eCME Biomarker: Tumor Mutation Burden (TMB) · Inhalt 1. Motivation und Einführung Biomarker 2....
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eCME Biomarker: Tumor Mutation Burden (TMB)
Ein neuer prädiktiver Biomarker für die Immunonkologie
Ärztlicher Kursleiter: PD Dr. Lukas Heukamp
Institut für Hämatopathologie Hamburg
IODE1802422-01
Diese Fortbildung wird Ihnen mit freundlicher Unterstützung von Bristol-Myers Squibb GmbH & Co. KGaA (7.050€) auf cme.medlearning.de angeboten.
Inhalt
1. Motivation und Einführung Biomarker
2. Biomarker für die Checkpoint Inhibition
3. Tumor Mutationslast (TMB) als neuartiger Biomarker für die Checkpoint Inhibition
4. Technische Details zur Bestimmung von TMB und zur Erstattungssituation
Wie können wir die Patienten identifizieren, die langfristig von der Immuntherapie
profitieren?
Hypothetische und schematische Darstellung des wissenschaftlichen
Konzepts, die bestätigenden klinischen Daten sind noch ausstehend.
Wie können wir die Patienten identifizieren, die langfristig von der Immuntherapie
profitieren?
Hypothetische und schematische Darstellung des wissenschaftlichen
Konzepts, die bestätigenden klinischen Daten sind noch ausstehend.
Tumor-Immunzell-Zyklus: Neoantigene und immunvermittelte Anti-Tumor-Antwort
APC, Antigenpräsentierende Zelle; CTL, zytotoxische T-Zelle; DNA, Desoxyribonukleinsäure; RNA, Ribonukleinsäure.
1. Stratton MR et al. Nature. 2009; 458(7239): 719-24. 2. Lawrence MS et al. Nature. 2013; 499(7457): 213-218. 3.
Schumacher TN, Schreiber RD. Science. 2015; 348(6230): 69-74. 4. Chabanon RM et al. Clin Cancer Res. 2016;22(17):
4309-4321. 5. Kim JM, Chen DS. Ann Oncol. 2016; 27(8): 92-1504.
6. Giannakis M et al. Cell Rep. 2016; 15: 857-65. 7. Chen DS, Mellman I. Immunity. 2013; 39(1): 1-10.
Wandern der T-Zellen über
die Blutbahn zum Tumor
(CTLs)
Einwandern der T-Zellen in
den Tumor
(CTLs, Endothelzellen)
Identifizierung der Tumorzellen durch
die T-Zellen anhand der Antigene
(CTLs, Tumorzellen)
Zerstörung der Tumorzellen
durch die T-Zellen; der
Kreislauf beginnt von vorne
(Immun- und Tumorzellen)
Freisetzung von Tumorantigenen
(z.B. durch Zelltod der Tumorzellen)
Tumorantigene werden von
Immunzellen aufgenommen
und präsentiert
(Dendritische Zellen/APCs)
Priming und Aktivierung der
Immunzellen
(ACPs & T-Zellen)
Blutgefäß
Lymphknoten
Tumor
Was ist ein Biomarker?
• Objektiv messbarer Parameter, der biologische Prozesse beschreibt
• Normale Prozesse
• Pathogene Prozesse
• Pharmakologische Veränderungen aufgrund einer Therapie
• u.v.a.
• Der Parameter kann im Blut, Gewebe oder anderen Körperflüssigkeiten
bestimmt werden
CN Oldenhuis et al. Eur J Cancer. 2008
Warum werden Biomarker in der Onkologie verwendet?
CN Oldenhuis et al. Eur J Cancer. 2008
Prognostischer MarkerInformiert über den Krankheitsverlauf,
unabhängig von einer Therapie
Prädiktiver MarkerInformiert über den Krankheitsverlauf,
abhängig von einer spezifischen
Therapie
Kann über die Prognose des Patienten
informieren, das individuelle Rezidivrisiko, oder
die Überlebensdauer.
Beispiele: ER/PR beim Mammakarzinom
cKIT in GIST Tumoren,
VEGF im Nierenzellkarzinom
Kann das Ansprechen auf eine Therapie oder
die Überlebenszeit aufgrund einer Therapie
abschätzen. Oft besteht ein Zusammenhang
zwischen der Zielstruktur oder dem
Wirkmechanismus der Therapie und dem
Biomarker.
