeft echter een aantal belangrijke nadelen. Chemotherapeutica verstoren de DNA-replicatie en/of genexpressie, waardoor de celcyclus wordt doorbroken. Chemotherapeutica hebben hierdoor een breed werkingsmechanisme, waarbij echter niet alleen wordt aangegrepen op kankercellen, maar ook op gezonde, sneldelende cellen. De voornaamste toxiciteit van chemotherapie is door dit werkingsmechanisme te verklaren. Selectievere behandelingsmogelijkheden zijn nodig om gerichter te behandelen en toxiciteit te beperken. De afgelopen decennia is meer inzicht gekomen in genetische afwijkingen die betrokken zijn bij tumorgenese en tumorprogressie. De eerste aanwijzingen dat kanker wordt veroorzaakt door genetische veranderingen werden gepubliceerd in 1960. Nowell et al. ontdekten dat ten gevolge van translocatie tussen chromosoom 9 en 22 (Philadelphia-chromosoom) het fusiegen BCR-ABL ontstaat bij patiënten met chronische myeloïde leukemie (CML).1 De fusie van deze genen codeert voor het BCR-ABL-eiwit met continue


Er wordt algemeen verondersteld dat stapsgewijze accumulatie van mutaties in oncogenen, tumorsuppressorgenen en stabiliteitsgenen (zoals genen betrokken bij DNA-herstel) kan leiden tot de ‘hallmarks of cancer’.3 Ondanks de complexiteit van mutaties en epigenetische afwijkingen, lijken groei en overleving van kankercellen vaak gebaseerd te zijn op enkele belangrijke afwijkingen (‘driver’-mutaties) in het genoom.4 ‘Driver’-mutaties bieden selectievoordeel met als gevolg klonale expansie van de cel. Naast ‘driver’mutaties kunnen er als epifenomeen ‘passenger’mutaties optreden. Deze mutaties bieden geen selectievoordeel en zijn niet betrokken bij tumorgenese of tumorprogressie. ‘Driver’-mutaties bieden door hun belangrijke rol bij tumorgenese en tumorprogressie aangrijpingspunten voor oncologische behandeling. Kennis over kankerveroorzakende mutaties en de noodzaak om de effectiviteit van behandeling te verbeteren en toxiciteit te reduceren, heeft geleid tot de ontwikkeling van ‘targeted therapy’ (gerichte behandeling). Dit neemt niet weg dat er eveneens aanzienlijke toxiciteit kan optreden bij ‘targeted therapy’. ‘Targeted agents’ hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan verbetering van effectiviteit van de oncologische behandeling en het toewerken naar ‘personalized cancer care’ (geïndividualiseerde kankerbehandeling), waarbij de verwachting is dat kankerbehandeling zich steeds vaker specifiek zal richten op gedereguleerde processen in tumorcellen.


327

OVERZICHTSARTIKELEN

DNA-mutaties voorspellen effectiviteit van ‘targeted therapy’ In geval van CML is de ‘driver’-mutatie (Philadelphiachromosoom) bekend en in 1996 kwam de eerste ‘targeted therapy’ op de markt. Imatinib inhibeert het oncogene BCR-ABL-eiwit en heeft indrukwekkende resultaten laten zien in de behandeling van CML.5 Sindsdien zijn verschillende ‘targeted agents’ ontwikkeld met hoge responspercentages bij geselecteerde patiëntenpopulaties. Voorbeelden van effectiviteit van gerichte behandeling met nieuwere ‘targeted agents’ zijn de tyrosinekinase(TK)-, ALK-, BRAF- en PARP-remmers. Figuur 1 geeft schematisch de aangrijpingspunten van de TK-, ALK- en BRAF-remmers weer. Patiënten met niet-kleincellig longcarcinoom (‘nonsmall cell lung carcinoma’; NSCLC) en activerende mutaties in het ‘epidermal growth factor receptor’ (EGFR)-gen tonen een duidelijke respons op tyrosinekinaseremmers (‘tyrosine kinase inhibitors’; TKI’s) gefitinib en erlotinib. EGFR induceert na activatie celdifferentiatie en celproliferatie. EGFR-mutaties komen voor bij 15-20% van patiënten met een longcarcinoom, waarbij deze mutaties frequenter worden gezien bij vrouwen, niet-rokers en het adenocarcinoom.6 Erlotinib geeft bij chemotherapienaïeve patiënten met adenocarcinoom van de long responspercentages van 66% bij patiënten met en slechts 8% zonder EGFR-mutaties.7 Erlotinib geeft bij patiënten met EGFR-mutaties een verbetering in progressievrije overleving (16,4 versus 2,8 maanden) en totale overleving (27,6 versus 15,4 maanden). Inzet van de ALK-remmer crizotinib bij patiënten met NSCLC en een activerende mutatie of translocatie in het ALK-gen heeft geleid tot responspercentages van 57% en een geschatte kans op progressievrije overleving na 6 maanden van 72%.8 Dit in vergelijking met responspercentages van gemiddeld 10% en een progressievrije overleving na 6 maanden van 27,2% bij tweedelijnsbehandelingen voor NSCLC.9-11 Aangezien alle 82 geïncludeerde patiënten geen EGFR-mutatie of amplificatie van MET toonden, waar crizotinib ook een gerichte behandeling voor is, lijkt het therapeutische effect volledig gebaseerd te zijn op ALK-remming. De totale incidentie van ALK-mutaties bij NSCLC is ongeveer 5%.12 Indien selectie plaatsvindt naar niet of weinig roken bij patiënten zonder EGFR-mutatie is de frequentie van ALK-mutaties 33%.13 Een andere klasse van nieuwe ‘targeted agents’ zijn de BRAFremmers met een hoge mate van effectiviteit bij een geselecteerde populatie. Ongeveer 40-60% van patiënten

