2017 Genomics and precision medicine

Genomics en Precision Medicine
Toepassingen in huidige en toekomstige
behandelingen
Annuska Schoorlemmer, Verpleegkundig Specialist, AMC, Amsterdam
Disclosure belangen spreker
(potentiële) Belangenverstrengeling
Geen / Zie hieronder
Voor bijeenkomst mogelijk relevante
relaties met bedrijven1
 Sponsoring of onderzoeksgeld2
Honorarium of andere (financiële)
vergoeding3
Aandeelhouder4
Andere relatie, namelijk …5
Bedrijfsnamen
-
-
1
Voorbereiding
Doelstelling
1. Kennis begrippen genomics
2. Belang kennis gen mutaties
3. Ontwikkelingen genomics en precision
medication
4. Toekomst
Basis begrippen
• Genomics: bestudeert grote segmenten van gehele
genetisch materiaal, zowel van functionele genen
als niet functionele genen
• Gen: specifiek DNA volgorde (sequence) op een
enkele chromosoom
• Genetica: bestudeert de afzonderlijke gen en zijn
rol in erfelijkheid.
Ontstaan kanker
Kanker is ziekte van DNA
Oorzaak:
Afwijkingen (mutaties)in DNA die leiden tot
afwijkingen (activatie, overexpressie, inactivatie,
afwezigheid) in eiwitten
Hallmarks of cancer: 2011
Klinisch belang DNA mutaties
• Bepalen targets voor medicatie
• Bepalen juiste patiënt voor juiste medicijn
– Genotype naar Phenotype:
Targets gevonden door retrospectief cohorts te
karakteriseren op basis van tumor en cell lines
– Phenotype naar Genotype:
Kunnen we de genetische basis vinden voor zeldzame
goede klinische responsen?
Kan dit trials genereren in subpopulaties?
Geschiedenis Genomics
DNA sequencing sensors: an overview Garrido-cardenas JA, 2017.
Next Generation Sequencing
Voorbeelden
Comparison of the different sequencing platforms.
Platform
Read Length
(bp)
Accuracy
(%)
Run Time
Bases Per
Run (Gb)
Cost/Gb
454 Roche
1000
99
24 h
0.54
$10,000
SOLiD
75
99.9
7d
520
$10
Illumina
300
99.9
3d
1800
$10
Ion Torrent
400
99
2h
15
$100
Pacific
Bioscence
20,000
90
3h
12,000
$600
Oxford
Nanopore
10,000
90
2d
42
$1000
bp, base pairs; Gb, gigabase pairs; h, hours; d, days.
DNA sequencing sensors: an overview Garrido-cardenas JA, 2017.
Precision medication
Vb. genmutaties
Vb. target behandelingen
N. Versteegh. CPCT-02 biopsy protocol, 2016.
Dramatische response op PLX4032 (vemurafenib) in
patiënten met advanced V600E BRAF mutatie melanoom
PreTx
PreTx
15 days
2 months
Flaherty et al., NEJM, 2010; Chapman et al., NEJM, 2011
Respons op everolimus in MSKCC
IRB protocol 08-123.
•
73-jarige vrouw met gemetastaseerd blaaskanker.
•
Bereikte een complete response op everolimus (mTORC1 inhibitor) in MSKCC protocol 08-123.
•
De patiente bleef op medicatie ziektevrij tot 24 maanden na start behandeling.
•
Deze vrouw was een van de 2 patienten die reageerde op de behandeling van de in totaal 45
patienten.
Pre-Treatment
3 month interval
6 month interval
18 month interval
January 2010
April 2010
July 2010
July 2011
Waarom reageerde deze patient zo dramatisch goed op mTORC1
remmer?
Kanker genoom
• 17,000+ somatische mutaties
• 140 NS coderende mutaties
NF2
C.
x
22
20
21
A.
RTK (Kit, EGFR)
1
19
18
PIK3CA
17
16
2
AKT
15
14
3
13
4
12
11
10
5
Suggestion: Co-mutation heatmap (all samples sequenced on
capture assay),
mutants
TSC1/2 TSC1NF2
plus clinical trial samples, and all
mutant genes observed in 2 or
Everolimus
mTORC1
more samples,
one-way clustering of genes (samples grouped
based on TSC1 status)
er
04
8S
8
4
27
36*
fs
*
36 11
fs
*
01
fs
*
85
*
5*
9
TS
C1
6
7
B.
