La trasformazione neoplastica è un processo che
comprende una serie di mutazioni a carico di geni
codificanti proteine essenziali nella proliferazione
oncosoppressori
oncogeni
CELL
DIFFERENTIATION
CELL
DIVISION
Cell cycle and
cytotoxic
opportunities
G2 PERIOD
G1 PERIOD
CELL
LIFE CYCLE
TIME
Farmaci
“selettivamente”
antiproliferativi
(CHROMOSOME REPLICATION)
S-PHASE
Agenti citotossici
Alkylating
Agents
AntiMetabolites
Mitotic
Inhibitors
Antibiotics
Busulfan
Cytosine
Etoposide
Bleomycin
Carmustine
Arabinoside
Teniposide
Dactinomycin Hydroxyurea
Chlorambucil
Floxuridine
Vinblastine
Daunorubicin Procarbazine
Cisplatin
Fluorouracil
Vincristine
Doxorubicin
Cyclophosphamide Mercaptopurine Vindesine
Mitomycin-c
Ifosfamide
Mitoxantrone
Melphalan
Methotrexate
Taxoids
Plicamycin
Others
L-asparaginase
Effetti collaterali indotti dagli agenti citotossici
Mucositis
Alopecia
Pulmonary fibrosis
Nausea/vomiting
Diarrhea
Cystitis
Cardiotoxicity
Local reaction
Sterility
Renal failure
Myalgia
Myelosuppression
Neuropathy
Phlebitis
Sviluppo clinico degli agenti citotossici
Tipico effetto citotossico
OBD >MTD
Tossicità
Dose
Target
Effetto
antitumorale
MTD OBD
OBD, dose biologica ottimale; MTD, massima dose tollerata
Rowinsky 2000
Efficacia della chemioterapia
nelle neoplasie del colon-retto in fase
metastatica
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
lo
r
FU
w
bo
te
FU
no
m
FU
bo
lo
FA
FU w b
ol
FA
o
m
bo
lo
FU
M
To TX
m
ud
ex
FU
FU
IC
be
st
m
od
FU
FA
IR
FU
FA I
O
XA
PFS
OAS
Bersagli Molecolari
General target
Specific target
Agent or approach
Signal transduction
Growth factor receptors
HER1 (EGFR)
HER2
Bcr-Abl
Ras
Raf
Tarceva Iressa Cetuximab
®
Herceptin
Glivec
Farnesyl transferase inhibitors
Antisense oligonucleotides
VEGFR2
VEGF
Matrix metalloproteinases
Integrins
SU5416
rhuMAb (Avastin )
Neovastat
Vitaxin
Tumour suppressor
gene
p53
p16
Gene therapy
Gene therapy
Cell cycle control
Cyclin-dependent
kinases
Flavopiridol
Angiogenesis and
metastasis
TM
TM
TM
TM
TM
TM
Sviluppo clinico degli agenti biologici a
“bersaglio specifico”
Agenti biologici
Farmaci cytotossici
OBD <MTD
OBD >MTD
Tossicità
Dose
Target
Tossicità
Effetto
antitumorale
Effetto
antitumorale
Dose
Target
Dose
MTD OBD
Dose
OBD
MTD
OBD, dose biologica ottimale; MTD, massima dose tollerata
Rowinsky 2000
Un esempio paradigmatico
di terapia molecolare
bersaglio-specifica
“il recettore per l’EGF”
The EGFR (erbB) family
Ligands
EGF
TGF-
Amphiregulin
-cellulin
HB-EGF
Epiregulin
No specific
ligands often acts as
dimer partner
Heregulins
NRG2
NRG3
Heregulins
-cellulin
Extracellular
Cysteine-rich
Receptor domain
Membrane
Intracellular
Tyrosine kinase
domain
Wells 1999
K
K
K
K
erbB1
HER1
EGFR
erbB2
HER2
neu
erbB3
HER3
erbB4
HER4
Ligando
EGF
TGF-
Amphiregulin
-cellulin
HB-EGF
Epiregulin
X
Extracellulare
Membrana
Intracellulare
dominio
tirosin chinasico
K
erbB1
HER1
EGFR
Wells 1999
K
erbB2
HER2neu
K K
P
P P
omodimero
HER1/HER1
K K
P
P P
eterodimero
HER1/HER2neu
Nature Rev .Vol 5:341, 2005
Ruolo fisiologico dei recettori della
famiglia Erb
EGFR -/-
Alterazioni sviluppo epitelio intestinale,
epitelio polmonare, cute
Neurodegenerazione talamica e corticale
ErbB2-/-
Alterazioni sviluppo
cardiaco
“heart-restricted ErbB2-inactivation”
Cardiopatia dilatativa
ErbB4-/-
Alterazioni sviluppo
cardiaco/neurale
Neuregulina 1-/-
Alterazioni sviluppo
cardiaco
Espressione dell’EGFR nei tumori umani
Tumore
Espressione
Prognosi
Rischio di
metastasi
Colon-retto
25-77%
avversa
aumentato
Testa-collo
95-100%
 DFS, OAS
Pancreas
NSCLC
30-89%
40-80%
OAS
Rene
Vescica
Ovaio
50-90%
30-48%
35-70%
 OAS
aumentato
EGFR signal transduction in tumor cells
Ligand
EGFR
K
PI3-K
EGFR-TK
K
pY
pY
pY
GRB2
SOS
RAS RAF
STAT3
PTEN
AKT
MEK
Gene transcription
Cell cycle progression
MAPK
PP
Proliferation /
maturation
DNA
Myc
JunFos
Myc
Cyclin
D1
Cyclin D1
Survival
(anti-apoptosis)
Chemotherapy /
Metastasis
radiotherapy Angiogenesis
resistance
Perchè inibire le funzioni dell’EGFR?

