Bijna de helft van de oestrogeenreceptorpositieve mammacarcinomen ontwikkelt na een aantal jaren resistentie tegen hormoontherapie. Sinds januari jl. onderzoekt het Europese project EpiPredict welke biologische mechanismen aan deze resistentie ten grondslag liggen en op basis van welke eigenschappen resistentie in de toekomst voorspeld zou kunnen worden. “Hierbij ligt het focus op de epigenetische eigenschappen van de tumoren”, vertelt projectcoördinator dr. Pernette Verschure, als universitair hoofddocent verbonden aan het Swammerdam Instituut voor Levenswetenschappen van de Universiteit van Amsterdam.
Epigenetica is het relatief nieuwe vakgebied dat de invloed van omkeerbare (erfelijke) veranderingen in genfunctie bestudeert. De epigenetische samenstelling van cellen en organismen, of ‘epigenoom’, reguleert met name de expressie van genen en wordt onder andere vormgegeven door histonmodificaties, DNA-methylering en de chromatinestructuur. De epigenetische eigenschapen uiten zich in de expressie van specifieke mRNA’s en eiwitten, en uiteindelijk in het fenotype van een cel of organisme. Zo speelt het epigenoom bijvoorbeeld een essentiële rol bij het programmeren van weefselspecifieke expressiepatronen tijdens de embryogenese. Daarnaast kan een ontregeld epigenoom juist bijdragen aan het ontstaan van kanker, metastasering en resistentie. De bijdrage van epigenetische ontregeling speelt in het geval van oestrogeenreceptor (ER)-positieve borsttumoren een belangrijke rol, omdat de werking van de ER als transcriptiefactor intrinsiek geregeld wordt door de epigenetische samenstelling van het genoom. Daarnaast blijkt uit experimenteel onderzoek dat het epigenoom van hormoonresistente mammacarcinomen ten opzichte van hormoongevoelige tumoren een andere samenstelling heeft.
EpiPredict
Onlangs werd aan het project EpiPredict door de Europese Unie, in het kader van het Marie Sklodowska-Curie Actions programma voor onderzoek en innovatie, een bedrag van 2,8 miljoen euro toegekend om de epigenetische eigenschappen van hormoonresistente mammacarcinomen te onderzoeken. Belangrijk onderdeel van dit innovatieve project vormt de opleiding van twaalf promovendi en de vijftien betrokken centra en bedrijven uit acht Europese landen. Onder deze partners bevinden zich de Universiteiten van Amsterdam, Groningen en Milaan, het Imperial College Londen, het Deutsche Krebs-forschungs Zentrum, het biologische onderzoekscentrum van de Hongaarse Academie van Wetenschappen, de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, en de commerciële partners Epiontis GmbH uit Duitsland en het Britse ClinicaGeno Ltd. Daarnaast is bij EpiPredict nog een aantal ‘associate partners’ aangesloten dat verschillende aspecten van het project ondersteunt, waaronder het Nederlandse bedrijf Synvolux Therapeutics. Het Europese EpiPredict project financiert de aanstellingen van jonge wetenschappers om hen in drie jaar tot zelfstandig onderzoeker op te leiden en om gezamenlijk de epigenetische eigenschappen van tamoxifenresistente mammacarcinomen in kaart brengen. Daarnaast zullen op grond van deze eigenschappen modellen worden gemaakt, waarmee het resistentierisico voorspeld zou kunnen worden. “De onderzoekers kunnen grofweg verdeeld worden in profilers die bijvoorbeeld analyses op patiëntenmateriaal, celsystemen en diermodellen uitvoeren, modellers die op basis van gegevens geanalyseerd door een grote groep bioinformatici voorspellende modellen maken en experimentele modulators die in celsystemen en diermodellen het effect van veranderingen in de epigenetische regulatie onderzoeken. De bioinformatici staan onder andere voor de uitdaging om verschillende datasets te analyseren en te vergelijken”, aldus Pernette Verschure. De verkregen kennis kan in de toekomst bijdragen aan een verbeterde diagnostiek en mogelijk zelfs behandeling van ER-positieve borsttumoren.
Systems medicine
Een prominent einddoel van EpiPredict is om van individuele patiënten de verschillende biologische informatielagen door middel van systems medicine aan elkaar te koppelen. Rode draad van dit onderzoek vormt een aantal biologische mechanismen waarvan bekend is dat zij een belangrijke rol spelen bij het ontstaan van resistentie bij mammatumoren. Deze mechanismen zijn met name de signaaltransductieroute van de oestrogeen- en epidermale groeifactorreceptoren, het celmetabolisme en de celcyclus. Verschure: “De verwachting is dat deze benadering zal bijdragen aan een beter begrip van de complexe interactie tussen verschillende biologische systemen in het ontstaan van hormoonresistente borsttumoren. Om dit doel te verwezenlijken brengt elke partner zijn eigen expertise in. Zo zullen bijvoorbeeld twee klinisch georiënteerde partners, te weten het Imperial College Londen en het Deutsche Krebs-forschungs Zentrum, de epigenetische, moleculair-biologische en klinische gegevens van ongeveer 200 borstkankerpatiënten verzamelen en analyseren.” Volgens Verschure is hiervan reeds een groot deel uitgevoerd. Daarnaast ontwikkelden de twee genoemde instituten verschillende tamoxifenresistente en controle cellijnen waarvan de biologische gegevens in de analyses meegenomen worden. In het project zullen ook diermodellen van tamoxifenresistentie bestudeerd worden. Ten slotte zullen de wetenschappers uit Milaan de relatie tussen epigenetische veranderingen en de invloed van het metabolisme op tumorresistentie onderzoeken. De analyseresultaten van de verschillende partners zullen bovendien worden aangevuld met gegevens uit de literatuur.
Heterogeniciteit, omkeerbaarheid en modificatie
Een belangrijke vraag van het subproject van Verschure is of de epigenetische resistentiemechanismen reeds vóór de hormoontherapie in een klein aantal tumorcellen aanwezig zijn of dat deze mechanismen zich juist tijdens de behandeling, en in de meerderheid van de tumorcellen, ontwikkelen of profileren, de zogenaamde rol van heterogeniciteit. Een andere vraag is tot welk moment in het leven van een tumorcel resistentie nog reversibel is. Met name de cellijnen maken het mogelijk om in een experimentele context het epigenoom te veranderen met innovatieve technieken. Vooral de onderzoeksgroep van Verschure, het UMC Groningen, de Zwitserse Eidgenössische Technische Hochschule Zürich en de Hongaarse Academie van Wetenschappen zijn bedreven in het ontwikkelen en uittesten van dergelijke innovatieve technieken. Het UMC Groningen en de groep van de Hongaarse Academie van Wetenschappen werkt aan het specifiek targeten van de epigenetische DNA-methylering en/of histonmodificaties. De Zwitserse groep van prof. dr. Martin Fussenegger gaat een netwerk van genen epigenetisch schakelen. “Eén van de beoogde doelen van het modificeren van de epigenetische samenstelling is om de specificiteit van dergelijke epigenetische targeting te verbeteren. Het veld van de synthetische biologie heeft de afgelopen jaren een enorme vlucht genomen. De synthetische biologie geeft nieuwe mogelijkheden om bijvoorbeeld met dergelijke technieken epigenetische behandeling minder aspecifiek te maken dan bijvoorbeeld het geval is bij de huidige epigenetische drugs”, legt Verschure uit. “In het EpiPredict-project ontwikkelen we innovatieve epigenetische technieken om voorspellingen op basis van de computer- en bioinformatische analyses te testen.”
