Alterazioni di PIK3CA/PTEN come meccanismo di resistenza agli inibitori delle tirosin-chinasi di EGFR/ALK nel carcinoma polmonare non a piccole cellule

Introduction Advent of targeted therapies has deeply changed treatment of advanced oncogene-addicted non-small cell lung cancer (NSCLC), but development of resistance remains a main issue. Given the efficacy of next generation tyrosine kinase inhibitors (TKIs) against on-target mutations, their first-line administration could increase the relevance of off-target resistance mechanisms. Activating PIK3CA mutations and PTEN loss have been described as putative off-target resistance mechanisms across generations of EGFR TKIs. The role of these alterations in the development of resistance to ALK TKIs has been less described. Materials and methods We collected clinical and molecular data of patients with oncogene-addicted advanced NSCLC. We identified patients with EGFR activating mutations (exon 19 deletion or L858R insertion on exon 21) or ALK rearrangement who developed PIK3CA/PTEN alterations in tissue biopsy and/or circulating tumor DNA upon progression to first-line osimertinib/alectinib. We engineered commercial cell lines harboring EGFR exon 19 deletion (PC9) or EML4-ALK rearrangement (H3122) to constitutively express PIK3CA mutations and/or to have a permanent loss of PTEN. Cell viability assays with different EGFR/ALK/PI3K/mTOR inhibitors were performed. Clinical data collection and all the experiments were performed at Gustave Roussy Institute (INSERM U981 Identification of molecular predictors and new target for cancer treatment – Villejuif, France). Results From Gustave Roussy medical records we found 114 consecutive patients with advanced NSCLC harboring EGFR mutations (n=100) or ALK rearrangements (n=14). Among these 114 patients, we found 17 patients with baseline or acquired PIK3CA/PTEN alterations, two harbored EML4-ALK rearrangements and 15 EGFR mutations. The most common PIK3CA mutations were E545K (n=6) and E542K (n=4). We also identified a R108H PIK3CA mutation that, to our knowledge, has not been previously reported in NSCLC. We were able to confirmed on PC9 commercial cell lines that PIK3CA E545K mutation, alone or in combination with PTEN loss, confers resistance to the EGFR inhibitor osimertinib; while PTEN loss alone had a moderate impact on TKIs sensitivity. Preliminary results on H3122 cell lines showed that PIK3CA E545K mutation confers resistance to different generation ALK TKIs, but we were not able yet to obtain consistent results on H3122 modified cell lines with the following cell viability assays. Overcoming strategies combining EGFR/ALK TKIs with PIK3CA/mTOR inhibitors are currently under evaluation. Conclusions Activating PI3KCA mutations and molecular events leading to PTEN loss are frequent events at resistance to first-line EGFR/ALK next-generation TKIs, and can be detected concomitantly. Functional assays confirmed that these alterations act as resistance mechanisms. These observations are of interest as PI3KCA/mTOR inhibitors may have a role in overcoming resistance.

Introduzione L’avvento delle terapie a bersaglio molecolare ha profondamente modificato il trattamento dei carcinomi polmonari non a piccole cellule (NSCLC) oncogene-addicted in fase avanzata, ma inevitabilmente, durante il trattamento, si sviluppano fenomeni di resistenza. Data l’efficacia delle terapie a bersaglio molecolare di nuova generazione sulle mutazioni on-target, la loro somministrazione in prima linea potrebbe favorire la comparsa di meccanismi di resistenza off-target. Mutazioni attivanti di PIK3CA e la perdita di espressione di PTEN, sono stati descritti come possibili meccanismi di resistenza agli inibitori della tirosin-chinasi di EGFR; mentre il ruolo di queste alterazioni nel conferire resistenza agli inibitori di ALK è tutt’ora poco descritto. Materiali e Metodi Abbiamo raccolto i dati clinici e molecolari di pazienti affetti da carcinoma polmonare non a piccole cellule in stadio avanzato. Abbiamo identificato pazienti con mutazioni attivanti di EGFR e con riarrangiamento di ALK che hanno sviluppato alterazioni di PIK3CA/PTEN su biopsia tissutale o biopsia liquida (DNA circolante) dopo progressione ad osimertinib o alectinib di prima linea. Abbiamo modificato linee cellulari commerciali con delezione dell’esone 19 di EGFR (PC9) o riarrangiamento di EML4-ALK (H3122) affinché esprimessero mutazioni di PIK3CA e/o perdita permanente dell’espressione di PTEN. Sono stati condotti studi di vitalità cellulare dopo esposizione a diversi EGFR/ALK/PI3K/mTOR inibitori. La raccolta dei dati clinici e l’intero processo sperimentale sono stati svolti all’Istituto Gustave Roussy (INSERM U981 - Villejuif, France) Risultati Abbiamo identificato 114 pazienti consecutivi affetti da NSCLC avanzato con mutazioni di EGFR (n=100) o riarragiamento di ALK (n=14). Tra questi 114 pazienti, 17 presentavano alterazioni di PIK3CA/PTEN già note alla diagnosi o acquisite. Due di questi pazienti presentavano riarrangiamento di ALK e 15 mutazioni di EGFR. Le mutazioni più comuni di PIK3CA erano E545K (n=6) ed E542K (n=4). Abbiamo inoltre identificato una mutazione R108H di PIK3CA che a nostra conoscenza non è stata precedentemente descritta nel NSLCL. Abbiamo confermato su cellule commerciali PC9 che la mutazione E545K di PIK3CA, da sola o in combinazione con la perdita di espressione di PTEN, conferisce resistenza all’inibitore di EGFR osimertinib. La perdita isolata di PTEN ha un impatto moderato sulla sensibilità agli inibitori tirosinchinasici. Risultati preliminari sulle linee H3122 avevano mostrato che la mutazione PIK3CA E545K conferisce resistenza a diversi inibitori di ALK, ma non siamo stati ancora in grado di confermare i risultati relativi alle cellule H3122 modificate con i successivi test di vitalità cellulare. Strategie di combinazione di inibitori di EGFR/ALK con PIK3CA/mTOR inibitori sono in corso di valutazione. Conclusioni Le mutazioni attivati di PIK3CA e gli eventi molecolari che portano alla perdita di PTEN, sono eventi frequenti alla comparsa di resistenza durante il trattamento di prima linea con inibitori di EGFR/ALK di nuova generazione. Tali alterazioni possono anche coesistere, e gli inibitori di PI3KCA o mTOR potrebbero avere un ruolo nel superare tali meccanismi di resistenza.