Genomic Analysis of Metastatic Breast Cancer: Exome sequencing of primary tumor, metastasis and circulating tumor DNA

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

6 Downloads (Pure)

Abstrakt

Brystkræft er den mest udbredte invasive cancerlidelse og den største årsag til cancer relateret død blandt kvinder. En af de største udfordringer i behandlingen af brystkræftpatienter er den ekstensive inter- og intratumorale heterogenitet som er et resultat af naturlig og terapeutisk selektion. Data indhentet fra en bred række af genomiske studier på primære tumorer og metastaser, viser forskellige modeller af evolutionære mønstre, der adskiller sig ved timing af metastaseudløste genetiske forandringer og graden af genetisk konkordans. Karakterisering af det evolutionære landskab i brystkræfttumorer kan bidrage med biologisk forståelse af tumorprogression fra primærcancer til dissemination og kan blive et vigtigt redskab til vejledning af effektiv behandling. Aktuelt er vævsbiopsier betragtet som guldstandard til diagnostik og behandling af cancer, om end der er risiko for, at disse ikke repræsenterer hele det genetiske landskab af tumoren. Disse begrænsninger har ledt til forslag om ”liquid biopsies” som et attraktivt supplement til vævsbiopsier. ”Liquid biopsy” i form af cirkulerende tumor DNA (ctDNA) kan have potentiale til at fange den inter- og intratumorale heterogenitet i metastaserende brystkræft gennem serielle blodprøver, som sporer klonal evolution i cancergenomet.

Studie I er en gennemgang af publicerede studier med fokus på intratumoral og temporal genetisk heterogenitet i brystkræft, med vægt på studier, der sporer klonal evolution ved global analyse i multiple progressionstrin fra samme patient. Derudover diskuterer vi potentialet for plasma ctDNA i forhold til vævsbiopsier fra primærtumorer og metastaser, for at opnå et mere komplet overblik over det molekylære landskab i tumorer. Taget i betragtning af de få studier der er udgivet inden for området af globale analyser har vi også inkluderet studier der bruger panelsekvensering. Endelig har vi sammenlignet studier med fokus på relevansen af genetisk heterogenitet og klonal evolution i klinikken. Her argumenterer vi for plasma ctDNA som en kraftfuld tilgang til monitorering af det klonale landskab af cancer under behandling og tilbagefald.

Brystkræft er en spatial og temporal dynamisk sygdom, hvor forskelligt udviklede kloner er ansvarlige for progression og klinisk outcome, men betydningen af systemisk behandling for klonal evolution og tumor heterogenitet er fortsat uklar. I Studie II definerer vi de genetiske forandringer i systemisk ubehandlet brystkræft patienter med metastaserende sygdom. Vi analyserede data fra helexomsekvensering af parrede primærtumorer og metastaser fra tre brystkræft patienter, der endnu ikke havde modtaget systemisk behandling. Punktmutationer, copy number forandringer, potentielle driver gener og mutational cancer cell fraktioner blev identificeret ved brug af state-of-the-art metoder i bioinformatik. Genetiske forskelle blev bemærket mellem primærtumor og metastaser, der alle viste høj grad af genetisk divergens. Alle tre patienter fulgte en parallel progressionsmodel med tidlig monoclonal dissemination fra primærtumor efterfulgt af separat klonal evolution. Metastasespecifikke mutationer involverede generne EP300, APOBEC3B, KDM5C, ASXL1 og EPCAM. Alle associeret til cancer migration og progression. Disse resultater blev støttet af pathway analyser, der viste cancer driving pathways hovedsageligt er signifikant i stem mutationer med tilstedeværelse i både primærtumor og metastaser. Det er bemærkelsesværdigt , at påvirkede pathways reflekterede patientens molekylære subtype og metastaselokation. Metastasespecifikke forandringer påvirkede driver gener involveret i kollagen udvikling, muskelkontration, kernemembran depolymerisation. Disseforandringer medvirker til metastiske mekanismer såsom migration, invasion og genomisk instabilitet.

De beskrevne mønstre af evolution og den polyklonale natur af brystkræft har potentielt kliniske konsekvenser og bør tages i betragtning i forhold til diagnostik og valg af behandling. Nye studier fokuserer på relevansen af clonal evolution i de kliniske rammer og belyser ”liquid biopsies” som en non-invasiv biomarkør til monitorering af klonal progression og respons til behandling. I klinisk sammenhæng, kan ctDNA sandsynligvis bidrage med en ideel støtte sammen med vævsbiopsier til karakterisering af det genetiske landskab i metastaserende sygdom. Desuden kan ctDNA potentielt forbedre longitudinel monitorering af sygdomsdynamikker og behandlingseffektivitet for derfor bedre, at kunne opspore residual tumorvæv efter resektion, tilbagefald af sygdom eller metastaser.

I studie III foretog vi copy-number profiling og detektion af somatiske mutationer på baggrund af helexomsekvensering i primærtumorer, fjernmetastaser og plasma ctDNA fra otte patienter med metastaserende brystkræft. Vores data viste forskellige mønstre af tumor evolution. Selvom lineær udvikling med sen spredning af metastatiske celler blev påvist i nogle tilfælde, observerede vi for det meste parallel udvikling med tidlig spredning fra primære tumorer til fjernmetastaser. Ved sammenligning af vævsprøver med plasmaprøver fandt vi varianter der repræsenterer primærtumor og/eller metastaser. Dette er afhængig af tiden mellem progressionstrin. De gamle mutationer fra den tidlige tumorklon dominerer i plasma, efterfulgt af metastasespecifikke mutationer. Dog blev forskellige mønstre observeret. De genomiske forskelle mellem de forskellige stadier af tumor evolution understreger vigtigheden af molekylær profilering af metastatiske vævsprøver og mulighederne for ”liquid biopsies” og real-time sporing af tumor dynamikker. 
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Thomassen, Mads, Hovedvejleder
  • Kruse, Torben Arvid, Bivejleder
  • Hildebrandt, Malene Grubbe, Bivejleder
  • Jylling, Anne Marie Bak, Bivejleder
Dato for forsvar13. jun. 2022
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 31. maj 2022

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Genomic Analysis of Metastatic Breast Cancer: Exome sequencing of primary tumor, metastasis and circulating tumor DNA'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater