1. Targeting molecular pathways in GIST
Advances in cancer target pathways
Roma 8 aprile 2016
Prof Giovanni Brandi
University of Bologna
Targeting molecular pathways in GIST

2. la storia di taratatemnto del GIST( una storia di successo) nasce per serendipity con questa pz .
La paziente affetta da GIST metastatico era già stata trattata con mesna, dacarbazina, ifosfamide e talidomide senza alcun beneficio.
Si chiese un uso compassionevole per due chemioterapici e per Imatinib (sulla base di dati preclinici). Novartis , in cui lavorava il marito della signora, arrivò per prima ( conflitto di interesse benefico) e questo fu il rsultato dopo un mese di imatinib.
La PET effettuata un mese dopo il trattamento mostra una risposta metabolica completa.
I primi segni di risposta al farmaco da un punto di vista metabolico si vedono già dopo circa 1 settimana di trattamento; la risposta metabolica completa si ottiene dopo circa un mese.

3. KIT/PDGFRA pathway KIT PDGFRA 80-85% 5-10% Esone 9: 13% Esone 12: 1.5%M
80-85%
5-10%
Esone 11: 66%
Esone 9: 13%
Esone 17:0.6%
Esone 13: 1.2%
Citoplasma
Esone 12: 1.5%
Membrana
Esone 14: 0.3%
Esone 18: 5.6%
Dominio di legame col ligando
Stem cell factor
Wild-type (10%-15%)
Plateled derived growth factor
TKI
TKII
(Esone 14: mutazioni secondarie di resistenza
Qui sono rappresentate i due principali target sia di sviluppo ( cancerogenesi) dei Gist che del loro trattamento. Già nel 1998 Hirota dimostrò che la maggior parte dei GIST mostrano una mutazione attivante il proto-oncogene KIT in oncogene. In circa il 90% dei GIST si osservano mutazioni attivanti gli oncogeni KIT e PDGFRA che si traducono nell’attivazione costitutiva dei recettori e delle loro vie del segnale, con conseguente perdita di controllo del ciclo cellulare, proliferazione e resistenza all’apoptosi. Questi recettori sono transmembrana con componente extra, iuxtamebrana ed intracitoplasmatica.. Questa ultima ha due domini conformazionali tirosin chinasici: il primo TK1 (prossimale) funge da legame per i farmaci ( binding region ), il secondo distale (TK2) contiene un activation loop che stabilizza il recettore una volta attivato. Già da qui si comprende perché in relazione al sito di mutazione i farmaci che bloccano la regione TK1 siano molto efficaci, meno efficaci o per nulla efficaci.
La maggior parte delle mutazioni di KIT interessano l’esone 11 (66-71%). Più rare sono le mutazioni del esone 9 ( che è extracellulare) e sporadiche quelle del 13 e del 17. Per il PDGFRA la mutazione più frequente è nell’esone 18 che è localizzato nel dominio tirosin kinasico distale.
E’ interessante notare come le mutazioni a carico del secondo dominio tirosinchinasico di KIT e PDGFRA sono spesso intrinsecamente resistenti ad imatinib, in particolare la mutazione D842V di PDGFRA. Questo e’ spiegabile col fatto che in queste condizioni il recettore ”scarica” comunque sulle vie a valle ( Pi3k/ Ras-Raf-Mapk/ Jak stat/ SRC) che trasferiscono il tutto su i fenomeni di proliferazione/angiogenesi/ perdita di apoptosi.
Inoltre sempre nel KIT esistono altre mutazioni ( esone 14 e 18) chesono sporadiche secondarie( cioè legate alla resistenza acquisita all’ imatinib)
(Esone 18: mutazioni secondarie di resistenza
La risposta ad imatinib dipende dal tipo e dalla localizzazione delle mutazioni.
Alcune mutazioni del 2° dominio tirosin chinasico sono intrisecamente imatinib-resistenti.