328


met een gemetastaseerd cutaan ontstaan melanoom toont een BRAF-mutatie leidend tot activatie van de ‘mitogen-activated protein kinase’ (MAPK)-signaleringsroute.14,15 Op korte termijn zal een BRAF-remmer beschikbaar komen die responspercentages van 48% laat zien bij patiënten met de BRAF-mutatie ten opzichte van 5% voor standaard eerstelijnsbehandeling met dacarbazine.16 Dit zijn slechts enkele voorbeelden van ‘targeted agents’ met effectiviteit in tumoren met specifieke DNA-mutaties. De huidige ‘targeted agents’ remmen over het algemeen de werking van een enkel genproduct en zijn daardoor slechts inzetbaar bij geselecteerde patiënten met de specifieke ‘driver’-mutatie. Dat kankerbehandeling niet langer gericht moet zijn op orgaanorigine, maar op het mutatieprofiel van de tumor, blijkt bijvoorbeeld uit de effectiviteit van imatinib bij patiënten met een gastro-intestinale stromale tumor (GIST).17 Bij ongeveer 90% is sprake van een c-KIT-mutatie met toegenomen activiteit van KIT-tyrosinekinase, waarvan het effect kan worden geblokkeerd door imatinib, hetgeen oorspronkelijk ontwikkeld is als remmer van het BCR-ABL.18 Een ander voorbeeld is trastuzumab, hetgeen jarenlang slechts was geregistreerd voor behandeling van patiënten met een HER2amplificatie bij mammacarcinoom. Het heeft 12 jaar geduurd voordat trastuzumab ook werd geregistreerd bij patiënten met maagcarcinoom en HER2-genamplificatie.19 Tevens blijkt uit recent onderzoek dat patiënten met ‘hairy cell leukemia’ eenzelfde BRAFmutatie tonen als patiënten met melanoom, hetgeen de inzetbaarheid van BRAF-remmers kan vergroten.20 Er zijn ook voorbeelden te noemen van ‘targeted therapy’ welke niet zijn gericht op de ‘driver’-mutatie. Een doel voor behandeling van colorectaalcarcinoom is bijvoorbeeld EGFR. Patiënten met colorectaalcarcinoom tonen echter niet dezelfde EGFR-mutaties die bij longcarcinoom worden gevonden. De monoklonale antilichamen cetuximab en panitumumab zijn competitieve antagonisten van EGFR. Respons op cetuximab is echter niet significant geassocieerd met het EGFR-eiwitniveau. Dit impliceert dat EGFR geen ‘driver’-mutatie is en dus niet bepalend is voor respons op behandeling. Het grootste deel van de patiënten met een mutatie in codon 12 en 13 van het KRAS-gen bleek echter geen respons te tonen op behandeling met deze antilichamen. In dit geval bevindt de ‘driver’-mutatie zich ‘downstream’ van EGFR en KRAS is bij colorectaalcarcinoom een voor-