Beispiele: EGFR im NSCLC, HER2 im
Mammakarzinom
Prognostisch und Prädiktiv
Ausgewählte Methoden zur Bestimmung von Biomarkern in der Onkologie
DNA-basierte Biomarker Protein-basierte Biomarker
Polymerase-
Kettenreaktion
(PCR)
Fluoreszenz-in-situ-
Hybridisierung
(FISH)
Next-Generation
Sequencing (NGS)
Immunhistochemie
(IHC)
Biomarker in der Onkologie
1. Merid SK et al. BMC Bioinformatics. 2014; 15: 308. 2. Abi-Jaoudeh N et al. J Vasc Interv
Radiol. 2013; 24 (8):1083-1092. 3. Van Allen EM et al. J Clin Oncol. 2013; 31 (15): 1825-
1833.
TRADITIONELLE ZIELGENAUE MUTATIONSNACHWEISE
Fokus auf die Tumorzelle selbst1-3
• Treibermutationen sind typischerweise stabil, und in der
Regel homogen in der Gesamtprobe nachweisbar
• Subklonale Mutationen können heterogen auftreten
• Ergebnis: binär (Mutation nachweisbar / nicht nachweisbar)
• Beispiele: EGFR Mutationen und ALK Translokationen im
NSCLC oder KRAS Mutationen im CRC
• Können zur Therapieentscheidung beitragen, zum Beispiel
wenn die Mutation zielgerichtet therapiert werden kann
Biomarker können in Tumorzellen oder im Mikromilieu des Tumors
vorkommen. Manche Biomarker lassen sich ausschließlich im Gewebe des
Patienten, andere auch im Blut nachweisen.
Biomarker können in Tumorzellen oder im Mikromilieu des Tumors
vorkommen. Manche Biomarker lassen sich ausschließlich im Gewebe des
Patienten, andere auch im Blut nachweisen.
1. Momtaz P, Postow MA. Pharmacogenomics Pers Med. 2014; 7: 357-365. 2. Kerr KM et al.
J Thorac Oncol. 2015; 10 (7): 985-989. 3. Anitei M-G et al. Clin Cancer Res. 2014; 20 (7):
1891-1899. 4. Chen DS et al. Clin Cancer Res 2012; 18: 6580-6587
IMMUNBIOMARKER
Immunbiomarker zielen darauf ab, den Effekt der körpereigenen
Abwehr gegen den Tumor einzubeziehen, um genauere
Informationen zur klinischen Wirkung zu erhalten1-3
• Biomarker können dynamisch und induzierbar sein
• Biomarker / Immunsystem ist oft heterogen
• Messung kann einen kontinuierlichen Bereich umfassen
• Beispiel: PD-L1 ist sowohl auf Tumorzellen als auch auf
Immunzellen exprimiert, und die Expression variiert in den
Tumorentitäten4
Biomarker in der Onkologie
Biomarker für die Checkpoint Inhibition: Die Rolle von PD-L1
PD-L1 ist relevant... aber kein perfekter Biomarker
Dynamische Expression
• Die Stärke der PD-L1 Expression variiert von
abwesend bis hoch1
• Die Expression variiert nach Therapielinie,
abhängig von der Therapie und abhängig vom
Zelltyp1-3
Unterschiedliche klinische Bedeutung
• Die Relevanz als Biomarker unterscheidet sich
von Indikation zu Indikation7-9
• PD-L1 negative Patienten können von der
Checkpoint-Therapie profitieren10,11
Verschiedene Testverfahren
• Unterschiedliche Antikörper und
Färbeplattformen werden für die PD-L1
Testung eingesetzt12
• Die Schwellwerte für PD-L1 Positivität sind
unterschiedlich12
Heterogene Expression
• 0-100% der Zellen in einer Tumorprobe
können PD-L1 exprimieren und die Expression
variiert über die Indikationen und Histologien4-7
1. Kerr KM et al. J Thorac Oncol. 2015;10(7):985-989. 2. Gatalica U et al. Cancer Epidemial Biomarkers Prev. 2014;23:2965-
2970. 3. Sharpe K et al. Clin Cancer Res. 2013;19:6924-6934. 4. Brown JA et al. J Immunol. 2003; 170:1257-1266. 5. Callea M
et al. Cancer Immunol Res. 2014; 3:1158-1164. 6. Calles A et al. J Thorac Oncol. 2015;10:1726-1735. 7. Patel SP et al. Mol
Cancer Ther. 2015;14:847-856. 8. Novotny JF et al. Ann Oncol. 2016:27;1966-1969. 9. Villaruz LC et al. Clin Pharmacol Ther.
