Androgen receptor modulation: A tailored approach for oestrogen receptor-positive metastatic breast cancer

Abstract

[eng] Breast cancer (BC) is the most diagnosed cancer in women and the second leading cause of cancer-related deaths in this population. Luminal BC accounts for 70% of tumours and is characterised by the expression of hormone receptors: the oestrogen receptor (ER) and the progesterone receptor (PgR). The main treatment strategy for these patients in the metastatic setting is the combination of endocrine therapy (ET) with CDK4/6-inhibitors (CDK4/6i). Despite the significant benefit of these therapies, many patients do not tolerate ET or present mechanisms of intrinsic or acquired resistance, hence novel therapies are needed. The androgen receptor (AR) is co- expressed with ER in 75% of BC tumours and has a tumour suppressor role in luminal B breast cancer. Selective androgen receptor modulators (SARMs) that activate the AR in a tissue-specific manner do not exhibit virilising effects and have been proposed as a therapeutic strategy for ER+ BC. Mechanistically, it has been proposed that agonist activation of AR alters the genomic distribution of ER and essential co- activators, resulting in the repression of ER-regulated cell cycle genes and upregulation of AR target genes, including known tumour suppressors. Two SARMs are currently being developed and have shown clinical benefit in ET-resistant BC patients with AR expression.

The aims of this thesis are to study the activity of the SARM EP0062 in a cohort of ER+/HER2- BC patient-derived xenograft (PDX) models to identify biomarkers of response and to dissect the mechanism whereby AR and ER mediate the antitumor activity of the SARM. The PDX panel is composed of 39 models derived from patients mostly pre-treated with ET and representative of the ER+/HER2- metastatic BC population in terms of nuclear ER, PgR and AR protein levels, molecular alterations and BC intrinsic subtype. We identified a subset of hormone-dependent PDX models that were characterised by high expression of hormone receptor levels, enrichment of oestrogen response signatures and a marked decrease of Ki67-proliferation marker upon hormone deprivation. In a subset of 12 hormone-independent PDX models, the SARM EP0062 exhibited superior antitumor activity than the selective oestrogen receptor degrader (SERD), fulvestrant, and similar antitumor activity than a next generation SERD. EP0062 displayed antitumor activity across tumours harbouring ESR1, PIK3CA or PTEN-alterations and sensitive tumours were enriched in GATA3- frameshift mutations. Of note, AR and ER protein levels did not predict response to EP0062 nor AR nuclear translocation after treatment. In agreement, the SARM equally induced AR-target genes both in resistant and sensitive models. Amongst the genes specifically downmodulated across EP0062-sensitive models, we identified ESR1 and E2F1, consistent with decreased S-phase cyclins upon treatment. The addition of the CDK4/6-inhibitor palbociclib enhanced the antitumor activity of EP0062 or fulvestrant in ESR1-mutant, but not in HER2-enriched or PTEN-mutant PDX models, which is consistent with clinical observations of resistance to CDK4/6i.

In conclusion, this thesis provides compelling evidence of the activity of SARMs compared to a next generation SERD in clinically relevant PDX models. EP0062 triggers an E2F1 downmodulation which mediates a potent antiproliferative activity. For EP0062-resistant tumours that remain ER-driven, the addition of palbociclib displays a potent antitumor effect. Hence, the combination of a SARM plus a CDK4/6i is a potent therapy for AR+/ER+/HER2- metastatic BC patients who do not tolerate ET and/or are resistant to the current standard of care, fulvestrant plus CDK4/6i.