8

Figuur 1. Schematisch overzicht aangrijpingspunten EGFR-, ALK- en BRAF-remmers. Oncogene activatie van de EGFR- en ALK-receptor leidt na fosforylatie (P) tot activatie van verschillende intracellulaire signaleringsroutes, waaronder de RAS-RAF-MEK-ERK- en de PI3K-AKT-mTOR-cascade. Hierdoor vinden er in de nucleus veranderingen plaats in de transcriptieregulatie, met als gevolg onderdrukken van apoptose, proliferatie en eiwitsynthese. Weergegeven wordt alwaar de EGFR-, ALK- en BRAF-remmers aangrijpen in deze gedereguleerde processen. EGFR=‘epidermal growth factor receptor’, ALK=‘anaplastic lymphoma kinase’, RAS=‘rat sarcoma’, RAF=‘rapidly accelerated fibrosarcoma’, MEK=‘MAPK/ERK kinase’, ERK=‘extracellular signalregulated kinase’, PI3K=‘phosphoInositide 3 kinase’, AKT=‘AKT8 oncogene virus’; mTOR=‘mammalian target of rapamycin’.

speller voor non-respons.21-23 Een andere klasse van nieuwe ‘targeted agents’ zijn de poly-ADP-ribose polymerase (PARP)-remmers. In fase I-onderzoek werd olaparib toegediend aan 60 patiënten. Van deze patiënten hadden 19 een BRCA-geassocieerde tumor (mamma-, ovarium- of prostaatcarcinoom) met een bewezen BRCA1- of BRCA2-mutatie. Objectieve antitumoractiviteit, gedefinieerd als radiologische of tumormarkerrespons of stabilisatie van ziekte (radiologisch stabiele ziekte gedurende ten minste 4 maanden), werd alleen gezien in de groep van 19 patiënten met een BRCA-geassocieerde tumor en


een bewezen BRCA-mutatie. In deze groep was er bij 68% objectieve antitumoractiviteit versus 0% bij patiënten zonder BRCA-mutatie.24 Het is noodzakelijk om prospectief patiënten te identificeren die respons zullen tonen op ‘targeted therapy’ en voordeel zullen hebben van de behandeling. Essentieel is het vinden van patronen (predictieve biomarkers), die voorspellend zijn voor respons op en/of resistentie tegen bepaalde behandelingsstrategieën. Daarnaast is het mogelijk dat er prognostische biomarkers worden gevonden. De zoektocht naar oncogene ‘driver’-mutaties in verscheidene malig-


329

OVERZICHTSARTIKELEN

niteiten heeft geleid tot realisatie dat tumorprogressie op basis van een enkelvoudig gendefect of eiwitproduct eerder uitzondering dan regel is.25,26 De verwachting is dan ook dat respons en overleving in de meerderheid van de gevallen niet worden voorspeld door een enkelvoudige biomarker, maar gebaseerd is op multipele genetische afwijkingen.

‘Next generation sequencing’: DNA lezen voor het vinden van ‘targets’ In 1977 beschreven Maxam et al. en Sanger et al. onafhankelijk van elkaar 2 methoden voor DNA-‘sequencing’.27,28 De geautomatiseerde DNA-‘sequencing’methode van Sanger (ook wel eerstegeneratiemethode genoemd) bleek door de hogere mate van efficiëntie beter toepasbaar. DNA-‘sequencing’ heeft geleid tot de ontdekking van een aantal belangrijke mutaties in kankergerelateerde genen. In 2001 werden de op Sanger gebaseerde ‘sequencing’-resultaten beschreven van het gehele humane genoom, hetgeen ongeveer 13 jaar heeft geduurd en bijna 3 miljard dollar heeft gekost.29 Er zijn echter belangrijke beperkingen aan de Sanger-methode, namelijk de hoge kosten per basenpaar, de beperkte hoeveelheid gegevens die per dag kunnen worden gegenereerd en de afhankelijkheid van specifieke polymerasekettingreactie (‘polymerase chain reaction’; PCR)-amplificatie per regio van interesse. Grootschalige ‘sequencing’-projecten van grote patiëntenpopulaties zijn met deze methode dus praktisch niet haalbaar. In 2005 is daarin verandering gekomen met de introductie van de 454 ‘sequencing’-technologie, wat het tijdperk van ‘next generation sequencing’ (NGS) inluidde.30 Naderhand kwam er met de ‘Illumina Genome Analyzer’ en het ‘SOLiD sequencing platform’ de mogelijkheid om binnen korte tijd alle veranderingen in het genoom in kaart te brengen. Al deze methoden analyseren parallel opgewerkte DNA-moleculen, wat resulteert in vele miljoenen sequenties per sample. Voor een uitgebreide technische beschrijving over NGS wordt verwezen naar een overzichtsartikel van Meyerson et al.31 NGS-technologie heeft een cruciale bijdrage geleverd aan ons inzicht in de genetische opmaak van verschillende kankertypen. In 2008 werden NGS-resultaten beschreven van het eerste kankergenoom, waarbij het mutatieprofiel van acute myeloïde leukemie werd vergeleken met normaal weefsel van dezelfde patiënt.32 Sindsdien is het genoom van verscheidene