L’attivazione dell’EGFR promuove la crescita
e la sopravvivenza delle cellule tumorali

L’espressione o l’iperespressione è un evento
comune in numerosi tipi di neoplasie solide.
Tale espresssione è generalmente associata
ad un peggioramento della prognosi

Pertanto, l’inibizione funzionale dell’EGFR
rappresenta un approccio razionale nel
trattamento delle neoplasie umane
Strategies to inhibit EGFR signaling
Immune
effector
cell
Anti-EGFR mAbs
(eg cetuximab)
Anti-ligand
mAbs
Bispecific
Abs
Ligand / toxin
conjugate
Nucleus
EGFR tyrosine
kinase inhibitors
(EGFR-TKIs)
(gefitinib,erlotinib)
Adapted from Noonberg & Benz 2000
Inibitori dell’attività TK dei recettori della
famiglia dell’EGF
Agente
Molecole/Legame
Specificità
Neoplasie
Fase
erlotinib
anilinchinazolinico
reversibile
HER1 TK
NSCLC, HN,
mammella,ovaio, prostata,
pancreas, colon, glioma
Appr.
gefitinib
anilinchinazolinico
reversibile
HER1 TK
NSCLC, HN,
mammella,ovaio, prostata,
pancreas, colon, glioma
Appr.
EKR-569
3-cianochinolone
irreversibile
HER1/2 TK
NSCLC, mammella, altre
neoplasie con erbB alterato
1/2.
CI-1033
anilinchinazolinico
irreversibile
HER1-4 TK
NSCLC, mammella, altre
neoplasie con erbB alterato
1/2.
lapatinib
6-tiazolilchinazolinico
reversibile
HER1/2 TK
Mammella, neoplasie con
erbB alterato
3
Cetuximab (C225)
MAbs
Ligando
K K
Trasduzione
del segnale
 IgG1 MAb (chimerico)
 Legame specifico all’EGFR
e ai suoi eterodimeri
 Alta affinità per l’EGFR
(1 log maggiore del ligando
naturale)
 Emivita 114 ore (75-188)
 Stimola l’internalizzazione del
recettore
 Blocca la dimerizzazione del
recettore, la sua attività TK, e la
trasduzione del segnale.
Gefitinib blocks the growth of
established xenografts
Gefitinib
Vehicle
Tumor 2.0
volume
(mm3) 1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
0
20
40
60
80
Duration of treatment (days)
Wakeling et al 2002
100
120
Cetuximab inhibits the invasion
of established xenografts
Tumor
volume
(mm3)
Muscle
Vascular
Bone
Perineural
220
6/8
5/8
5/8
3/8
15
Cetuximab
(0.5 mg/bi-weekly)
3/8
1/8*
1/8*
0/8*
Control
aNumber
Locoregional invasion tissuea
of mice with invasion/number of injected mice
*p<0.05
Huang et al 2002
Cell cycle analysis by flow cytometry
SCC-13Y cells
48 hrs
G1
G1
G2M
G2M
S
S
Harari PM and Huang SM Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., 2001
Effetto della combinazione C225+RT
linea cellulare SSC-1
Harari PM and Huang SM Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., 2001
Radiation-induced apoptosis
Flow cytometric
determination of apoptosis
by DNA staining
-SCC-13Y cells-
sub-diploid population
Harari PM and Huang SM Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., 2001
Fattori in grado di determinare la sensibilità
all’inibizione del recettore dell’EGF
La cellula deve dipendere, per la sua sopravvivenza,
dall’aumentata espressione dell’EGFR (oncogene
addiction)
•Amplificazione genica (ErbB1 – ErbB2)
•Presenza di mutazioni attivanti costitutivamente il
recettore (ErbB1)
tempo
Amplificazione genica
Vantaggio selettivo
(EGF-R)
(EGF-R)
Iper-espressione temporanea
(EGF-R)
FISH
Sito
ATP
25 -28
Dominio regolatorio
21 -24
C-Lobe
18 -20
N-Lobe
Regione transmembrana
17
13 -16
8 - 12
5-7
2- 4
Dominio extracellulare
Dominio TK
•Mutazione puntiformi esone 21 (L858R) (39%)
•Delezione esone 19 (46%)
•Mutazione puntiformi esone 20 (T790M)
Fattori in grado di determinare la sensibilità
all’inibizione del recettore dell’EGF
La cellula deve dipendere, per la sua sopravvivenza,
dall’aumentata espressione dell’EGFR (oncogene
addiction)
Adeguati livelli d’inibizione dell’EGFR
•dose
•farmacocinetica
•tipo d’inibitore usato
Fattori in grado di determinare la sensibilità
all’inibizione del recettore dell’EGF
La cellula deve dipendere, per la sua sopravvivenza,
dall’aumentata espressione dell’EGFR (oncogene
addiction)
Adeguati livelli d’inibizione dell’EGFR
•dose
•farmacocinetica
•tipo d’inibitore usato
Alterazioni del pathway a valle dell’ EGFR (es.