Iyer et al., Science, 2012
Gebruik van gehele genoom analyse bij
medicatie met een lage respons
Whole genome outlier analysis identifies concurrent TSC1/N
6 month interval
patient with a complete
A. response to the mTORC1 inhibit
C.
NF2
22
20
21
x
Pre-Treatment
18
1
19
17
16
2
15
14
3
July 2010
4
12
70 yo with metastatic urothelial cancer with a
11
5
19+ month complete response
Phase II everolimus trial
Bladder cancer
MSKCC IRB 08-123
No pre-selections
6
9
Pr
o1
04
8S
er
ys
40
1f
s*
G
l
4
Len52
u5 7*
3
G 6fs
lu
63 *11
6f
s*
C
G
ln
55
*
Ty
r1
85
*
B.
TSC1
7
8
January 2010
10
• 2/45 responders.
• 1 with an ongoing durable CR of 22
mos
13
TS
C1
Phase 2 trial of everolimus in an
unselected population.
1164
Hamartin
Planned second Phase II everolimus
trial in patients with bladderFrozen
cancer.
Tumor
- Restricted to patients with
TSC1
Y185*
(G>C)
445/1081 reads
mutations
- Correlate with response with the
presence of other comutations
Se
r
Repeat Phase 2 trial of
everolimus in which study entry
is restricted to patients with
TSC1/2 and/or NF2
mutant/deleted pts
28
8*
Coiled-coiled
x
FERM-central
NF2
FERM-N
ERM
595
FERM-C
fl/fl Coiled-coiled
UPII Cre, NF2
UPII Cre, TSC1fl/fl
6
Paraffin Sample
Y185* (G>C)
131/344 reads
6UPII Cre, TSC1fl/fl, NF2fl/fl
Normal Tissue
Y185* (G>C)
0/187 reads
Iyer/Berger/Taylor/Solit
Gevolgen moleculaire profilering
1. Focus op precision medicatie: subsidies, onderzoek
2. Target medicatie toepasbaar op meerdere
tumorsoorten
3. Onderzoek vertalen naar kliniek
MSKCC Center for
Molecular Oncology Profiling Initiative
Primaire Doel – Definiëren van de moleculaire driver in iedere patiënt met
gemetastaseerde ziekte.
Secondair Doel – Identificeren van kiembaan variaties welke bijdragen aan
ontstaan van kanker.
Grootste obstakel: Genotypering is alleen “standard of care” voor geselecteerde
solide tumoren (Long, Colorectal, Melanoom, GIST, Thyroid, Diffuus Glioma).
MSKCC Plan: Gratis IMPACT (468 genes) testen in een groot cohort van patiënten
voor elk geregistreede kanker type. Hiermee worden kosten laag gehouden.
Resultaten worden gedocumenteerd in patiëntendossier.
Patiënten worden geïncludeerd in IRB 12-245. Bij inclusie wordt informed
consent verkregen voor: IMPACT, whole exome/genome/etc detectie, bekijken
kiembaan, teruggave uitslag aan patiënt.
MSK-IMPACT
Integrated Mutation Profiling of Actionable Cancer Targets
DNA van FFPE Tumor
en Normale cellen
DNA verzamelen van
468 cancer genes*
Next-gen Sequencing