[cat] El càncer de mama (CM) és el càncer més diagnosticat en dones i la segona causa de mortalitat associada a càncer en aquesta població. El CM luminal representa el 70% dels tumors i es caracteritza per l'expressió de receptors hormonals: el receptor d'estrògens (ER) i el receptor de progesterona (PgR). La principal estratègia de tractament per a aquests pacients en el context metastàtic és la combinació de la teràpia endocrina (ET) amb els inhibidors de CDK4/6 (CDK4/6i). Malgrat el benefici d'aquestes teràpies, molts pacients no toleren la teràpia endocrina o presenten mecanismes de resistència intrínseca o adquirida i, per tant, necessiten noves teràpies. El receptor d'andrògens (AR) s'expressa conjuntament amb el ER en el 75% dels tumors de CM i té un paper supressor tumoral en el CM luminal. Els moduladors selectius del receptor d'andrògens (SARMs) que activen l'AR d'una manera específica en certs teixits, no presenten efectes virilizants i s'han proposat com a estratègia terapèutica per al CM luminal. A nivell del mecanisme, s'ha proposat que l'activació agonista del AR altera la distribució genòmica del ER i dels coactivadors essencials, el que resulta en la repressió dels gens del cicle cel·lular regulats pel ER i la inducció dels gens diana del AR, inclosos gens supressors tumorals. Actualment s'estan desenvolupant dos SARMs que han demostrat beneficis clínics en pacients amb CM resistents a ET amb expressió de AR.

Els objectius d’aquesta tesi són estudiar l’activitat del SARM EP0062 en una cohort de models de xenoimplant derivat de pacient (PDX) de CM ER+/HER2- per identificar biomarcadors de resposta i analitzar el mecanisme pel qual AR i ER participen en l’activitat antitumoral del SARM. El panell de PDX està compost per 39 models derivats de pacients majoritàriament pretractades amb ET i representatius de la població de CM metastàtic ER+/HER2- en termes de nivells de proteïna nuclear del ER, PgR i AR, alteracions moleculars i subtipus intrínsec de CM. Vam identificar un conjunt de models PDX dependents d'hormones que es caracteritzaven per una alta expressió dels nivells de receptors hormonals, un enriquiment de les signatures de resposta d'estrogen i una disminució marcada del marcador de proliferació Ki67 després de la privació hormonal. En 12 models PDX independents d'hormones, el SARM EP0062 va presentar una activitat antitumoral superior a la del degradador selectiu del receptor d'estrogen (SERD), fulvestrant, i una activitat similar al SERD de nova generació camizestrant. EP0062 va mostrar activitat antitumoral en tumors que contenen alteracions de ESR1, PIK3CA o PTEN i els tumors sensibles estaven

enriquits en mutacions de canvi de pauta de lectura en GATA3. Cal destacar que els nivells de proteïna del AR i ER no van predir la resposta a EP0062 com tampoc la translocació nuclear del AR després del tractament. A més, la inducció dels gens modulats per AR va ser similar després del tractament amb el SARM tant en models sensibles com resistents. Entre els gens els quals disminueix la seva expressió amb el tractament EP0062 en els models sensibles, identifiquem ESR1 i E2F1, consistent amb una disminució de les ciclines de fase S durant el tractament. L'addició de l'inhibidor de CDK4/6 palbociclib va millorar l'activitat antitumoral d'EP0062 o fulvestrant en models PDX amb mutació al gen ESR1, però no en models PDX amb un subtipus intrínsec HER2-enriquit o amb mutació en PTEN, en concordança amb les observacions clíniques de resistència als CDK4/6i.

En conclusió, aquesta tesi proporciona evidències convincents de l’activitat dels SARM en comparació amb un SERD de nova generació en models PDX clínicament rellevants. EP0062 desencadena una baixada a l'expressió d'E2F1 que promou una potent activitat antiproliferativa. Per als tumors resistents a EP0062 que continuen sent dependents del ER, l'addició de palbociclib mostra un efecte antitumoral potent. Per tant, la combinació d'un SARM més un CDK4/6i és una teràpia potent per a pacients amb CM metastàtic AR+/ER+/HER2- que no toleren l'ET i/o són resistents al tractament estàndard actual, fulvestrant en combinació amb CDK4/ 6i.