4. Molecular overview in GIST
KIT mutant (75%)
PDGFRA mutant (10%)
KIT/PDGFRA wild-type (10-15%)
Primary mutations in:
Exon 12
Exon 14
Exon 18
Primary mutations in:
Exon 8
Exon 9
Exon 11
Secondary mutations
Exon 13
Exon 17
Secondary mutations
Il panorama dei GIST sul piano molecolare è estremamente eterogeneo. Oltre ai GIST KIT e PDGFRA mutati, vi sono I GIST WT per KIT e PDGFRA che pero’ presentano a loro volta uno spettro di mutazioni molto vario. Circa il 50% sono SDH deficient (ossia privi dell’espressione di subunità all’IHC), portatori di mutazioni a carico del complesso SDH, prevalentemente SDHA. I GIST SDH competent, invece, possono presentare mutazioni a carico del complesso di RAS (BRAF/Kras) o NF1 o, in alternativa, essere privi di qualsiasi mutazione tra quelle fino ad oggi ricercate e sono definiti quadruple WT.
Tramite RNAseq si è notata iperespressione di CALCRL,COL22A ( recettori per adrenomedullina e calcitonina o TJ protein) ed iperesperssione di alcuni oncogeni (FGR e ERG) peraltro questo ultimo dato non confermato.
SDH DEFICIENT (50%)
(SDH COMPETENT)
BRAF/RAS/NF1 mutant(15%)
Quadruple WT(30%)
IGF1R negative
IGF1R positive
IGF1R negative

5. Therapeutic Strategy Malattia localizzata operabile
Malattia localizzata non operabile
Biopsia per assetto mutazionale
Imanitinib
Neoadiuvante
Chirurgia
+/-
Terapia adiuvante
Malattia metastatica
La chirurgia rappresenta il gold standard nella cura della malattia localizzata. La chirurgia va sempre effettuata nei GIST>2 cm, la linfadenectomia di principio non è necessaria perchè il coinvolgimento linfonodale è estremamente raro e non deve essere particolarmente estesa poichè la presenza di margini marginali non impatta sul rischio di recidiva. Nei casi di malattia localmente avanzata non operabile il trattamento neoadiuvante deve essere preso in considerazione ma non prima di aver effettuato una biopsia per stabilire l’analisi molecolare ed escludere dal trattamento medico standard.
I pz con mutazione insensibile a Glivec (D842V)
Ricaduta
Terapia sistemica +/-
Chirurgia/ RF

6. Miettinen risk classification
La valutazione dell’opportunità di fare adiuvante si basa sul rischio di ricaduta. Questa è la prima classificazione che valuta il livello di rischio su dimensione, n° di mitosi e sede ( sostituendo la classificazione di Fletcher che non considerava la sede)

7. Risk classifications ‘’post-Miettinen’’
Counter maps
Risk 60-80%
Risk 80-90%
La novità introdotta dal nomogramma di joensuu nella valutazione del rischio di recidiva è l’introduzione della rottura come fattore prognostico sfavorevole indipendente dalla sede, dalle dimensioni e dall’indice mitotico. La rottura puo’ essere spontanea o causata dal chirurgo nelle manovre di asportazione/isolamento della massa (piu’ frequentemente).
Sono citati gli extra GIST ( nati fuori dal canale) che sono probabilmente un artefatto da insemenzamento chirurgico per lo più
Joensuu H, et al. 2012

8. Adjuvant treatment: from less to more
1 year imatinib 400 mg vs placebo
RFS 98%
RFS 83%
DAl primo studio di adiuvante di cui sono disponibili i risultati risulta un Guadagno del 15% in termini di pazienti liberi da malattia ad un anno dall’inizio dell’osservazione.
Quello che è importante sapere è che alla ssopensione del trattamento le due curve si riappaiano e sembra che tutti i pz ricadano.
Quindi sembra che il vero obiettivo di ADIUV in Gist con imatinib sia non quella di incrementare la % dei guariti ma di ritardare al recidiva.
Quindi la terapia con Imatinib si prospetta ad libitum , almeno fino alla comparsa di resistenza.
DeMatteo RP, et al. 2009

