mutaciones passengers vs drivers el concepto de clonalidad

Mutaciones passengers vs drivers

El concepto de clonalidadLuis Paz-Ares

Servicio de Oncología Médica, HU 12 de OctubreUniversidad Complutense

CNIOlpazaresr@seom.org

INDICE

§ Carcinogénesis § Oncogenes y genes supresores de tumores§ Driver vs passengers§ Clonalidad

BIOLOGÍA DEL CÁNCERCarcinogénesis

Kastan MB. Cancer: Principles & Practice of Oncology. 5th ed. 1997;121-134.

Cambio genéticoinicial

(ej, pérdida de funcion de pRb o sobreexpresión de c-myc)

Descensode muerte celular

por apoptosis

Cambio genéticosubsiguiente

CélulaNormal

Incremento en la proliferación celular

y muerte por apoptosisde la célula

Cambio genético secundario

(ej, disfunción de p53o sobreexpresión de bcl-2)

Alteraciones adicionalesen el fenotipo

(ej, invasión ymetástasis)

El CÁNCER surge a partir de la suma de mutaciones heredadas (línea germinal) o adquiridas (somáticas) que se producen en genes cuyos productos regulan funciones importantes de la célula (proliferación, apóptosis, diferenciación, invasión, metastásis…)

Etapas de la Carcinogénesis

n ProcesodeCarcinogénesis:¨1.-INICIACION¨2.-PROMOCION¨3.-PROGRESION

n Múltiplesaberracionesgenómicassecuencialessonrequeridasparaconvertirlacélulanormalencélulamaligna

Carcinogénesisn Proceso complejo y multifactorial.n Alteración del DNA por diversos agentes y se

produce el primer daño del material genético evento que se denomina INICIACIÓN.

n Este daño se transmite en el proceso de división celular (teoría clonal), se denomina PROMOCIÓN.

n El daño va aumentando en severidad y se produce el tumor (orígen clonal del cáncer), este evento se denomina PROGRESIÓN.

Iniciaciónn INICIACION

¨ElcarcinógenointeraccionaconelDNAparaproducirunamutación(alteraciónenunabase)n Metabolismodelcarcinógeno(activa/desactiva)n ReparacióndelDNA(repara/norepara)n Proliferacióncelular(necesarioparaincorporarcambios)

¨ Notodaslascélulasqueinicianseconvertiránencélulascancerosas.

Promoción

n PROMOCION¨Expansionclonaldeunacelulaquehasufridounprocesodeiniciacion

¨Muchasdeestascélulasnoprogresaranperoalgunasadquiriranmutacionesadicionalesyprogresaranaunaneoplasiamaligna

Progresión

n PROGRESION¨Proceso mediante el cual los tumores adquieren lahabilidad para crecer, invadir tejidos locales yestablecer metástasis a distancia.

¨ Inestabilidad genética y las alteraciones delcariotipo son marcas típicas de la progresión

Clon tumoral

Iniciación

Progresión

Promoción

INDICE

§ Carcinogénesis § Oncogenes y genes supresores de tumores§ Driver vs passengers§ Clonalidad

El cáncer como enfermedad genéticaBIOLOGÍA DEL CÁNCER

§ Deriva de anomalías estructurales o funcionales en:

§ Oncogenes Activación§ Genes supresores Pérdida de

función§ Genes reparadores Acumulación de

mutaciones por errores de reparación del ADN

Genes de transformación

n Oncogenes: los protooncogenesregulan el crecimiento, diferenciación y supervivencia celular normal. Las mutaciones de ganancia (dominantes) los activan a oncogenes, y tienen efecto positivo en el fenotipo neoplásico.

Genes de transformación

n Genes de supresión tumoral: son genes normales que inhiben la proliferación celular. Las mutaciones de pérdida (recesivas) los inactivan y se produce un crecimiento celular no regulado.

