Molekulargenetik Mammakarzinom

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1 Molekulargenetik Mammakarzinom Andreas Günthert Neue Frauenklinik Luzern

2 Tradition Innovation TNM-System Mikroskopie Molekularbiologie Tumorgrösse bzw. histologischer Typ Infiltration Haut Grading intrinsic subtypes und/oder Rezeptorstatus EGF-R Thoraxwand Her-2 Expression Her-3 Nodalstatus Proliferation AKT Metastasen (Ki67) gene signature tests CK5/6 u. v. a.

3 Was muss uns die Pathologie mitteilen? Für die Therapieentscheidung benötigt es: Prognostische Faktoren prognostisch relevant bedeutet nicht unbedingt richtungsweisend für eine spezifische Therapie z. B. Alter, TNM, Grading, Ki67 prädiktive Faktoren prädiktiv für eine Therapie ist nicht unbedingt prognostisch relevant z. B. ER/PR Expression prädiktiv und zugleich prognostisch relevant Her-2 Expression

4 Beispiel für Diagnose 1 59-jährige Patientin invasiv duktales Mammakarzinom links pt1c pno (Sn), Mx, G2, ER pos, PR negativ, HER-2 negativ niedrige Proliferation

5 Beispiel für Diagnose 2 39-jährige Patientin invasiv lobuläres Mammakarzinom links pt1c pn1 (2/17), M0, G2, ER pos, PR pos, HER-2 ++, FISH: nicht amplifiziert Ki67 15%

6 Histologische Subtypen Prozentanteil* Charakteristika invasiv duktal 70 % davon 30% mixed Heterogenität hinsichtlich Grading, assoziiertem DCIS und ER-Status; hohe Variabilität bei Prognose invasiv lobulär 10 % hohe Variabilität und oft gemischte Formen; erhöhter Anteil bilateraler und multifokaler Tumore Metastasen im Gastrointestinaltrakt, peritoneal und reproduktiven Organen, meist ER-pos invasiv tubulär 10 % sehr gute Prognose, gute Detektion in MG, daher meist pt1; nicht selten bilateral, meist ER-pos invasiv medullär 5 % geringe Reproduzierbarkeit in der Pathologie aggressiver Phänotyp, Prognose aber unklar; meist ER-neg, Assoziation mit BRCA-1-Mutation invasiv muzinös < 5 % sehr gute Prognose, umschriebene Befunde in der Bildgebung andere Sonderfall: Phylloidestumor Cystosarkoma phylloides grosse Variabilität, individuelles Vorgehen ohne gute Datenlage 0.5 % benigne, aber hohe Rezidivrate in 5% Übergang in malignen Tumor mit Metastasierungspotential häufiger in Frauen mit dunkler Hautfarbe *hohe studien-abhängige Variablität

7 Proliferationsrate Grading 1-3: anhand eines Score bestehend aus drei Parameter Anteil tubulärer Strukturen, Variabilität der Zellkerne, Mitoserate Unterliegt der Subjektivität der Pathologie Ki67, Protein das in der Interphase exprimiert wird, nicht aber in der G0-Phase Bestimmung durch Immunhistochemie hohe Inter- und Intra-Observer-Variabilität prognostisch relevant, jedoch nicht prädiktiv Proliferationsassays RNA-Signaturen, basieren auf diversen Proliferationsmarkern (MammaPrint, Oncotype DX, EndoPredict u. a.) liefern detailliertere Betrachtung als Ki67 teuer, bisher nur retrospektiv evaluiert

8 prädiktive Faktoren tailored treatment international etabliert: ER- und PR-Expression Bestimmung in der IHC, Angabe prozentual oder Allred-Score Her-2-Expression Bestimmung in der IHC oder mit FISH nicht international etabliert FEMTELLE (upa/pai-1) prospektiv evaluierter Test für den Nutzen einer Chemotherapie benötigt tiefgefrorenes Frischgewebe, ELISA-Test aufwendig in der Vorbereitung, nur in Deutschland BRCA-1/2 Mutation oder Methylierung EGF-R, pakt u. a.

9 Grundlagen der targeted therapy Invasives Wachstum Proliferation VEGF Wachstumsfaktoren Neoangiogenese 9

10 Grundlagen der targeted therapy Stimulation der Proliferation Rezeptor Additive Therapie: antagonisierendes Substrat Ablative Therapie: Reduktion des Wachstumsfaktors Wachstumsfaktor aus Blutbahn oder benachbarten Tumorzellen 10

11 Grundlagen der targeted therapy Rezeptor und Signaltransduktion Dimerisation der Rezeptoruntereinheiten nach Bindung der Liganden Intrazelluläre Aktivierung der Signaltransduktion z.b. Phosphotyrosinkinase Phosphorylierung spezifischer Mediatoren z.b. MAPK Aktivierung nukleärer Ko-Aktivatoren zur Proliferation 11