9. 1 years vs 3 years imatinib 400 mg
high risk Fletcher 2002 or tumour rupture
Results:
3 years RFS 87% vs 60%
5 years RFS 66% vs 48%
5 years OS 92% vs 82%
Ricerca
Comments:
Cure o long remission?
Incongruence of high risk definition (34% al 100%)
3. Discontinuation rate (36% vs 16%)
Cosa che sembra confermata dallo studio seguente in cui 400 pazienti ad alto rischio di recidiva randomizzati 1:1 a ricevere imatinib 400 mg in adiuvante per 3 anni versus imatinib 400 mg per 1 anno. Imatinib per tre anni ha mostrato un guadagno sia in PFS che in OS.
A 5 anni dalla randomizzazione la RFS nel braccio che ha assunto il farmaco per tre anni è risultata 66% versus 48% del braccio 1 anno.
La OS a 5 anni è risultata 92% nel braccio che ha assunto il farmaco per tre anni versus 82% nel braccio 1 anno.
Vi erano peraltro alcune incongruenze nei criteri di inclusione con tassi previsti di ricaduta molto diversi fra i pazienti..( vecchia classificazione di fletcher)
Ulteriormente stanno per uscire all’ ASCO 2016 i risultati dello studio PERSIST (3 vs 5 anni) . Ci si aspetta un trend analogo dato che il glivec ha azione di blocco della proliferzione.
Forse si potrà ripensare nel futuro ad accoppiare una chemioterapia all’imatinib….
Joensuu H, et al. 2012

10. Adiuvant therapy How long and what objective?
Patients identification : mitotic rate, size, location and sensitive kinase genotype
No treatment for low risk
Treatment for high risk (excluding PDGFRFA D842V) and for WT decision case based
Intermediate risk (> 30%-50%) treatment for sensitive mutations

11. KIT and PDGFRa genotype
Advanced Disease
KIT and PDGFRa genotype
Overall survival
Event free survival
Exon 11
Exon 11
Exon 11
Exon 11
Exon 9
Exon 9
Exon 9
Exon 9
No mutation
No mutation
No mutation
Malattia avanzata.
Già al 2003, a questo primo studio di Heinrich, risalgono le prime evidenze che la risposta ad imatinib e la prognosi dei pazienti affetti da GIST dipendono dall’assetto mutazionale. In questo studio del 2003 su 127 pazienti Heinrich dimostro’ che nei pazienti con mutazione esone 11 il response rate era del 83,5% contro il 47% dei pz con mutazione dell’esone 9 e scendeva drasticamente nei pz PDGFR mutati o WT. Inoltre I pz con mutazione esone 11 avevano una piu lunga event free survival ed una piu lunga OS rispetto agli esone 9 e rispetto ai WT o PDGFR mutati
Heinrich, M. C. et al. J Clin Oncol; 21:

12. KIT and PDGFRA genotype: metaGIST
Analysis of Predictive Factors
PFS: KIT exon 9 mutation was the only significant predictive factor for the benefit of high-dose therapy (P = .012).
Within patients with KIT exon 9 mutations, PFS was significantly longer for patients treated with the high-dose arm (P = .017).
For patients without such mutations, no difference was observed between treatment arms.
OS: none of the investigated cofactors showed any predictive value, and no significant advantage of high-dose therapy
(P = .15,) was documented in patients with KIT exon 9 mutations
Il progetto metaGIST ha analizzato due grossi studi volti a confrontare due diversi dosaggi di imatinib upfront, 400 mg versus 800 mg (metanalisi su 1640 pazienti). End-point erano la PFS e la OS.
La metanalisi ha confermato un piccolo vantaggio in PFS per il braccio imatinib alte-dosi, essenzialmente nei pazienti con mutazione dell’esone 9.
L’OS è risultata identica nei due bracci.
Lo stato mutazionale (presenza di mutazione dell’esone 9) è risultato essere l’unico fattore predittivo per il beneficio in PFS attribuito al trattamento ad alte dosi upfront.
Inoltre questa metanalisi ha evidenizato un altro aspetto: pazienti WT, esone 9 mutati e pazienti con altre mutazioni trattatti con imatinib sono risultati avere una prognosi peggiore rispetto ai pz con mutazione dell’esone 11.
Metagist Group ; JCO 2010