2016;100:212-214. 10 Horn L et al.. J Clin Oncol, 2017; 11 Grigg C and Rizvi NA J Immunother Cancer. 2016; 4:48. 12. Diggs
LP et al. Biomarker Res. 2017;5:12.
Physiologische Regulation der T- Zell Homeostase
Pardoll DM, Nat Rev Cancer. 2012 Apr; 12(4): 252–264.
Aus: Sunshine J and Tabe JM, Curr Opin Pharmacol. 2015 Aug; 23: 32–38.
Auch PD-L1 negative Patienten können von der Immuntherapie profitieren:
Ansprechrate in Abhängigkeit vom PD-L1-Status in verschiedenen Indikationen O
RR
%
Die Mutationslast ist nicht nur in der Theorie ein potentieller Biomarker
N=16 N=18
Bestimmung und Validierung eines möglichen Schwellwerts für hohe Mutationslast anhand
einer retrospektiven Analyse des Ansprechens von NSCLC Patienten auf Pembrolizumab.
Aus: Rizvi NA et al., Science 03 Apr 2015:
Rizvi NA et al. Science. 2015;348(6230):124-128
Fallbeispiele für Mutationslast, klinisches Ansprechen und
zugrundeliegende Faktoren der Mutationslast
Definition: Tumormutationslast (TMB)
1. Lawrence MS et al. Nature. 2013;499(7457):213-218. 2. Schumacher TN, Schreiber RD.
Science. 2015;348(6230):69-74
Mutationslast des Tumors (Tumor mutation
burden, TMB): Die Anzahl der nicht-synonymen,
tumor-spezifischen Mutationen im Exom einer
Tumorprobe. Die Varianz, die bereits in der
Keimbahn-DNA nachweisbar ist, bleibt somit
unberücksichtigt.1,2
Immunonkologische Therapieansätze sind besonders zur Behandlung von
Tumoren mit hoher Mutationslast geeignet1,2
1. Schumacher TN, Schreiber RD. Science. 2015; 348(6230): 69-74. 2. Kim JM, Chen DS.
Ann Oncol. 2016; 27(8): 1492-1504. 3. Liontos M et al. Ann Transl Med. 2016; 4(14): 264.
4. Sharma P, Allison JP. Science. 2015; 348(6230): 56-61. 5. Giannakis M et al. Cell Rep.
2016; 15: 857-865.
…können eine
hohe Neoantigenlast
aufweisen, …1,2
…welche zu einer hohen
Immunogenität des Tumors
und einer erhöhten T-Zell-
Reaktivität sowie
Antitumorantwort
führen kann.2-5
Tumorzellen mit
hoher TMB …1,2
CD8+
T-Zelle
NK
Zelle
Tumor
Antigenprocessing und Präsentation
Morris EC and Stauss HJ; Blood. 2016 Jun 30;127(26):3305-11.
Bestimmte Krebsarten weisen eine hohe Mutationslast auf
AD, Adenokarzinom; ALL, akute lymphatische Leukämie; AML, akute myeloische Leukämie;
CLL, chronische lymphatische Leukämie;
SCLC, kleinzelliges Bronchialkarzinom (Small Cell Lung Cancer);
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Adaptiert nach Alexandrov LB et al. Nature 2013; 500(7463): 415-421.
Die Mutationslast des Tumors korreliert nicht mit der PD-L1-Expression
TMB, Mutationslast des Tumors;
Adaptiert nach: Supplement to: Carbone DP, Reck M, Paz-Ares L, et al. First-line nivolumab
in stage IV or recurrent non–smallcell lung cancer. N Engl J Med 2017;376:2415-26.
TMB und PD-L1-Expression sind zwei unabhängige Biomarker, die den Tumor und die
Interaktion mit dem Immunsystem charakterisieren.