Genes de transformación:

n Genes de reparación del DNA:mantienen la integridad del genoma y “vigilan” la fidelidad de la replicación del DNA. Las mutaciones de inactivación permiten la acumulación sucesiva de mutaciones adicionales.

Mecanismos de activación de oncogenes

n Activación por mutación: pueden ser puntuales, por deleción o translocación.

n El primero identificado fue el c-ras en cáncer vesical (mutación puntual en el codón 12 donde se cambia valina por glicina en el gen ras).

Mecanismos de activación de oncogenes

n Activación por translocación: son frecuentes en neoplasias hemato-linfoides.

n El primer ejemplo fué el cromosoma Filadelfia de la L.M.C., donde el c-abl del cromosoma 9 se transloca al 22.

Mecanismos de activación de oncogenes

n Activación por amplificación: llevan a un número elevado de copias de un gen, son frecuentes en tumores sólidos (sarcomas).

n El erb B se amplifica en 1/3 de los carcinomas de mama y ovario y ↓ la supervivencia global.

Mecanismos de alteración de los genes supresores

n Mutación: pérdida en la función de la proteína. La más conocida el la ocurrida en la p53, donde pierde la función reguladora del ciclo celular e incluso le confiere actividad oncogénica.

n Esta mutación se ha detectado en tumores de mama, pulmón, colon, páncreas, leucemias y linfomas.

Mecanismos de alteración de los genes supresores

n Delección: puede darse como error genético en la división celular o heredarse de uno de los padres.

n La más conocida es la del retinoblastoma familiar, aquí el Cr13 por deleción pierde el gen Rb.

Mecanismos de alteración de los genes supresores

n Silenciamiento epigenético o regulado por Mirnas: ambos mecanismos conducen a perdida funcional (falta de expression).

n Por ejemplo, el gen P16 en diferentes carcinomas.

Hallmarks of Cancer: The Next Generation

Hanahan and Weinberg, 2011

INDICEn Carcinogénesis n Oncogenes y genes supresores de tumores

n Driver vs passengersn Clonalidad

Drivers vs Passengers

Drivers vs Passengers

Drivers vs Passengers

Driver mutations “drive” tumor progression

How to classify a mutation as “driver” or “passenger”?

How to classify a mutation as “driver” or “passenger”?

Ejemplo de driver and GEM

Drivers vs Passengers

Drivers and pathways

Drivers in Lung Cancer

Drivers in Colon Cancer

Oncogenic pathways in the Cancer Genome Atlas

INDICEn Carcinogénesis n Oncogenes y genes supresores de tumores

n Driver vs passengersn Clonalidad

Heterogeneity• Coexistence of subpopulations of cells which vary in their

genomic, epigenomic or biologic make-up• Can be “spatial” – populations within the same mass or in

different metastatic sites in one individual• And/or ”temporal” – populations that appear or fluctuate

over time

Tumour Evolution:• Application of selective pressures - such as therapeutics -

will cause the natural selection of some cell populations over others

• Evolution is enabled by cancers’ innate cellular diversity

Clonality and Tumor evolution

Molecular heterogeneity in carcinogenesis

Nowell PC. Science. 1976;194:23–8

Zhang J et al. Science. 2014;346:256–9

Molecular heterogeneity in carcinogenesis

Molecular heterogeneity in lung carcinogenesis

Zhang J et al. Science. 2014;346:256–9

1. Tracking heterogeneity and bottlenecks:Development of non-invasive techniques to monitor and track the sub-clonal dynamics of tumour architecture through treatment may enhance understanding of resistance mechanisms as branches are ‘pruned’ at the expense of outgrowth of other branches harbouring heterogeneous resistance mutations (eg, T790M gatekeeper mutation).

2. Tumour sampling bias:Biopsies in 1 region of a heterogeneous primary or metastatic tumour will identify trunk events but may also identify as many or more heterogeneous events not shared by all regions of the tumour or by all tumour sub-clones. Comparison of paired primary/metastatic samples may enhance the identification of trunk events for therapeutic targeting. Regional genetic ITH may have an impact on ex vivo assays of cell phenotypic function.