(500 - 1000 x)
Align to genome
and analyze
Won et al., Journal of Visualized Experiments, Oct 2013
Cheng, Mitchell, Zehir, Shah, Benayed, et al., J Mol Diagn, March 2015
* Versie 3 –September 2016
Analyses alle bekende kanker genen
ABL1
AKT1
AKT2
AKT3
ALK
ALOX12B
APC
AR
ARAF
ARID1A
ARID1B
ARID2
ARID5B
ASXL1
ASXL2
ATM
ATR
ATRX
AURKA
AURKB
AXIN1
AXIN2
AXL
B2M
BAP1
BARD1
BBC3
BCL2
BCL2L1
BCL2L11
BCL6
BCOR
BLM
BMPR1A
BRAF
BRCA1
BRCA2
BRD4
BRIP1
BTK
CARD11
CASP8
CBFB
CBL
CCND1
CCND2
CCND3
CCNE1
CD274
CD276
CD79B
CDC73
CDH1
CDK12
CDK4
CDK6
CDK8
CDKN1A
CDKN1B
CDKN2A
CDKN2B
CDKN2C
CHEK1
CHEK2
CIC
CREBBP
CRKL
CRLF2
CSF1R
CTCF
CTLA4
CTNNB1
CUL3
DAXX
DCUN1D1
DDR2
DICER1
DIS3
DNMT1
DNMT3A
DNMT3B
DOT1L
E2F3
EED
EGFL7
EGFR
EIF1AX
EP300
EPCAM
EPHA3
EPHA5
EPHB1
ERBB2
ERBB3
ERBB4
ERCC2
ERCC3
ERCC4
ERCC5
ERG
ESR1
ETV1
ETV6
EZH2
FAM123B
FAM175A
FAM46C
FANCA
FANCC
FAT1
FBXW7
FGF19
FGF3
FGF4
FGFR1
FGFR2
FGFR3
FGFR4
FH
FLCN
FLT1
FLT3
FLT4
FOXA1
FOXL2
FOXP1
FUBP1
GATA1
GATA2
GATA3
GNA11
GNAQ
GNAS
GREM1
GRIN2A
GSK3B
H3F3C
HGF
HIST1H1C
HIST1H2BD
HIST1H3B
HNF1A
HRAS
ICOSLG
IDH1
IDH2
IFNGR1
IGF1
IGF1R
IGF2
IKBKE
IKZF1
IL10
IL7R
INPP4A
INPP4B
INSR
IRF4
IRS1
IRS2
JAK1
JAK2
JAK3
JUN
KDM5A
KDM5C
KDM6A
KDR
KEAP1
KIT
KLF4
KRAS
LATS1
LATS2
LMO1
MAP2K1
MAP2K2
MAP2K4
MAP3K1
MAP3K13
MAPK1
MAX
MCL1
MDC1
MDM2
MDM4
MED12
MEF2B
MEN1
MET
MITF
MLH1
MLL
MLL2
MLL3
MPL
MRE11A
MSH2
MSH6
MTOR
MUTYH
MYC
MYCL1
MYCN
MYD88
MYOD1
NBN
NCOR1
NF1
NF2
NFE2L2
NKX2-1
NKX3-1
NOTCH1
NOTCH2
NOTCH3
NOTCH4
NPM1
NRAS
NSD1
NTRK1
NTRK2
NTRK3
PAK1
PAK7
PALB2
PARK2
PARP1
PAX5
PBRM1
PDCD1
PDGFRA
PDGFRB
PDPK1
PHOX2B
PIK3C2G
PIK3C3
PIK3CA
PIK3CB
PIK3CD
PIK3CG
PIK3R1
PIK3R2
PIK3R3
PIM1
PLK2
PMAIP1
PMS1
PMS2
PNRC1
POLE
PPP2R1A
PRDM1
PRKAR1A
PTCH1
PTEN
PTPN11
PTPRD
PTPRS
PTPRT
RAC1
RAD50
RAD51
RAD51C
RAD51L1
RAD51L3
RAD52
RAD54L
RAF1
RARA
RASA1
RB1
RBM10
RECQL4
REL
RET
RFWD2
RHOA
RICTOR
RIT1
RNF43
ROS1
RPS6KA4
RPS6KB2
RPTOR
RUNX1
RYBP
SDHA
SDHAF2
SDHB
SDHC
SDHD
SETD2
SF3B1
SH2D1A
SHQ1
SMAD2
SMAD3
SMAD4
SMARCA4
SMARCB1
SMARCD1
SMO
SOCS1
SOX17
SOX2
SOX9
SPEN
SPOP
SRC
STAG2
STK11
STK40
SUFU
SUZ12
SYK
TBX3
TERT
TET1
TET2
TGFBR1
TGFBR2
TMEM127
TMPRSS2
TNFAIP3
TNFRSF14
TOP1
TP53
TP63
TRAF7
TSC1
TSC2
TSHR
U2AF1
VHL
VTCN1
WT1
XIAP
XPO1
YAP1
YES1
ACVR1
ANKRD11
BCL10
BIRC3
CALR
CD79A
CEBPA
CENPA
CSF3R
CXCR4
DNAJB1
EIF4A2
EIF4E
EPHA7
ERRFI1
FOXO1
FYN
GLI1
GPS2
H3F3A
H3F3B
HIST1H3A
HIST1H3C
HIST1H3D
HIST1H3E
HIST1H3F
HIST1H3G
HIST1H3H
HIST1H3I
HIST1H3J
HIST2H3C
HIST2H3D
HIST3H3
HLA-A
HOXB13
ID3
INHA
INHBA
MALT1
MAP3K14
MAPK3
