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

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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.