Van DNA-afwijkingen tot therapie: selectie voor geïndividualiseerde

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
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
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.
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
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-
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
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-
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
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
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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-
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
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
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
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,
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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-
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011
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
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie
Jaargang 8 - nr. 8 - 2011