13. Treatment discontinuation
PFS 2 years
80% vs 16%
Questo studio del gruppo francese mostra l’utilità dell’inibizione continuativa tirosino-chinasica con glivec.
Tutti I pazienti inclusi nello studio erano in risposta al trattamento dopo 3 anni di Glivec
La curva è esplicativa: essa descrive la PFS dei pz affetti da GIST avanzato che sospendono glivec
Dopo un follow up mediano di 35 mesi nel gruppo che ha continuato il trattamento dopo due anni dalla randomizzazione la PFS è dell’80%.
Nel gruppo che ha sospeso, dopo 2 anni dalla randomizzazione la PFS è 16%.
Quindi imatinib va proseguito in continuo.
BRF14 trial of French Sarcoma Group shows that imatinib interruption in advanced GIST results in rapid progression in most patients
Le Cesne et al. Lancet Oncol 2010

14. TUMOR HETEROGENEITY
Genetic heterogeneity in cholangiocarcinoma: a major challenge for targeted therapies
Giovanni Brandi, Andrea Farioli, Annalisa Astolfi, Guido Biasco and Simona Tavolari
Oncotarget 2015

15. Fundamental contribution of secondary KIT mutations to TKI resistance in GIST
Heterogeneity of resistance mutations within and between mets from individual pts
Secondary KIT domain mutation are found in over 80% of pts

16. KIT and PDGFRA secondary mutations
Maleddu A, et al. Cancer Treat Rev 2009
Secondary mutations occur in GIST with primary mutation on KIT exon 11 and 9
Most frequent secondary mutations in KIT exon 13, 14,
Secondary mutations in PDGFRA are rare
Secondary mutations usually occur in the same receptor:
( except 2 cases of KIT primary mutations (exon 11 and exon 9) followed by PDGFRA secondary mutations (exon 18 and 14)
GIST KIT/PDGFRA WT do not develop secondary mutations

17. Additional events in GIST beyond KIT/PDGFRA receptors
identified by NGS study
“Oncogenes amplification+Oncosuppressors reduction”

18. TTP of cross over arm was similar to originally sunitinib arm
OS not significant ( cross over allowed)
Schedule 50 mg/die 4 weeks on /2 off

19. Studio retrospettivo su 123 pz metastatici con mutazione dell’esone 11 in progressione ad una prima linea con imatinib 400 mg teso a confrontare una seconda linea con imatinib 800 mg piuttosto che sunitinib. Nei pazienti con mutazione dell’esone 11 la PFS migliora con sunitinib rispetto al raddoppio di dose di imatinib, senza pero’ una differenza in OS. Nei pazienti con delezione dell’esone 11 oltre ad un piu’ breve TTP nei pazienti trattati con imatinib 800 mg rispetto a quelli trattati con sunitinib, si è visto un trend peggiore in termini di sopravvivenza.

20. Sunitinib discontinuation at PD?
CONTINUED SUNITINIB TREATMENT AFTER PROGRESSIVE DISEASE (PD) IN A WORLDWIDE TREATMENT-USE TRIAL OF PATIENTS (PTS) WITH GASTROINTESTINAL STROMAL TUMOR (GIST)
Background
Continuous kinase inhibition has been posited as important for optimizing outcomes of pts with kinase-mutant-driven cancers such as GIST. The outcomes of pts who continued on treatment after PD vs those who stopped after PD were compared using data from a worldwide treatment-use study of sunitinib in GIST.
Methods
This open-label study was designed to provide access to and assess the safety and efficacy of sunitinib (starting dosing schedule: 50 mg/d; 4 wk on treatment, 2 wk off in 6-wk cycles) in pts with advanced imatinib-resistant/intolerant GIST (enrollment: 9/2004 − 12/2007). Treatment was continued for as long as there was evidence of disease control in the judgment of the investigator; survival was monitored for ≤2 y post-treatment or until 7/2008, whichever came first. In this post hoc analysis, pts were dichotomized based on whether sunitinib treatment was continued or stopped after PD.
Results
At final data cutoff (10/2011), 1124 of 1131 pts enrolled had received ≥1 dose of sunitinib on study. Of these pts, 380 continued and 324 stopped sunitinib treatment after PD. The groups were generally well balanced for baseline demographics except for gender (proportion male: 67% vs 59%) and pts with ECOG PS 0 (44% vs 35%). Pts who continued on treatment after PD generally received sunitinib longer than those who did not continue post-PD (median 9 vs 4 cycles started). Median OS among pts who remained on treatment after PD was 22.8 months (95% CI: 20.4 − 24.7) and 13.2 months (95% CI: 11.7 − 14.5) among those who did not continue sunitinib after PD. The most common treatment-related AEs in both groups were diarrhea, fatigue, and hand − foot syndrome, which were mainly grade 1/2 and occurred at a higher rate among pts who continued sunitinib after PD than among those who stopped treatment after PD (49% vs 35%; 48% vs 41%; and 39% vs 31%, respectively).
Conclusions
Results of this analysis suggest that pts with GIST who continued on sunitinib after PD exhibited a better clinical outcome (longer OS) than those who stopped treatment after PD, although the potential impact of differing pt characteristics and selection bias cannot be ruled out in this retrospective analysis.
OS= 22 vs 13 m
Prima dell’introduzione del regorafenib in III linea è stata esplorata la possibilità di continuare sunitinib oltre la progressione. Si è visto che i pazienti che ricevono sunitinib dopo la progressione hanno una sopravvivenza migliore di quelli non trattati (22 mesi di OS per I trattati versus 13 mesi per i non trattati). Cio’ e’ dovuto probabilmente alla prosecuzione dell’effetto antiangiogenetico di sunitinib