High TMB
High PD-L1
High TMB
Low PD-L1
Low/medium TMB
High PD-L1
PD-L1 (% Tumor Expression)
High
TMB
7550
1000
316
100
32
10
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Low/medium TMB
TMB wurde und wird in vielen Studien als prädiktiver Biomarker erforscht
1L, first line; 2L, second line; CTLA-4, cytotoxic T-lymphocyte antigen 4; FM, Foundation Medicine; Mb, megabase; mut, mutation; MSK-IMPACT, Memorial Sloan Kettering-integrated mutation profiling of actionable targets; NSCLC, non-small cell lung cancer; ns, non-synonymous; 1. Chan TA et al. Oral presentation at ASCO-SITC 2017. 2. Peters S et al. Oral presentation at AACR 2017. 3. Antonia SJ et al. Oral presentation at WCLC 2017. 11063. 4. GalskyMD et al. Poster presentation at ESMO 2017. 5. BMS Press Release, https://news.bms.com/press-release/bms/pivotal-phase-3-checkmate-227-study-demonstrates-superior-progression-free-surviva; Accessed: March 12, 2018 6. Snyder A et al. N Engl J Med. 2014;371(23):2189-2199. 7. Kowanetz M et al. Oral presentation at WCLC 2016. 8. FabrizioDA et al. Poster presentation at ESMO 2017. 9. Mok T et al. Poster presentation at ESMO 2017. 10. Gandara DR et al. Oral presentation at ESMO 2017. 11. Balar AV et al. Lancet. 2017;389:67-76. 12. Clinicaltrials.gov. NCT02108652. Accessed February 22, 2017. 13. Rosenberg JE et al. Lancet. 2016;387(10031):1909-1920. 14. Rizvi NA et al. Science. 2015;348(6230):124-128. 15. Rizvi NA et al. Science. 2015;348(6230):124-128 [supplementary appendix]. 16. Cristescu R et al. Poster presentation at ASCO-SITC 2017. Abstract1.
Es gibt noch keine Standardmethode oder Grenzwert für die TMB Bestimmung.
Wirkstoff Studie Tumorart Methode Grenzwert
N/A Chan TA et al1 Pan-Tumor MSK-IMPACT Mut/Mb
Nivolumab
CheckMate 0262 1L NSCLC WESGesamtzahl sinnverändernder Mutationen:
Low 0 bis <100; Medium 100 bis 242; High ≥ 243
CheckMate 0323 2L+ SCLC WESGesamtzahl sinnverändernder Mutationen:
Low 0 bis <143; Medium 143 bis 247; High ≥ 248
CheckMate 2754 2L+ Urothelkarzinom WESGesamtzahl sinnverändernder Mutationen:
Low 0 bis <85; Medium 85 bis 169; High ≥ 170
Nivolumab+Ipilimumab CheckMate 2275 1L NSCLC FM Panel ≥ 10 Mut/Mb
Ipilimumab oder TremelimumabBehandlung mit CTLA-4
Inhibitor6Melanom WES 100 Mut/Tumor
Atezolizumab
FIR/BIRCH7 1L oder 2L+ NSCLC FM panel9.9 Mut/Mb (Median) oder
16.2 Mut/Mb (75% Quantil)
POPLAR7 2L+ NSCLC FM panel 16.2 Mut/Mb
BFAST und B-F1RST8,9 1L NSCLC In-house panel ≥10 Mut/Mb oder ≥16 Mut/Mb
POPLAR/OAK10 2L+ NSCLC In-house panel ≥16 Mut/Mb
IMvigor 21011,12 1L Urothelkarzinom FM panel 0.9-62.2 Mut/Mb
IMvigor 21012,13 2L+ Urothelkarzinom FM panel Mut/Mb
Pembrolizumab
KEYNOTE-00114,15 1L+ NSCLC WES 200 ns Mut/Tumor
KEYNOTE-01216Fortgeschrittene
solide TumorenWES 102 ns Mut/Tumor
Die Molekularpathologie im Deutschland bereitet sich auf die
Bereitstellung der qualitätsgesicherten TMB-Testung vor
WES: Whole Exome Sequencing
https://quip.eu/de_DE/
„Qualitätssicherungs-Initiative Pathologie“ („QuIP®“)
gemeinsame Unternehmung der Deutschen Gesellschaft für Pathologie e.V.
(DGP) und des Bundesverbandes Deutscher Pathologen e.V. (BDP)
Vorbereitung eines offenen Ringversuchs
• 10 Zentren
• 20 Proben mit WES Daten
• Verschiedene Panels
• Ziel: Präsentation der Ergebnisse Q4/2018
(Stand April 2018)
Vorteile einer NGS-basierten initialen molekularpathologischen Diagnostik
1. S3 Leitlinie Lungenkarzinoms, Leitlinienprogramm Onkologie; Langversion 1.0 – Februar 2018
AWMF-Registernummer: 020/007OL
Je nach Genpanel führt die NGS-Analyse zu folgenden umfassenden
Informationen:
• Klinisch relevante Genveränderungen inkl. Mutationen, Translokationen und
Copy Number Variations (CNVs)
• Mikrosatelliten-Instabilität (MSI)
• Negativ prädiktive Veränderungen
• Resistenzmutationen
• Tumormutationslast (TMB)
• Molekularpathologische Untersuchungen sollten innerhalb von 10 Arbeits-
tagen vorliegen1 und All-in-One Assays sind erstrebenswert.
