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 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 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) 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: c.g.m.vanhooijdonk-3@umcutrecht.nl 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

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. 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 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 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 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 HER2- amplificatie 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- 328

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 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 330

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 gegevens 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. 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 generation 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) 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, 332

8 et al. Second-line treatment of advanced non-small cell lung cancer. J Thorac Oncol 2008;3:430-40. 10. Mok TS, Wu YL, Thongprasert S, Yang CH, Chu DT, Saijo N, et al. Gefitinib or carboplatin-paclitaxel in pulmonary adenocarcinoma. N Engl J Med 2009;361:947-57. 11. Di Maio M, Chiodini P, Georgoulias V, Hatzidaki D, Takeda K, Wachters FM, et al. Meta-analysis of single-agent chemotherapy compared with combination chemotherapy as second-line treatment of advanced non-small-cell lung cancer. J Clin Oncol 2009;27:1836-43. 12. Wong DW, Leung EL, So KK, Tam IY, Sihoe AD, Cheng LC, et al. The EML4-ALK fusion gene is involved in various histologic types of lung cancers from nonsmokers with wild-type EGFR and KRAS. Cancer 2009;115:1723-33. 13. Shaw AT, Yeap BY, Mino-Kenudson M, Digumarthy SR, Costa DB, Heist RS, et al. Clinical features and outcome of patients with nonsmall-cell lung cancer who harbor EML4-ALK. J Clin Oncol 2009;27: 4247-53. 14. Davies H, Bignell GR, Cox C, Stephens P, Edkins S, Clegg S, et al. Mutations of the BRAF gene in human cancer. Nature 2002;417:949-54. 15. Curtin JA, Fridlyand J, Kageshita T, Patel HN, Busam KJ, Kutzner H, et al. Distinct sets of genetic alterations in melanoma. N Engl J Med 2005;353:2135-47. 16. Chapman PB, Hauschild A, Robert C, Haanen JB, Ascierto P, Larkin J, et al. Improved survival with vemurafenib in melanoma with BRAF V600E mutation. N Engl J Med 2011;364:2507-16. 17. Van Oosterom AT, Judson IR, Verweij J, Stroobants S, Dumez H, Di Donato PE, et al. Update of phase I study of imatinib (STI571) in advanced soft tissue sarcomas and gastrointestinal stromal tumors: a report of the EORTC Soft Tissue and Bone Sarcoma Group. Eur J Cancer 2002; 38 (Suppl 5):S83-7. 18. Lux ML, Rubin BP, Biase TL, Chen CJ, Maclure T, Demetri G, et al. KIT extracellular and kinase domain mutations in gastrointestinal stromal tumors. Am J Pathol 2000;156:791-5. 19. Bang YJ, Van Cutsem E, Feyereislova A, Chung HC, Shen L, Sawaki A, et al. Trastuzumab in combination with chemotherapy versus chemotherapy alone for treatment of HER2-positive advanced gastric or gastro-oesophageal junction cancer (ToGA): a phase 3, open-label, randomised controlled trial. Lancet 2010;376:687-97. 20. Tiacci E, Trifonov V, Schiavoni G, Holmes A, Kern W, Martelli MP, et al. BRAF mutations in hairy-cell leukemia. N Engl J Med 2011;364: 2305-15. 21. Miyamoto S, Fukami T, Yagi H, Kuroki M, Yotsumoto F. Potential for molecularly targeted therapy against epidermal growth factor receptor ligands. Anticancer Res 2009;29:823-30. 22. Peeters M, Price T, Van Laethem JL. Anti-epidermal growth factor receptor monotherapy in the treatment of metastatic colorectal cancer: where are we today? Oncologist 2009;14:29-39. 23. Shankaran V, Obel J, Benson AB, III. Predicting response to EGFR inhibitors in metastatic colorectal cancer: current practice and future directions. Oncologist 2010;15:157-67. 24. Fong PC, Boss DS, Yap TA, Tutt A, Wu P, Mergui-Roelvink M, et al. Inhibition of poly(adp-ribose) polymerase in tumors from BRCA mutation carriers. N Engl J Med 2009;361:123-34. 25. Parsons DW, Jones S, Zhang X, Lin JC, Leary RJ, Angenendt P, et al. An integrated genomic analysis of human glioblastoma multiforme. Science 2008;321:1807-12. 26. Jones S, Zhang X, Parsons DW, Lin JC, Leary RJ, Angenendt P, et al. Core signaling pathways in human pancreatic cancers revealed by global genomic analyses. Science 2008;321:1801-6. 27. Maxam AM, Gilbert W. A new method for sequencing DNA. Proc Natl Acad Sci USA 1977;74:560-4. 28. Sanger F, Nicklen S, Coulson AR. DNA sequencing with chainterminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA 1977;74:5463-7. 29. Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 2001;409:860-921. 30. Margulies M, Egholm M, Altman WE, Attiya S, Bader JS, Bemben LA, et al. Genome sequencing in microfabricated high-density picolitre reactors. Nature 2005;437:376-80. 31. Meyerson M, Gabriel S, Getz G. Advances in understanding cancer genomes through second-generation sequencing. Nat Rev Genet 2010; 11:685-96. 32. Ley TJ, Mardis ER, Ding L, Fulton B, McLellan MD, Chen K, et al. DNA sequencing of a cytogenetically normal acute myeloid leukaemia genome. Nature 2008;456:66-72. 33. Pleasance ED, Cheetham RK, Stephens PJ, McBride DJ, Humphray SJ, Greenman CD, et al. A comprehensive catalogue of somatic mutations from a human cancer genome. Nature 2010;463:191-6. 34. Ceol CJ, Houvras Y, Jane-Valbuena J, Bilodeau S, Orlando DA, Battisti V, et al. The histone methyltransferase SETDB1 is recurrently amplified in melanoma and accelerates its onset. Nature 2011;471:513-7. 35. Wei X, Walia V, Lin JC, Teer JK, Prickett TD, Gartner J, et al. Exome sequencing identifies GRIN2A as frequently mutated in melanoma. Nat Genet 2011;43:442-6. 36. Lin B, Madan A, Yoon JG, Fang X, Yan X, Kim TK, et al. Massively parallel signature sequencing and bioinformatics analysis identifies upregulation of TGFBI and SOX4 in human glioblastoma. PLoS One 2010;5:e10210. 37. Mardis ER, Ding L, Dooling DJ, Larson DE, McLellan MD, Chen K, et al. Recurring mutations found by sequencing an acute myeloid leukemia genome. N Engl J Med 2009;361:1058-66. 38. Leary RJ, Lin JC, Cummins J, Boca S, Wood LD, Parsons DW, et al. Integrated analysis of homozygous deletions, focal amplifications, and sequence alterations in breast and colorectal cancers. Proc Natl Acad Sci USA 2008;105:16224-9. 39. Wood LD, Parsons DW, Jones S, Lin J, Sjoblom T, Leary RJ, et al. The genomic landscapes of human breast and colorectal cancers. Science 2007;318:1108-13. 40. Dalgliesh GL, Furge K, Greenman C, Chen L, Bignell G, Butler A, et al. Systematic sequencing of renal carcinoma reveals inactivation of his- 333