3. Drivers of heterogeneity:Identification of the driver events for genomic instability that may occur at the nexus of the trunk and branch may provide new approaches to limit tumour diversity and adaptation.

4. Actionable mutations:Early drivers of disease biology lead to ubiquitous somatic events present in every tumour sub-clone and tumour region. Such ubiquitous tumour mutations may present more robust therapeutic targets and optimal synthetic lethal targets.

Molecular heterogeneity in carcinogenesis

Swanton C. Cancer Res. 2012;72:4875–82

PatientB

versus

PatientA

PatientA

Homogeneous

PatientA

Heterogeneous

PatientA

Evolution

PatientA PatientB

versusTraditionalView

Inter-patientTumorHeterogeneity

ModelsforInter- andIntra-PatientTumorHeterogeneity

Intra-patientTumorHeterogeneity

Evolutionovertime

withtherapy

or

Gandara et al: Clin Lung Cancer, 2012

EGFRMT+

ALK+

EGFRMT+ EGFRMT-

ResistanceMutationT790M

unkn

Lung cancer heterogeneity

Yu et al., Clin Cancer Res 2013

HER28%

HER2 + T790M4%

small cell+MET

METamplification

3%Unknown

18%

T790M60%

small cell + T790M

2%

small cell 1%

small cell+MET1%

18%

60%

MET+ T790M3%

2%

Figure 3Research. on June 8, 2014. ©

2013 American Association for Cancer

clincancerres.aacrjournals.org Downloaded from

Author manuscripts have been peer reviewed and accepted for publication but have not yet been edited.

Author Manuscript Published O

nlineFirst on March 7, 2013; DO

I: 10.1158/1078-0432.CCR-12-2246

EGFRActivating mutation

EGFR TKI: Gefitinib, Erlotinib, or Afatinib to progression

Biopsy:

liquid or solid tissue

Clonal EvolutionThe impact of treatment pressure

HER28%

HER2 + T790M4%

small cell+MET

METamplification

3%Unknown

18%

T790M60%

small cell + T790M

2%

small cell 1%

small cell+MET1%

18%

60%

MET+ T790M3%

2%

Figure 3

Research. on June 8, 2014. ©

2013 American Association for Cancer

clincancerres.aacrjournals.org Downloaded from

Author manuscripts have been peer reviewed and accepted for publication but have not yet been edited.

Author Manuscript Published O

nlineFirst on March 7, 2013; DO

I: 10.1158/1078-0432.CCR-12-2246

Change in the TARGET dependent EGFR TKI receptor which can be acquired through mutations during treatment or present at baseline as a subpopulation

AURA 3 – Randomized Phase III 2nd line Osimertinib vs. chemotherapy in EGFR mutation with acquired T790M mPFS 10.1 vs. 4.4 m

Mok et al., NEJM 2016

EGFR Mut+ NSCLC Clonal Evolution Under TKI Pressure to AZD9291

DSCosta&Kobayashietal.NatureMedicine2016

Clonal evolution of one patient throughout multiple treatments and in different sites of disease

Gainor et al, Cancer Disc 2016

Clonal EvolutionThe impact of treatment pressure

Re-genotyping may be key for optimal sequencing strategies

n Sequencingstrategiesshouldbeflexible;insomecasesrevisitingpreviousagentsmaybethebestapproach

ShawAT,etal.NEnglJMed2016;374:54−61.

Crizotinib Chemotherapy Lorlatinib Crizotinib

Ceritinib AUY922 Crizotinib

Biopsy Biopsy Biopsy Biopsy

Months: 6 12 18 24 30 36 42 48

Effectoftherapy

Beforelorlatinib Responsetolorlatinib Resistancetolorlatinib Responsetocrizotinib

C1156YL1198FC1156Y

Graciaslpazaresr@seom.org

INDICEn Carcinogénesis n Oncogenes y genes supresores de tumores

n Driver vs passengersn Clonalidad