MGA
MST1
MST1R
NCOA3
NEGR1
NFKBIA
NUP93
PGR
PLCG2
POLD1
PPM1D
PPP6C
RAB35
RAD21
RHEB
SH2B3
SRSF2
STAT3
STAT5A
STAT5B
TCEB1
TCF3
TCF7L2
TRAF2
VEGFA
XRCC2
ZFHX3
ZRSR2
AGO2
BABAM1
CARM1
CDC42
CSDE1
CYLD
CYSLTR2
DROSHA
DUSP4
ELF3
EPAS1
ERF
EZH1
FAM58A
HLA-B
INPPL1
KMT2B
KMT5A
KNSTRN
LYN
MAPKAP1
MSH3
MSI1
MSI2
NTHL1
NUF2
PDCD1LG2
PPARG
PPP4R2
PRDM14
PREX2
PRKCI
PRKD1
PTP4A1
RAC2
RECQL
RRAGC
RRAS
RRAS2
RTEL1
RXRA
SESN1
SESN2
SESN3
SHOC2
SLX4
SMYD3
SOS1
SPRED1
STK19
TAP1
TAP2
TEK
TP53BP1
UPF1
WHSC1
WHSC1L1
WWTR1
14,009 cases: 341 genes (n=2,894), 410 genes (n=9,880), 468 genes (n=1,235)
MSK-IMPACT inclusie
Gemiddeld 150 cases per week over het afgelopen jaar
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Number of Sequenced Clinical Samples
n=16104
Patient-Level Data in cBioPortal
Clinical Data
Ontvangen therapie
Long kanker
Neratinib Basket Study
Schema
HER2
Mutation
Identified
Bladder
Cancer
Colon
Cancer
Endometrial
Cancer
Gastric
Cancer
HER3
Mutation
Identified
Ovarian
Cancer
Breast
Cancer
Other
All Solid
Tumors
Treatment with Neratinib
until progression or intolerable side effects
Primary Endpoint: Overall response rate (at 8
weeks)
Secondary Endpoints: PFS, OS
EGFR
Mutation
Identified
Primary Brain
Tumor
HER2 non-amplified,
V777L Breast Cancer
July 2014
Sept 2014
Almost all patients with V777L ERBB2 mutations are unaware that
they have this mutation as ERBB2 mutational testing is not SOC.
Uitdagingen
• Belangrijkste kritiek van hulpverleners: Je faalt
patiënten te identificeren die mogelijk goed gaan
reageren.
• Zeer lastig om meerdere tumorwerkgroepen samen te
laten werken.
• Primaire drempel: Identificeren van patiënten blijft een
uitdaging.
Het screening protocol moet gescheiden zijn
van behandel protocol
What’s next?
• Identificatie van mutaties
• Kanker met onbekende oorzaak
• Make an IMPACT
• cell free DNA
• Identificatie kiembaanlijnen
• Profilering van vroeg stadium patiënten
“Cancer of Unknown Driver” Initiative
Adrenocortical Carcinoma
1) MSK-IMPACT: 0 mutations
2) Whole exome: 27 mutations
ZNRF3: E3 ubiquitin ligase;
negative regulator of Wnt/βcatenin
Niedzica Camacho
“Make an IMPACT”
initiative
• Gratis aanbod MSK-IMPACT test voor patiënten in
de wereld met zeldzame tumortypen.
• Doelen zijn;
1. Definïeren moleculaire landschap van zeldzame
kankers welke nog nauwelijks zijn onderzocht.
2. Versnellen instroom patiënten met zeldzame
ziekten in veel belovende moleculaire targeted
clinical trials van zeldzame ziekten.