Voorspellende modellen
Op basis van de verkregen biologische informatie wordt door middel van nieuwe en bestaande computermodellen geprobeerd om de effecten van epigenetische eigenschappen, epigenetische biomarkers, op het resistentievermogen van tumorcellen te voorspellen. Voorspellende modellen, zogenoemde epigenetische signatures, worden vervolgens proefondervindelijk getest. Dit gebeurt door de epigenetische eigenschappen in cellijnen en muismodellen met deels in het project opgezette innovatieve tools te modificeren en daarvan de consequenties in kaart te brengen. “In de toekomst kunnen deze epigenetische signatures mogelijk tot een diagnostische toepassing ontwikkeld worden. Daarnaast zou het natuurlijk heel mooi zijn als er al geneesmiddelen bestaan die op onderdelen uit deze signatures, bijvoorbeeld specifieke epigenetische modificaties, aangrijpen. EpiPredict biedt echter in eerste instantie de mogelijkheid om samen met een groot aantal Europese partners een netwerk op te zetten en bouwstenen voor toekomstige, mogelijk meer translationele, projecten te kunnen leggen”, besluit Verschure.
Dr. R. van der Voort, wetenschapsjournalist
Commentaar prof. dr. S.C. Linn, internist-oncoloog, Antoni van Leeuwenhoek, Amsterdam
Ieder jaar krijgen in Nederland circa 15.000 vrouwen en 100 mannen borstkanker. Circa 75% geneest van deze ziekte. Dit betekent dat een op de vier patiënten ondanks alle behandelingen de ziekte terugkrijgt en hieraan overlijdt. Circa 75% van alle patiënten heeft een hormoonreceptor (HR)-positieve borstkanker. Deze groep patiënten wordt veelal nabehandeld met adjuvant hormonale therapie. Naast het terugdringen van de non-compliance die optreedt in 25-30% van de patiënten, is onderzoek naar andere oorzaken van therapiefalen van groot belang. Behoudens cycline D1 (CCND1)-amplificatie en, veelal verworven, ESR1-mutatie, lijken inderdaad vooral epigenetische modificaties een rol te spelen bij hormonale resistentie van borstkankercellen. Zo zijn er sterke aanwijzingen dat activering van het fosfatidyl-inositol 3-kinase (PI3K)-signaaltransductiepad tot hormonale resistentie leidt. Tot op heden worden echter geen van deze kandidaatbiomarkers gebruikt in de klinische praktijk. Wel wordt in de gemetastaseerde setting, na falen op een aromataseremmer, een combinatie gebruikt van een mTOR-remmer (everolimus) met exemestaan. Ook voor het inzetten van deze combinatietherapie bestaan in de kliniek geen biomarkers, terwijl deze wel zeer gewenst zouden zijn omdat everolimus relatief veel bijwerkingen kent. Naar verwacht zal binnenkort ook de add-on palbociclib geregistreerd worden voor uitgezaaide, HR-positieve, HER2-negatieve borstkanker. Palbociclib is een CDK4/6-remmer en zou op basis van preklinische gegevens vooral effectief zijn tegen tumoren met een CCND1-amplificatie. Overtuigende klinische gegevens voor deze hypothese ontbreken vooralsnog.
Of histonmodificaties en DNA-methylering van belang zijn bij hormonale resistentie in de kliniek is nog grotendeels onbekend. Wat dat betreft zie ik uit naar de resultaten van het EpiPredict-project. Indien er veelbelovende epigenetische signatures gevonden worden, dan zijn de juiste vervolgonderzoeken om deze resultaten naar de kliniek te brengen cruciaal. Dit is alleen goed uit te zoeken in tumormateriaal van patiënten die meegedaan hebben aan een klinische studie waarbij er een randomisatie plaats heeft gevonden tussen wel of geen hormonale behandeling. Voor het valideren van een biomarker zijn namelijk vier groepen nodig: patiënten met de biomarker van interesse, zonder de biomarker van interesse, behandeld met het middel van interesse en niet behandeld met het middel van interesse. Vooral die laatste groep ontbreekt nog al eens. Het is prijzenswaardig dat er nu een Europees netwerk opgezet is om dit soort onderzoeken op grote schaal en met de juiste patiëntseries uit te voeren. Alleen door intensieve samenwerking over lands- en instituutsgrenzen heen kunnen de juiste stappen gezet worden om ervoor te zorgen dat straks iedere patiënt een behandeling op maat krijgt, waardoor effectiviteit gemaximaliseerd, en bijwerkingen geminimaliseerd worden.
Oncologie Up-to-date 2015 vol 6 nummer 4