330


andere kankersoorten in kaart gebracht, waaronder melanoom, glioblastoma multiforme, acute myeloïde leukemie en pancreas-, mamma-, niercel-, prostaat-, long- en colorectaalcarcinoom.25,26,32-43 Het ‘International Cancer Genome Consortium’ (ICGC) en ‘The Cancer Genome Atlas’ (TCGA) zijn 2 grote initiatieven die zich ten doel hebben gesteld om associaties te vinden tussen verschillende tumorgenomen om de inzetbaarheid van reeds bestaande ‘targeted agents’ te vergroten. Wood et al. beschreven mutaties in het genoom van borst- en colorectaalcarcinoom als een ‘landschap met bergen en heuvels’.39 De heuvels zijn representatief voor mutaties die bij minder dan 5% van deze tumoren voorkomen. Van oudsher is onderzoek naar kankergerelateerde genen gericht op de bergen, de meest voorkomende mutaties in een tumor. Opvallend is dat het landschap wordt gedomineerd door heuvels en de gedachte is dat selectievoordeel van een tumor en dus tumorprogressie worden veroorzaakt door een groot aantal minder frequente mutaties in de tumor. NGS maakt het mogelijk om in beperkte tijd alle relevante genetische afwijkingen (de bergen en heuvels) van het kankergenoom in kaart te brengen. Het inzicht in tumorbiologie is door middel van NGS sterk toegenomen. Daarnaast biedt NGS de mogelijkheid om structurele variaties in het genoom in kaart te brengen.44 Het kankergenoom bevat vele amplificaties, deleties en translocaties die van groot belang zijn voor het ontstaan van kanker en de mogelijkheid bieden tot ‘targeted therapy’. Sequencen van kankergenomen zal resulteren in identificatie van duizenden tumorspecifieke genetische afwijkingen, waarvan op dit moment maar deels te voorspellen is wat het effect van deze mutaties is op het functioneren van een eiwit of signaleringsroute waarin dit eiwit functioneert.

Geïndividualiseerde therapie in de oncologie Door NGS-technologie is het mogelijk om in beperkte tijd het mutatieprofiel van de metastase te vergelijken met gezond weefsel om somatische en niet-somatische mutaties te onderscheiden. Er is door middel van NGS aangetoond dat er significante verschillen bestaan tussen het mutatieprofiel van de primaire tumor en zijn metastasen. Eigen, nog niet gepubliceerd, onderzoek bij 21 colorectaalcarcinomen laat zien dat het mutatieprofiel in een set van