21. Median PFS 12 weeks (4,8 months vs 1 m)
Regorafenib as third line … waiting Ponatinib ?
Demetri G, Lancet Oncol 20012
Garner AP, Clin Cancer Res 2014
Median PFS 12 weeks (4,8 months vs 1 m)
Regorafenib 120 mg
L’alternativa a quanto appena detto è l’introduzione di un altro famraco, regorafenib, che oggi è lo standard in III linea. Lo studio registrativo (GRID trial) di confronto tra regorafenib (dopo fallimento di glive c e sutent) versus placebo ha mostrato un vantaggio in PFS nei pz trattati di 4,8 mesi versus 0.9 mesi nel braccio placebo(p<0.001). Non è risultato statisticamente significativo l’OS. Va detto che nella real life I risultati osservati in PFS superano largamente I 4,8 mesi dello studio registrativo.
Ponatinib 30 mg
OS= ns ( cross over allowed)

22. Rechallenge imatinib: RIGHT study
81 pz randomizzati 1:1 a ricevere imatinib (dopo il fallimento di imatinib e sunitinib) o placebo
Dopo un follow-up mediano di 5·2 mesi la PFS è risultata 1.8 mesi con imatinib versus 0·9 mesi con placebo (p=0·005).
37 (93%) pazienti del braccio placebo hanno effettuato cross over al braccio imatinib
dopo progressione.

23. Role of KIT and PDGFRA genotype
Response prediction:
>KIT exon 11 good response to imanib
>KIT exon 9 requires higher dose imatinib, better response to sunitinib
>PDGFRA D842V resistance to imatinib
>KIT/PDGFRA WT confers generally resistance to imatinib, better response to sunitinib
Prognosis:
> KIT 11 mutations associated to shorter survival in pre-imatinib era
deletions (codons 557 and/or 558) associated to poorer outcome in comparison to missense mutations
> KIT 9 located in the small intestine, associated to poorer outcome
> PDGFRA mutations usually have a good prognosis

24. Metastatic WT GIST: flow chart of treatment
KIT/PDGFRA WT SDH deficient
PDGFRA D842V mutant
Nei pz WT e nella mutazione D842V ha senso valutare repentinamente un passaggio a Sunitinib poichè sappiamo che entrmabe queste categorie di pazienti non rispondono a Glivec. La mutazione D842V in particolare non è detto che risponda neppure al sunitinib e rappresenta oggi una patologia orfana di farmaci. A breve fortunatamente verrà aperto lo studio con crenolanib, che è un inibitore selettivo di PDGFRA.
Regorafenib
Nannini M, Cancer Treat Rev 2011

25. SDH complex
Nei GIST WT si possono trovare mutazioni del complesso SDH, un complesso che regola la catena respiratoria nella membrana mitocondriale ed è coinvolto nei processi di regolazione dell’angiogenesi. I GIST SDH deficent ossia privi della subunità B all’IHC spesso presentano mutazioni a carico di una delle subunità di SDH
SDH complex: regulates the respiratory chain in mithocondria membrane
controls hypoxia and angiogenesis