OVERZICHTSARTIKELEN tone modifying genes. Nature 2010;463:360-3. 41. Taylor BS, Schultz N, Hieronymus H, Gopalan A, Xiao Y, Carver BS, et al. Integrative genomic profiling of human prostate cancer. Cancer Cell 2010;18:11-22. 42. Lee W, Jiang Z, Liu J, Haverty PM, Guan Y, Stinson J, et al. The mutation spectrum revealed by paired genome sequences from a lung cancer patient. Nature 2010;465:473-7. 43. Pleasance ED, Stephens PJ, O Meara S, McBride DJ, Meynert A, Jones D, et al. A small-cell lung cancer genome with complex signatures of tobacco exposure. Nature 2010;463:184-90. 44. Ding L, Ellis MJ, Li S, Larson DE, Chen K, Wallis JW, et al. Genome remodelling in a basal-like breast cancer metastasis and xenograft. Nature 2010;464:999-1005. 45. Baas JM, Krens LL, Guchelaar HJ, Morreau H, Gelderblom H. Concordance of predictive markers for EGFR inhibitors in primary tumors and metastases in colorectal cancer: a review. Oncologist 2011;16:1239-49. 46. Shah SP, Morin RD, Khattra J, Prentice L, Pugh T, Burleigh A, et al. Mutational evolution in a lobular breast tumour profiled at single nucleotide resolution. Nature 2009;461:809-13. 47. Yachida S, Jones S, Bozic I, Antal T, Leary R, Fu B, et al. Distant metastasis occurs late during the genetic evolution of pancreatic cancer. Nature 2010;467:1114-7. 48. Campbell PJ, Yachida S, Mudie LJ, Stephens PJ, Pleasance ED, Stebbings LA, et al. The patterns and dynamics of genomic instability in metastatic pancreatic cancer. Nature 2010;467:1109-1. Ontvangen 3 augustus 2011, geaccepteerd 11 oktober 2011. 334