8 1.263 kankergerelateerde genen voor 92% overeenkomt tussen de metastase en primaire tumor. Belangrijker daarbij is dat de resterende 8% van alle mutaties verschillend zijn tussen de primaire tumor en de metastase van dezelfde patiënt. Het gaat hier om tientallen mutaties welke van belang kunnen zijn voor respons op therapie. Een van de bevindingen is het verlies van KRAS-G12D-mutatie in de metastase van dezelfde patiënt, dat de mogelijkheid biedt tot behandeling met de EGFR-remmer cetuximab. Ondanks het feit dat dit voor de KRAS-mutatie een zeldzame bevinding is (bij ongeveer 7%), kan een dergelijke disconcordantie voor de behandeling van de individuele patiënt van grote waarde zijn.45 Deze resultaten zijn in overeenstemming met reeds gepubliceerde resultaten van mamma- en pancreascarcinoom.44,46-48 In geval van gemetastaseerde ziekte lijkt het individualiseren van oncologische therapie op basis van predictieve en prognostische biomarkers van de primaire tumor daarom niet zinvol. Geïndividualiseerde kankerbehandeling dient dan ook plaats te vinden op basis van de genetische opmaak van de metastase, mede gezien het feit dat de gemetastaseerde ziekte bepalend is voor de prognose. Tevens zijn er aanwijzingen dat metastasen orgaanspecifieke mutaties verwerven.47,48 De uitgebreidheid van tumorheterogeniteit en de invloed op therapierespons is vooralsnog niet duidelijk en dient in meer fundamenteel onderzoek te worden uitgezocht. De verwachting voor de toekomst is dat alle patiënten op basis van de genetische opmaak van de metastase een behandelingsvoorstel krijgen aangeboden. Dit vergt opzet van een zorgvuldige logistieke procedure tussen kliniek, ‘sequencing’-faciliteit, bioinformatische analyse, gegevensinterpretatie en terugkoppeling naar de behandelend arts. Er zal uitgebreide voorlichting dienen plaats te vinden aan patiënten over voordelen van het bepalen van de genetische opmaak van de metastase om de therapiekeuze te kunnen bepalen en over het mogelijke complicatierisico van de biopsieprocedure. Daarnaast zal nauwe betrokkenheid nodig zijn van de afdeling Radiologie met uitbreiding van de capaciteit in verband met de toegenomen aantallen patiënten die een biopt zullen ondergaan. De afdeling Pathologie zal eveneens een belangrijke rol hebben in het verwerken en opwerken van de biopten: er zal histologische beoordeling dienen plaats te vinden met kwaliteitscontrole van het biopt, waaronder bepaling van representativiteit en tumorpercentage. Na uitvoeren van de NGS-procedure moeten de ge-


gevens worden geanalyseerd en geïnterpreteerd door middel van bio-informatische en statistische tools, waarna terugkoppeling moet zijn naar de behandelend arts voor de te kiezen behandelingsstrategie. De kwaliteit van ‘sequencing’-resultaten is met gebruik van vers ingevroren materiaal beduidend beter dan bij gebruik van FFPE-materiaal. Voor structurele variatieanalyse (het analyseren van chromosomale afwijkingen door middel van NGS) is gebruik van vers materiaal zelfs een vereiste. Dit maakt het noodzakelijk om patiënten te onderwerpen aan een histologisch biopt van een metastase om kwalitatief goede ‘sequencing’-resultaten te verkrijgen. Tevens is het nodig om een bloedsample te verkrijgen voor het onderscheiden van somatische en niet-somatische mutaties. In Nederland worden op dit moment initiatieven ontplooid op het gebied van geïndividualiseerde kankerbehandeling door middel van NGS naar predictieve en prognostische biomarkers. Ruim 2.000 bekende kankergerelateerde genen worden hierbij gesequenced, die invloed hebben op 15 signaleringsroutes. Voor al deze signaleringsroutes zijn op dit moment nieuwe geneesmiddelen in ontwikkeling. Er zal worden gezocht naar biomarkers die voorspellend zijn voor respons op therapie en/of overleving met als toekomstperspectief patiënten te includeren in geneesmiddelenstudies op basis van het individuele mutatieprofiel van de metastase. De initiatieven zullen gefaseerd worden opgezet. In eerste instantie zullen patiënten zonder standaardbehandelingsmogelijkheden worden geïncludeerd in fase I-onderzoek, waarbij de biopten voornamelijk zullen worden gebruikt om kennis over interpretatie van ‘sequencing’-resultaten uit te breiden en de logistieke procedure te ontwikkelen. Vervolgens zal cohortonderzoek worden opgezet, waarbij zal worden gezocht naar predictieve biomarkers voor respons en naar prognostische biomarkers. In de laatste fase zullen patiënten voorafgaand aan de behandeling een biopt ondergaan, waarbij het behandelingsvoorstel wordt afgestemd op de genetische opmaak van de metastase van de individuele patiënt. Het inzetten van NGS voor geïndividualiseerde kankerbehandeling kent zowel voor- als nadelen. Het kan voor patiënten als nadelig worden ervaren dat de kans bestaat op het vinden van toevalsbevindingen in het gezonde weefsel van de patiënt (zoals een BRCA-mutatie), met een verhoogd risico op kanker bij directe familieleden. Daarnaast is 1 van de huidige


331

OVERZICHTSARTIKELEN

Aanwijzingen voor de praktijk 1.

‘Next generation sequencing’ heeft geleid tot toename van kennis over kankergerelateerde genen en aangrijpingspunten voor therapie.

2.