26. SDHA mutations in KIT/PDGFRA WT GIST
JNCI 2011
9 of the 34 patients with KIT/PDGFRA wild-type GIST carried mutations in one of the four subunits of the SDH complex with a prevalence for SDHA (6 patients in SDHA, 2 in SDHB, 1 in SDHC)
Le mutazioni piu’ frequenti sono a carico della subunità SDHA che possono essere non solo somatiche ma anche germinali. Si tratta generalmente di donne giovani con metastasi linfonodali che hanno una lunga sopravvivenza ed una buona prognosi.
Overexpression of IGF1R
(Rnaseq;WT; IHC)
Not by amplification but by epigenetic
(miRna, hypomethilation?)
Pantaleo MA, Eur J Hum Genet 2013

27. RATIONALE FOR TARGETING IGF/IGF RECEPTOR PATHWAY IN CHOLANGIOCARCINOMA
Liver
ICC
Activation of the IGF-1 by IGF-I plays a central role in tumor cell proliferation and spread, promoting cell-cycle progression, preventing apoptosis and regulating and maintaining the metastatic tumor phenotype.
Abnormal expression of IGF-1R has been demonstrated in ICC, making the IGF/IGFR- signaling system an attractive target in this malignancy.
A synergistic action between IGF1 and estrogens has been reported in CC.
Estrogens can indeed act at several points of the IGF1 signal transduction pathway, thus sustaining the cholangiocyte proliferative machinery and in depressing apoptosis.
Inoltre IGF 1 nella bile (dato che viene secreto dal tumore) sembra poter essere un marker differenziale fra stenosi maligna e benigna.
Alvaro et al. Am J Pathol. 2006
Gatto and Alvaro World J Gastrointest Oncol 2010.

28. I GIST SDH competent, ossia quelli che presentano espressione della subunità B all’IHC, possono presentare un amutazione di BRAF ed in particolare la V600E tipica del melanoma. Anche BRAF potrebbe essere considerato come target molecolare per lo sviluppo di nuovi farmaci in questi pazienti.

29. Crenolanib (anti PDGFRa mutation)
CELL Lines
Crenolanib su linee cellulari di GIST con mutaizone PDGFRA ha mostrato, confrontato con imatinib, una maggiore attività nell’inibire la proliferazione cellualare. Cio’ e’ risultato particolarmente vero per la mutazione D842V. Crenolanib si propone quindi come farmaco per I pz affetti da GIST metastatico D842V mutati. Lo studio di fase I partirà nei prossimi mesi

30. New putative drugs in Pi3K GIST ( BYL 719)
PI3K (H1047L) + KIT exone 11 (K558_e562del)
High cell growth arrest by PIK3 inhibitors in 4 GIST cell lines resistant to imatinib,
BYL + Imatinib: Phase Ib / closed
: ( combination: safety)
Nello studio a sinistra è dimostrata l’attività di BYL 719 (un inibitore di PI3K) su linee cellualri di GIST resistenti ad imatinib nel determinare un superamento della resistenza ad imatinib. Lo studio è in corso (fase Ib) ed è il primo studio di associazione di imatinib con un altro farmaco.
Nello studio a destra di Daniels, per la prima volta è stata individuata in un GIST alto rischio di recidiva la coesistenza di una mutazione simultanea di KIT esone 11 e di PI3K (H1047L) nello stesso paziente. Il pattern di PI3K merita di essere ulteriromente studiato. Attualmente è in studio (studio di fase Ib) un farmaco inibitore di PI3k (BYL 719).
1/87 GIST patients
Bauer S, Oncogene 2007
Daniels M, et al. Cancer Lett 2011

31. Take home message
Treatments of GIST should be decided on molecular basis
In advanced setting the treatments should be continous
Three lines of treatments in a rare tumors for metastatic disease
+ rechallenge at definitive failure
Adjuvant therapy should be indicated after a careful risk of relapse evaluation
KIT/PDGFRA WT GIST should be studied for SDH or BRAF mutations