12 ER-Expression als Prognosefaktor ECOG*-Studien: Jährliche Rezidivraten nach 1 3 Jahren: Höhere Rezidivrate bei ER- nach 4 12 Jahren: Höhere Rezidivrate bei ER+ Rezidiv-Risisko ER+ ER Jahre 12 Eastern Cooperative Oncology Group T. Saphner et al. JCO 1996;14:

13 Primäre und sekundäre Resistenz auf antiöstrogene Therapie Brustkrebsbezogen Anteil lebend (%) ER+ 91,4% 87,8% 3,6% (± 0,7) 80,9% 73,2% 7,8% (± 1,0) 73,0% 64,0% 9,0% (± 1,4) % weniger Todesfälle unter Tamoxifen 27% an Brustkrebs verstorben im Tamoxifenarm 64% geheilt ohne antiöstrogene Therapie Jahre Tamoxifen Kontrolle 13 EBCTCG, Metaanalyse 2000 und Lancet 2005

14 Aromataseinhibitoren versus Tamoxifen first-line beim metastasierten Mammakarzinom Phase-III-Studien Anastrozol Anastrozol Letrozol Exemestan Patientinnen (n) 170 vs vs vs vs. 189 ORR (%) 21 vs vs vs vs. 31 Klinischer Benefit (%) 59 vs vs vs vs. 49 TTP, PFS (Monate) 11 vs. 6* 8 vs. 8 9 vs vs. 6 ER-unbekannt 11 vs vs vs vs. 11 Ansprechrate < 50% Dauer des Ansprechens < 12 Monate 14 ORR = Overall Response Rate TTP = Time to Progression PFS = Progression-free Survival Unterschied statistisch signifikant; *nicht im Protokoll vorgesehen Nabholtz et al. J Clin Oncol 2000;18: ; Bonneterre et al. J Clin Oncol 2000;18: ; Mouridsen et al. J Clin Oncol 2001;19: ; Paridaens et al. Proc Am Soc Clin Oncol 2004;# 515; Dirix et al. Proc Am Soc Clin Oncol 2001;20:29a

15 Anastrozol versus Fulvestrant second-line beim metastasierten Mammakarzinom 2 Phase-III-Studien Patientinnen (%) Fulvestrant (n=428) Anastrozol (n=423) CR 4,7 2,6 PR 14,5 13,9 Objektives Ansprechen (CR + PR) 19,2 16,5* Ansprechrate < 20% *Odds ratio (95,14% CI):1,21(0,84-1,74); p=0,31 15 Robertson JF et al. Cancer 2003;98:

16 Monoklonale humanisierte Antikörper gegen Her-2 Antigenbindungsstelle Trastuzumab: Bindet an freies Her-2 Eine Dimerisation und damit eine Aktivierung der Signalkaskade ist aber potentiell möglich Her-2 Überexpression in der IHC humanisierte konstante Fraktion Pertuzumab: Verhindert zusätzlich die Dimerisation des Her-2 In vitro wirksamer als Trastuzumab, derzeit in der klinischen Erprobung Indikationen für monoklonale Antikörper gegen Her-2: 3fach positive Immunhistochemie 2fach positive Immunhistochemie und Genamplifikation im FISH-Test 16

17 Geneexpressionsprofil intrinsic subtypes erbb2 + normal Luminal B Luminal A basal like Charles Perou, Nature 2000

18 Triple negative = Basal-like carcinoma? Triple-negative: basierend auf der ER/PR-Expression und Her-2- Expression Basal-like: basierend auf RNA-Expressionsmuster, 10% ERpos Triple-neg: Basal-like 49%, Claudin-low 30%, Her-2 enriched 9%, Luminal A/B 11% BRCA-1/2 Mutationsträgerinnen entwickeln meistens triple-negative Mammakarzinome Patientinnen mit Triple-negative Mammakarzinomen ohne positive Familienanamnese keine BRCA-1/2 Spontanmutation, aber BRCA-1/2 Funktionsverlust 18

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20 CD10 EpCAM mod. nach P.J. Keller et al. PNAS 2012

21 genetische und epigenetische Veränderungen Environment Growth factors EGF-R Her-2 PTK PTK PI3K K-ras MAPK ER AKT mtor PTEN PAX2 p53 CD44

22 selected 1900 gene expression patterns; Prat and Perou 2011 Mol Oncol 5:5-23

23 Was bedeutet das? Bsp: Claudin-low tumors ER/PR und Her-2 negativ Expression wie immunkompetente Zellen wenig Adhäsionsmarker mesenchymaler Charakter und extrazelluläre Matrix geringe Proliferation stem-cell like NB: normal breast-like entspricht am ehesten einer kontaminierten Probe selected 1900 gene expression patterns; Prat and Perou 2011 Mol Oncol 5:5-23

24 Zellbiologie - Molekulargenetik DNS RNS Proteine Transkription Translation Phänotyp variable Mutationen BRCA-1 Mutation

25 Mammakarzinom facettenreiches heterogenes Karzinom klonaler Tumor? Keine lineare Karzinogenese Therapieresistenz durch Crosstalk-Mechanismen von Wachstumsfaktorrezeptor-Kaskaden es ist leider kompliziert 25