‘Next generation sequencing’ vereist inzet van kwalitatief goed, vers ingevroren biopsiemateriaal met een hoge DNA-opbrengst.

3.

‘Next generation sequencing’ zal worden ingezet voor het vinden van voorspellers voor respons (predictieve biomarkers) en/of overleving (prognostische biomarkers).

4.

Toekomstige oncologische zorg zal gebaseerd zijn op geïndividualiseerde kankerbehandeling aan de hand van ‘next generation sequencing’-resultaten.

uitdagingen het interpreteren van de verkregen mutatieprofielen in relatie tot de behandeling en respons. Hierbij is het tevens op dit moment onvoldoende duidelijk in hoeverre tumorheterogeniteit een rol speelt. Voor de individuele patiënt zal selectie op basis van predictieve en prognostische biomarkers uiteindelijk als voordeel hebben dat patiënten niet zullen worden blootgesteld aan toxische, ineffectieve therapieën en dat door inzet van individueel effectievere behandelingsstrategieën de levensverwachting van deze patiënten zal verbeteren. De kosten aan oncologische zorg voor de maatschappij zullen mogelijk afnemen, doordat behandelingen slechts beschikbaar komen voor patiënten die voordeel zullen hebben van de behandeling. Daarnaast kunnen kosten van zorg afnemen, doordat minder patiënten toxiciteit zullen ervaren van ineffectieve behandelingen en daarmee productief blijven voor de maatschappij. NGS zal naar verwachting leiden tot ontdekking van nieuwe kankergerelateerde genen of signaleringsroutes, met nieuwe aangrijpingspunten voor reeds bestaande ‘targeted agents’ of voor ontwikkeling van nieuwe ‘targeted agents’. Geïndividualiseerde kankerbehandeling zal daarmee leiden tot belangrijke voordelen voor zowel patiënten, samenleving als de farmaceutische industrie.

ration sequencing’ zal de inzetbaarheid van geïndividualiseerde behandeling in de oncologie vergroten. Onze verwachting is dat toekomstige kankerbehandeling dankzij dit soort ontwikkelingen op vele fronten zal verbeteren voor de individuele patiënt en voor de samenleving als geheel.

Referenties 1. Nowell PC, Hungerford DA. A minute chromosome in human chronic granulocytic leukemia. Science 1960;132:1497. 2. Kinzler KW, Vogelstein B. Lessons from hereditary colorectal cancer. Cell 1996;87:159-70. 3. Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 2011;144:646-74. 4. Greenman C, Stephens P, Smith R, Dalgliesh GL, Hunter C, Bignell G, et al. Patterns of somatic mutation in human cancer genomes. Nature 2007;446:153-8. 5. Druker BJ, Guilhot F, O’Brien SG, Gathmann I, Kantarjian H, Gattermann N, et al. Five-year follow-up of patients receiving imatinib for chronic myeloid leukemia. N Engl J Med 2006;355:2408-17. 6. Rosell R, Moran T, Queralt C, Porta R, Cardenal F, Camps C, et al. Screening for epidermal growth factor receptor mutations in lung cancer. N Engl J Med 2009;361:958-67. 7. Janne PA, Wang XF, Socinski MA, Crawford J, Capelletti M, Edelman MJ, et al. Randomized phase II trial of erlotinib alone or in combination with carboplatin/paclitaxel in never or light former smokers with advanced lung adenocarcinoma: CALGB 30406. J Clin Oncol (Meeting Abstracts)

Conclusie Samenvattend kan worden gezegd dat DNA‘sequencing’ de kennis over kankergerelateerde genen heeft vergroot en inzichten heeft geleverd in aangrijpingspunten voor gerichte behandeling. ‘Next gene-

332


2011;15s (suppl). 8. Kwak EL, Bang YJ, Camidge DR, Shaw AT, Solomon B, Maki RG, et al. Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med 2010;363:1693-703. 9. Gridelli C, Ardizzoni A, Ciardiello F, Hanna N, Heymach JV, Perrone F,


8 et al. Second-line treatment of advanced non-small cell lung cancer.

24. Fong PC, Boss DS, Yap TA, Tutt A, Wu P, Mergui-Roelvink M, et al.

J Thorac Oncol 2008;3:430-40.

Inhibition of poly(ADP-ribose) polymerase in tumors from BRCA muta-

10. Mok TS, Wu YL, Thongprasert S, Yang CH, Chu DT, Saijo N, et al.

tion carriers. N Engl J Med 2009;361:123-34.