mutazioni attivanti K-ras, iperespressione proteine
ciclo cellulare)
X
X
K K Inibitore TK
P
P P
K K Inibitore TK
P
P P
X
X
Ciclina D1
Ciclina D1
Ciclina D1
proliferazione
proliferazione
proliferazione
K K
P
P P
X
L’iperespressione della ciclina D1 è associata a resistenza
relativa nei confronti d’inibitori dell’attività TK dell’EGFR
Kalish, L. H. et al. Clin Cancer Res 2004;10:7764-7774
Copyright ©2004 American Association for Cancer Research
Mutazioni dell’esone 2 del K-ras correla con la resistenza
al cetuximab nei tumori del colon-retto
11%
51%
5 RP + 22 SD
Khambata-Ford, S. et al. J Clin Oncol; 25:3230-3237 2007
Copyright © American Society of Clinical Oncology
Bokemeyer C et al., JCO 2009
Come possiamo migliorare l’efficacia dei
trattamenti a bersaglio molecolare ?
• Strategie terapeutiche che contemplino
l’utilizzo di diversi farmaci a bersaglio
molecolare specifico
• Identificazione di fattori predittivi di
risposta al trattamento con farmaci a
bersaglio molecolare (es. anti-EGFR)
Evidence for combining EGFR and VEGF inhibitors
Interactions between
EGFR and VEGF patwhays:
 EGFR and VEGF share
common downstream signalling
 Endothelial cells express EGFR
 EGF stimulation  VEGF
 Resistance to anti-EGFR → upregulation of pro-angiogenetic
factors
Ciardiello, F. et al. Ann Oncol 2006
Ciardiello, F. et al. Clin Cancer Res 2000
Tossicità cutanea
farmaci inibitori di EGFR
(cetuximab, erlotinib, gefitinib)
Tipo
Descrizione
Rash acneiforme
Eritema o eruzione maculare o papulare con o senza
prurito, associato a desquamazione secca
Xerosi
Paraonichia
Secchezza generalizzata della cute con fine
desquamazione, fino alla comparsa di fissurazione
della cute
Eventi infiammatori dei tessuti che circondano
l’unghia, fino alla formazione del granuloma
piogenico
Tronco
Giorno +192
Alluce piede destro
Giorno +150
Correlation of rash and survival after
treatment with ERBITUX
16
Survival (months)
14
12
10
8
6
4
2
0
Study:
CRC
CRC
CRC
CRC
Pancreatic
SCCHN
99231
01412
BOND3
EORTC/NCI4
Abbruzzese5
Kies6
No reaction
Grade 1
Grade 2
Grade 3
1. Saltz L, et al. ASCO 2001, # 7; 2. Saltz L, et al. J Clin Oncol 2004;22:1201–1208;
3. Cunningham D, et al. N Engl J Med 2004;351:337–345; 4. Van Cutsem E, et al. EORTC/NCI Geneva 2004;
5. Abbruzzese, et al. ASCO 2001. # 518; 6. Kies, et al. ASCO 2002; # 925
Overall Survival by Worst Grade of Skin Toxicity in the
Panitumumab Patients
1.0
Grade 2-4
Grade 1
0.9
Survival Probability
0.8
Hazard ratio=0.61a
(95% CI: 0.40, 0.95)
P =.0278
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
1
2
3
4
5
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Months from Randomization
Patients at risk:
Grade 2-4
152 150 138 120 99 71 58
Grade 1
57 55 47 34 24 20 12
a
39
8
Hazard ratio for Grade 2-4 relative to Grade 1, stratified by ECOG and geographic region
29
5
17
4
13
3
9
2
6
0
5
0
1
0
0
0
0
0
Materiale incluso in paraffina
sezioni rappresentative
IHC
FISH
EGFR, HER2
EGFR, HER2m pMAPK,
pAKT, KI-67, …..
Stratificazione x n.copie
Microdissezione
Estrazione DNA
Mutazioni EGFR, HER2, Ki-RAS
qPCR-EGFR,
polimorfismo introni EGFR
Decorso della malattia
Franklin WA, ASCO 2005