TMB wird über Next-Generation Sequencing bestimmt
ALK, anaplastische Lymphomkinase; DNA, Desoxyribonukleinsäure; EGFR, Epidermal Growth Factor Receptor; PCR, Polymerase-Kettenreaktion;
qPCR, quantitative Polymerase-Kettenreaktion;TMB, Mutationslast des Tumors.
1. Van Allen EM et al. J Clin Oncol. 2013; 31(15): 1825-1833. 2. Linderman NI et al. J Thorac Oncol. 2013: 8(7): 823-859. 3. Cummings CA et al. Clin Transl
Sci. 2016; 9(6): 283-292. 4. Alexandrov LB et al. Nature 2013; 500(7463): 415-421. 5. Rooney MS et al. Cell. 2015; 160(1-2):48-61. 6. Johnson DB et al.
Cancer Immunol Res. 2016; 4(11): 959-967. 7. Frampton GM et al. Nat Biotechnol. 2013; 31(11): 1023-1031. 8. Roszik J et al. BMC Med. 2016; 14(1):168.
9. Warner JL et al. Genome Med. 2016; 8(1): 113. 10. Ng SB et al. Nature. 2009; 461(7261): 272-276. 11. Choi M et al. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 2009; 106(45): 19096-
19101.
z. B. EGFR, ALK, BRAF
Bestimmung der binären Expression in einer
kleinen Anzahl an Genen1,2
Sanger-Sequenzierung Umfassende ProfileWhole-Exome
Sequencing
z. B. TMB
Quantifizierung der komplexen
Krebsmutationslandschaft4-7
Sequenzinformationen zu einer
kleinen Anzahl häufig auftretender
Mutationen3
Höchst präzise Sequenzierung
liest bis zu 1000 Basenpaare
pro Durchlauf von bis zu
96 DNA-Templates ab3
Vorab festgelegtes Gen-Set
(normalerweise 170 - 500 Gene)8,9
• Alle kodierenden Bereiche
(180.000 Exone), welche ~1 %
des Genoms ausmachen10
• 85 % der Mutationen,
die zu Krankheiten beitragen,
befinden sich im kodierenden
Bereich11
Abgelesene genetische Information
PCR/qPCR
NGS-basierte Diagnostik mit TMB benötigt nicht das gesamte Genom
TMB als Companion Diagnostik kann in der ambulanten Situation über
EBM abgerechnet werden
EBM: Einheitlicher Bewertungsmaßstab
http://www.kbv.de/tools/ebm/html/19454_2901960085011091202016.html (Aufgerufen 13.04.2018)
EBM 19454:
„Mutationssuche zum Nachweis oder Ausschluss einer krankheitsrelevanten
oder krankheitsauslösenden somatischen genomischen Mutation mit klinisch
relevanten Eigenschaften in mehr als 20 Kilobasen kodierender Sequenz
einschließlich zugehöriger regulatorischer Sequenzen.“
• Extrabudgetär bis 2020
Zusammenfassung
1. Kowanetz M et al. Oral presentation at WCLC 2016. 2. Balar AV et al. Lancet. 2017;389:67-76. 3. Rizvi NA et al. Science. 2015;348(6230):124-128. 4. Frampton GM et al. Nat Biotechnol. 2013;31(11):1023-1033. 5. http://www.kbv.de/tools/ebm/html/19454_2901960085011091202016.html(Aufgerufen 13.04.2018)
TMB ist ein neuer prädiktiver Biomarker für immunonkologische
Therapien.
Ein hoher TMB Wert ist mit Ansprechen auf bestimmte I-O-Therapien assoziiert.1-3
Molekularpathologische Institute bereiten sich auf TMB Testung vor.
TMB wird unter Verwendung von Next-Generation Sequencing bestimmt.4
TMB kann an FFPE, Biopsien und Zytologien erhoben werden.
Erstattung der TMB Bestimmung zur Therapieentscheidung nach
Zulassung über EBM möglich.5
Die Bedeutung von TMB als Biomarker in der Immunonkologie wird
weiterhin aktiv erforscht.