Gefitinib or carboplatin-paclitaxel in pulmonary adenocarcinoma. N Engl

25. Parsons DW, Jones S, Zhang X, Lin JC, Leary RJ, Angenendt P, et al.

J Med 2009;361:947-57.

An integrated genomic analysis of human glioblastoma multiforme.

11. Di Maio M, Chiodini P, Georgoulias V, Hatzidaki D, Takeda K, Wach-

Science 2008;321:1807-12.

ters FM, et al. Meta-analysis of single-agent chemotherapy compared

26. Jones S, Zhang X, Parsons DW, Lin JC, Leary RJ, Angenendt P,

with combination chemotherapy as second-line treatment of advanced

et al. Core signaling pathways in human pancreatic cancers revealed by

non-small-cell lung cancer. J Clin Oncol 2009;27:1836-43.

global genomic analyses. Science 2008;321:1801-6.

12. Wong DW, Leung EL, So KK, Tam IY, Sihoe AD, Cheng LC, et al. The

27. Maxam AM, Gilbert W. A new method for sequencing DNA. Proc

EML4-ALK fusion gene is involved in various histologic types of lung

Natl Acad Sci USA 1977;74:560-4.

cancers from nonsmokers with wild-type EGFR and KRAS. Cancer

28. Sanger F, Nicklen S, Coulson AR. DNA sequencing with chain-

2009;115:1723-33.

terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA 1977;74:5463-7.

13. Shaw AT, Yeap BY, Mino-Kenudson M, Digumarthy SR, Costa DB,

29. Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J,

Heist RS, et al. Clinical features and outcome of patients with non-

et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature

small-cell lung cancer who harbor EML4-ALK. J Clin Oncol 2009;27:

2001;409:860-921.

4247-53.

30. Margulies M, Egholm M, Altman WE, Attiya S, Bader JS, Bemben LA,

14. Davies H, Bignell GR, Cox C, Stephens P, Edkins S, Clegg S, et al.

et al. Genome sequencing in microfabricated high-density picolitre

Mutations of the BRAF gene in human cancer. Nature 2002;417:949-54.

reactors. Nature 2005;437:376-80.

15. Curtin JA, Fridlyand J, Kageshita T, Patel HN, Busam KJ, Kutzner H,

31. Meyerson M, Gabriel S, Getz G. Advances in understanding cancer

et al. Distinct sets of genetic alterations in melanoma. N Engl J Med

genomes through second-generation sequencing. Nat Rev Genet 2010;

2005;353:2135-47.

11:685-96.

16. Chapman PB, Hauschild A, Robert C, Haanen JB, Ascierto P, Larkin J,

32. Ley TJ, Mardis ER, Ding L, Fulton B, McLellan MD, Chen K, et al.

et al. Improved survival with vemurafenib in melanoma with BRAF

DNA sequencing of a cytogenetically normal acute myeloid leukaemia

V600E mutation. N Engl J Med 2011;364:2507-16.

genome. Nature 2008;456:66-72.

17. Van Oosterom AT, Judson IR, Verweij J, Stroobants S, Dumez H, Di

33. Pleasance ED, Cheetham RK, Stephens PJ, McBride DJ, Humphray SJ,

Donato PE, et al. Update of phase I study of imatinib (STI571) in advanced

Greenman CD, et al. A comprehensive catalogue of somatic mutations

soft tissue sarcomas and gastrointestinal stromal tumors: a report of

from a human cancer genome. Nature 2010;463:191-6.

the EORTC Soft Tissue and Bone Sarcoma Group. Eur J Cancer 2002;

34. Ceol CJ, Houvras Y, Jane-Valbuena J, Bilodeau S, Orlando DA,

38 (Suppl 5):S83-7.

Battisti V, et al. The histone methyltransferase SETDB1 is recurrently

18. Lux ML, Rubin BP, Biase TL, Chen CJ, Maclure T, Demetri G, et al.

amplified in melanoma and accelerates its onset. Nature 2011;471:513-7.

KIT extracellular and kinase domain mutations in gastrointestinal stromal

35. Wei X, Walia V, Lin JC, Teer JK, Prickett TD, Gartner J, et al. Exome

tumors. Am J Pathol 2000;156:791-5.

sequencing identifies GRIN2A as frequently mutated in melanoma. Nat

19. Bang YJ, Van Cutsem E, Feyereislova A, Chung HC, Shen L,

Genet 2011;43:442-6.