26 Therapieentscheidung nach Phänotyp? Diskrepanz zwischen Primärtumor und LK-MTS bei ER/PR/Her-2 in fast 50% der Fälle In 23% von triple-neg. Primärtumor ist die LK-MTS nicht triple-neg. (Aitken et al Ann Oncol) Resistenzpotential in Luminal B Metastasierungsmuster unterschiedlich, je nach intrinsischem Subtyp Luminal A/B ER/PR-pos Knochen Luminal B/Her-2 enriched Knochen, Leber, Lunge, Gehirn Basal-like Gehirn, Lunge, Lymphknoten Kennecke H et al. J Clin Oncol

27 Immunhistochemie und intrinsic subtypes 5 Marker reichen aus: ER, PR, Her-2, CK5, CK6 epigenetische Annäherung an intrinsic subtypes; Cheang et al Clin Cancer Res Sensitivität 76%, Spezifität 100% 5 plus Ki67: hoher prädiktiver Wert hinsichtlich regional relapse-free survival; Voduc et al J Clin Oncol 27

28 Intrinsic subtypes - impact on survival Luminal B: trotz günstigem Phänotyp sehr schlechte Prognose hohe Proliferation, Grading und Ki67 als Surrogat sehr inhomogene Gruppe Her-2 enriched: 30% sind Her-2 negativ

29 BRCA-1 Mutation 67% Basal-like 22% Claudin-low 6% Her-2 enriched (unpublished data by Prat and Perou)

30 Triple-negative paradox neoadjuvante Chemotherapie deutlich höhere Ansprechraten (25-45%) bei neoadjuvanter Chemotherapie als ER/PR/Her-2 positive Tumore (<20%) Cell-cycle arrest in ERpos Tumoren schlechteres Relapse Free Survival in Triple-neg schlechte Prognose bei Triple-negative mit Residualtumor

31 Ursprung des Mammakarzinoms - 2 Hypothesen: 1. Cancer Stem Cells mit individuellem Ursprung in der Differenzierung (CSC) 2. Tumorzellen mit Ursprung in der mammären Stammzelle (MaSC) die Stammzelle formt den intrinsic Subtype dieser bleibt bei Metastasierung erhalten und nährt den Tumor setzt eine weitestgehende Homogenität voraus Die Stammzelle ist diejenige, die die Resistenz entwickelt

32 CSCs oder MaSC

33 Und der klinische Nutzen?

34 Resistenzmechanismen bei Luminal B EGF-R (erbb1) EGF, TGF erbb1-4 Aktivierung ohne Ligand Her-2 (erbb2) erbb1-4 Mutation intrazellulärer Komponenten IGF-R Tyrosinkinase Tyrosinkinase PI3-Kinase PTEN ras MAPK AKT mtor CTMP Östradiol ER AF-2 Region Aktivierung der EREs, NCoA Hemmung NCoR Proliferation 34 AIB1 PAX2 Translokation in den Nukleus

35 Überprüfung der Hypothesen in neoadjuvanten Therapiestudien oder metastasierten Karzinom Luminal A: endokrine Therapie Luminal B: endokrine Therapie + X X kann sein: anti Her-1, anti-her-2, anti- PI3K/AKT/mTOR, Her-2 enriched: anti-her-2 Basal-like: PARP-Inhibitoren, anti-her-1 Claudin-low:???

36 Voraussetzung Tumorzellen folgen einer durchschaubaren Logik sie verhalten sich weitestgehend linear und homogen Die Resistenzentwicklung folgt einem logischen Prozess Resistenz geht mit Mutationen einher, Zellen werden dabei primitiver

37 Zellbiologie - Molekulargenetik DNS RNS Proteine Transkription Translation Phänotyp variable Mutationen targeted Therapy

38 Resistenzmechanismen bei Luminal B EGF-R (erbb1) EGF, TGF erbb1-4 Aktivierung ohne Ligand Her-2 (erbb2) erbb1-4 Mutation intrazellulärer Komponenten IGF-R Tyrosinkinase Tyrosinkinase PI3-Kinase PTEN ras MAPK AKT mtor CTMP Östradiol ER AF-2 Region Aktivierung der EREs, NCoA Hemmung NCoR Proliferation 38 AIB1 PAX2 Translokation in den Nukleus

39 Tradition Innovation TNM-System Mikroskopie Molekularbiologie Tumorgrösse bzw. histologischer Typ Infiltration Haut Grading intrinsic subtypes und/oder Rezeptorstatus EGF-R Thoraxwand Her-2 Expression Her-3 Nodalstatus Proliferation AKT Metastasen (Ki67) gene signature tests CK5/6 u. v. a.

40 Tumorbiologie Mensch Disposition - Umwelteinflüsse Tumor Tumorzellen Homogenität, Heterogenität Gefässe - Angiogenese organspezifisches Wachstum - Homing Die Karzinomzelle ist über DNS-Mutation definiert Das Mammakarzinom über Karzinomzellen mit variablen Mutationen

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