Heterogeneity of biomarker expression in non-small cell lung cancer

Abstract

L’èxit de de la medicina de precisió en oncologia depèn, en gran mesura, d’una adequada selecció dels pacients que rebran teràpies dirigides contra dianes específiques del seu tumor. Per poder seleccionar els pacients, és indispensable disposar de biomarcadors amb valor predictiu que informin les decisions terapèutiques. MET i PD-L1 són dos receptors de membrana rellevants en la biologia del carcinoma pulmonar no microcític (CPNM). MET és un oncogen i l’activació de la seva via es troba relacionada amb múltiples processos pro-tumorals com són la proliferació i la motilitat cel·lulars, així com la invasió d’estructures veïnes. PD-L1 és una molècula clau en la resposta immunitàries, i la seva sobre-expressió en els tumors està relacionada amb la capacitat de les cèl·lules tumorals d’evitar el seu reconeixement i destrucció per part del sistema immunitari. Actualment, existeixen teràpies específiques dirigides contra aquestes molècules. L’estratègia més emprada per seleccionar els pacients que se’n poden beneficiar és la determinació de l’expressió d’ambdues molècules en teixit tumoral. Tanmateix, el valor de MET i de PD-L1 com a biomarcadors predictius i el mètode pel qual s’han de determinar és subjecte de debat. Estudis recents han detectat un alt grau d’heterogeneïtat genòmica en mostres tumorals en CPNM. Aquesta heterogeneïtat podria afectar de forma rellevant la classificació de pacients basada en l’expressió de biomarcadors. A més, aquest fet seria especialment rellevant en el cas del CPNM, ja que l’estudi de biomarcadors es fa generalment en mostres petites de teixit, provinents de biòpsies o citologies obtingudes mitjançant tècniques mínimament invasives. L’objectiu principal dels treballs presentats en aquesta tesi és estudiar l’heterogeneïtat de l’expressió de MET i PD-L1 en mostres de CPNM. Amb aquesta finalitat, hem analitzat mostres tumorals procedents de pacients tractats quirúrgicament de CPNM a l’Hospital del Mar. De cada tumor, hem seleccionat múltiples àrees geogràficament separades, les quals hem analitzat de forma independent. En l’estudi en que hem avaluat MET hem seleccionat quatre àrees per cada pacient, mentre que en l’estudi de PD-L1 n’hem seleccionat dues. En cada àrea tumoral, hem mesurat l’expressió de MET i de PD-L1 mitjançant mètodes d’immunohistoquímica i d’hibridació in situ fluorescent (FISH). Finalment, hem comparat l’expressió de MET i de PD-L1 entre diferents àrees tumorals. En el cas de MET, hem trobat discordances entre diferents àrees tumorals en un 20-40% per immunohistoquímica i en un 25-50% per FISH. En el cas de PD-L1, aquesta discordança ha estat major si es valora només l’expressió en limfòcits infiltrants de tumor (17-27%) que si es valora en cèl·lules tumorals (10-19%). A més, un 36% dels casos amb amplificació del gen que codifica PD-L1 determinada per FISH presenten aquesta amplificació només en una de les dues àrees analitzades. En conjunt, els nostres resultats suggereixen que l’expressió d’ambdós biomarcadors és heterogènia, tant si es mesura mitjançant immunohistoqumímica com mitjançant FISH. Aquesta heterogeneïtat pot tenir un impacte potencial en la classificació de tumors basada en l’expressió de biomarcadors i per tant, pot suposar una dificultat afegida a l’hora de desenvolupar teràpies dirigides per pacients amb CPNM.

The success of precision medicine in oncology is dependent to a large extent on an adequate selection of patients who will receive targeted therapies aimed at specific molecular traits of their tumor. In order to be able conduct such patient selection, predictive biomarkers that can inform therapeutic decisions are essential. MET and PD-L1 are two relevant membrane receptors for non-small cell lung cancer (NSCLC) biology. MET is an oncogene the activation of which is involved in multiple pro-tumorigenic processes such as cell proliferation, motility and invasion. PD-L1 is a key molecule that acts during the immune response, and its overexpression in tumors is thought to mediate the ability of tumor cells to avoid immune cell recognition and destruction. Currently, there are specific therapies directed against these molecules. The most commonly used strategy to select the patients that will benefit from such drugs is the analysis of the expression of both molecules in tumor tissue. However, the value of MET and PD-L1 as predictive biomarkers and the method by which it should be determined is a subject of debate. Recent studies have detected a high degree of genomic heterogeneity in NSCLC tumor samples. This heterogeneity could significantly affect biomarker-based patient classification especially in the case of NSCLC, since biomarker studies are usually performed in small biopsies or cytology samples obtained through minimally invasive techniques. The main objective of the work presented in this thesis is to study the heterogeneity of the expression of MET and PD-L1 in NSCLC samples. For this purpose, we have analyzed tumor samples from NSCLC patients that had undergone surgical treatment at Hospital del Mar. Of each tumor, we have selected multiple geographically separate areas, which we analyzed independently. In the study evaluating MET, we selected four tumor areas per patient, while in the study evaluating PD-L1 we selected two areas. In each tumor area, we measured the expression MET and PD-L1 using immunohistochemical and fluorescence in situ hybridization methods (FISH). Finally, we compared the expression of MET and PD-L1 in different tumor areas. Regarding MET, we have found discordances between different tumor areas in 20-40% of cases using immunohistochemistry and in 25-50% of cases using FISH. Regarding PD-L1, this discrepancy was greater if we evaluated PD-L1 expression in tumor infiltrating lymphocytes (17-27%) than if we did so only in tumor cells (10-19%). Moreover, 36% of the cases with amplification of the gene coding for PD-L1 determined by FISH presented gene amplification only in one of the two areas analyzed. Overall, our results suggest that the expression of both biomarkers is heterogeneous, whether measured by immunohistochemistry or by FISH. This heterogeneity can have a potential impact on the classification of tumors based on the expression of biomarkers and, therefore, could represent a hurdle for the development of targeted therapies for NSCLC patients.