Patiënt met secretory mammary
carcinoma behandeld with Loxo-101
Patient with secretory mammary
carcinoma treated with Loxo-101
Pre-treatment
3 weeks
David Hyman, Alex Drilon, Neerav Shukla
Analyse van circulerend tumor
DNA uit plasma
Bloed monster
DNA extractie
monster
verdeling
Vermeerder
DNA
Uitkomst
Plasma
XXX kopieën / μL
Rode
bloed
cellen
Filtreren om DNA te
isoleren
DNA fragments van maligne
cellen (red) worden
gescheiden van normaal
DNA (blue) en geanalyseerd
door NGS of ddPCR
Monster verdeeld in veel
verschillende reacties
Positieve reacties
Negatieve reacties
Approval ID: NL-1227; Approval date: 02-03-2019; Expiry date: 02-03-2019
cfDNA als tumor mutatie
profiel
plasma
tumors
Voordelen boven biopt:
- Minder invasief
- Lagere kosten
- Biopt niet altijd beschikbaar
- Relatieve timing tot start therapie
- Vangt kanker heterogeniteit
Grootste uitdaging:
- Tumor fractie typisch laag
Testen op tumor biopten en plasma (ctDNA) zijn complementair
1
Testen op plasma (ctDNA)
2
Testen op tumor weefsel
Belangrijke overwegingen
Belangrijke overwegingen
• Minimaal invasieve bloed afname
bijna altijd mogelijk
• Invasief, sommige patiënten
komen niet in aanmerking voor
een biopt bij progressie3
• Niet alle tumoren geven genoeg
DNA af om te detecteren in het
plasma1
• Gevoeligheid voor mutatie
detectie varieert significant per
technologie2
30-40%+ kans op een
vals negatieve uitslag
afhankelijk van de
gebruikte test.
• Technische complicaties3,4:
• Locatie van de lesie
• Biopt volume
• DNA kwaliteit
• Door heterogeniteit komen
mutaties alleen voor in sommige
metastasen of sommige delen van
de tumor5-7.
Metastase 1
1. Schwaederle M et al. 2016 Oncotarget. 34:3375-3382. 2. Thress KS, et al. Lung Cancer.
2015;90:509-515. 3. Chouaid et al. Lung Cancer 2014 PMID 25214431 4. Ellison et al. JCP 2013 PMID
23172555 5. Oxnard GR, Thress KS, Alden RS, et al. 2016 JCO 34:3375-3382. 6. Redig AJ et al.
2015 JCO 33:975-978. 7. Karlovich C et al. 2016 CCR. 22:2386-2395.
Approval ID: NL-1227; Approval date: 02-03-2019; Expiry date: 02-03-2019
Metastase 2
Tumor heterogeniteit
kanT790M identificatie
beïnvloeden
Cancer of Unknown Primary
Plasma sample transferred to
CMO for cfDNA analysis
Blood drawn for
cfDNA project
Dx OSH
Needle Bx – favor GCT
Impact on OSH
FNA failed
cfDNA analysis
Shows EML4-ALK fusion
Died
Liver Bx
3 mos later
Suggests AdenoCA
EML4-ALK
fusion
Ontwikkelingen NL
• CPCT landelijk biobanking tumoren voor
DNA onderzoek (2010)
• Gemetastaseerde ziekte: genprofielen in
kaart brengen
• Testen logistiek
Ontwikkelingen (2)
• Inzet liquid biopsy
• Genprofiel pancreascarcinoom met >200
mutaties ontwikkelen nieuwe target
medicatie
• Genetische classificatie van grote aantallen
patiënten om subgroepen te identificeren
gerelateerd aan prognose en respons op
therapie
Conclusie
• Next generation sequencing methode zorgt voor een
efficiënte karakterisatie van honderden genmutaties, welke
geassocieerd zijn met kanker en kunnen voorspellen voor
respons medicatie en erfelijkheid.
• Genomic karakterisatie is nu standard-of-care voor sommige
tumortypen
• De optimale methode blijft onduidelijk en huidige methoden
worden beperkt door kosten, kwaliteit issues en tijd van
analyse.
• Nieuwe trial opzet zoals Basket trials zorgen voor sneller
toegang tot medicatie.
• Nieuwe cell free methodes gaan het veld verder ontwikkelen.
Referenties
• Hyman D, Solit, D, Arcilla ME, et al. Precision medicine at Memorial Sloan Kettering Cancer Center: clinical next-generation
sequencing enabling netx-generation targeted therapy trials. Elsevier, Drug discovery today. Vol 20, Nr 12, 2015.
• Hannahan D, Weinberg R. The Hallmarks of Cancer. Cell. Vol 100, 57-70, jan 7, 2000.
• DNA sequencing sensors: an overview Garrido-cardenas JA, 2017.
• N. Versteegh. CPCT-02 biopsy protocol, CPCT, 2016.
• Solit D. Presentation ONS congress, Denver 2017