Sawaki A, et al. Trastuzumab in combination with chemotherapy versus

36. Lin B, Madan A, Yoon JG, Fang X, Yan X, Kim TK, et al. Massively

chemotherapy alone for treatment of HER2-positive advanced gastric

parallel signature sequencing and bioinformatics analysis identifies up-

or gastro-oesophageal junction cancer (ToGA): a phase 3, open-label,

regulation of TGFBI and SOX4 in human glioblastoma. PLoS One

randomised controlled trial. Lancet 2010;376:687-97.

2010;5:e10210.

20. Tiacci E, Trifonov V, Schiavoni G, Holmes A, Kern W, Martelli MP,

37. Mardis ER, Ding L, Dooling DJ, Larson DE, McLellan MD, Chen K,

et al. BRAF mutations in hairy-cell leukemia. N Engl J Med 2011;364:

et al. Recurring mutations found by sequencing an acute myeloid

2305-15.

leukemia genome. N Engl J Med 2009;361:1058-66.

21. Miyamoto S, Fukami T, Yagi H, Kuroki M, Yotsumoto F. Potential for

38. Leary RJ, Lin JC, Cummins J, Boca S, Wood LD, Parsons DW, et al.

molecularly targeted therapy against epidermal growth factor receptor

Integrated analysis of homozygous deletions, focal amplifications, and

ligands. Anticancer Res 2009;29:823-30.

sequence alterations in breast and colorectal cancers. Proc Natl Acad

22. Peeters M, Price T, Van Laethem JL. Anti-epidermal growth factor

Sci USA 2008;105:16224-9.

receptor monotherapy in the treatment of metastatic colorectal cancer:

39. Wood LD, Parsons DW, Jones S, Lin J, Sjoblom T, Leary RJ, et al.

where are we today? Oncologist 2009;14:29-39.

The genomic landscapes of human breast and colorectal cancers.

23. Shankaran V, Obel J, Benson AB, III. Predicting response to EGFR

Science 2007;318:1108-13.

inhibitors in metastatic colorectal cancer: current practice and future

40. Dalgliesh GL, Furge K, Greenman C, Chen L, Bignell G, Butler A, et al.

directions. Oncologist 2010;15:157-67.

Systematic sequencing of renal carcinoma reveals inactivation of his-



333

OVERZICHTSARTIKELEN

tone modifying genes. Nature 2010;463:360-3.

cordance of predictive markers for EGFR inhibitors in primary tumors and

41. Taylor BS, Schultz N, Hieronymus H, Gopalan A, Xiao Y, Carver BS,

metastases in colorectal cancer: a review. Oncologist 2011;16:1239-49.

et al. Integrative genomic profiling of human prostate cancer. Cancer

46. Shah SP, Morin RD, Khattra J, Prentice L, Pugh T, Burleigh A, et al.

Cell 2010;18:11-22.

Mutational evolution in a lobular breast tumour profiled at single nucleotide

42. Lee W, Jiang Z, Liu J, Haverty PM, Guan Y, Stinson J, et al. The

resolution. Nature 2009;461:809-13.

mutation spectrum revealed by paired genome sequences from a lung

47. Yachida S, Jones S, Bozic I, Antal T, Leary R, Fu B, et al. Distant

cancer patient. Nature 2010;465:473-7.

metastasis occurs late during the genetic evolution of pancreatic cancer.

43. Pleasance ED, Stephens PJ, O’Meara S, McBride DJ, Meynert A,

Nature 2010;467:1114-7.

Jones D, et al. A small-cell lung cancer genome with complex signatures

48. Campbell PJ, Yachida S, Mudie LJ, Stephens PJ, Pleasance ED,

of tobacco exposure. Nature 2010;463:184-90.

Stebbings LA, et al. The patterns and dynamics of genomic instability in

44. Ding L, Ellis MJ, Li S, Larson DE, Chen K, Wallis JW, et al. Genome

metastatic pancreatic cancer. Nature 2010;467:1109-1.

remodelling in a basal-like breast cancer metastasis and xenograft. Nature 2010;464:999-1005.

Ontvangen 3 augustus 2011, geaccepteerd 11 oktober 2011.

45. Baas JM, Krens LL, Guchelaar HJ, Morreau H, Gelderblom H. Con-

334



Van DNA-afwijkingen tot therapie: selectie voor geïndividualiseerde kankerbehandeling

Recommend Documents