SCAN-B populationsbaserad biobankning med molekylär analys av prognostiska och behandlings-prediktiva markörer i bröstcancer

Transkript

1 populationsbaserad biobankning med molekylär analys av prognostiska och behandlings-prediktiva markörer i bröstcancer Åke Borg, professor Avd för Onkologi, Medicon Village LUCC, Create Health Lunds Universitet

2 populationsbaserad biobankning med molekylär analys av prognostiska och behandlings-prediktiva markörer i bröstcancer Åke Borg, professor Avd för Onkologi, Medicon Village LUCC, Create Health Lunds Universitet

3 Cancer annual incidence in Sweden * Men Figure 2a: The ten most frequent cancer sites, males Per Per cent cent Prostate Skin, Skin, (excl melanoma) Bladder Colon 7.0 Colon 7.0 Colon Trachea, Trachea, bronchus, bronchus, lung lung & pleura 6.2 pleura 6.2 Malignant Urinary Urinary organs, organs, melanoma excl. excl. kidney 6.0 kidney 6.0 Lung Malignant melanoma of skin 4.9 Malignant melanoma of skin 4.9 Lymphoma Rectum and anus 4.3 Rectum and anus 4.3 Rectum Non-Hodgkin lymphoma 3.0 Non-Hodgkin lymphoma 3.0 Kidney Unspecified sites 2.1 Unspecified sites 2.1 CNS Kidney 2.0 Kidney 2.0 Breast n=58 men Per cent Figure 2b: The ten most inherited frequent cancer risk (BRCA1 sites, females BRCA2 ) Women Breast Skin, (excl melanoma) Colon Lung Trachea, bronchus, lung & pleura Malignant Corpus uteri melanoma Corpus Malignant uteri melanoma of skin Lymphoma Rectum and anus Rectum Unspecified sites Bladder Ovary, tube and broad ligament Ovarian Nervous system * Cancerfonden 2015 Prostate cancer familial Breast cancer Per cent Total ~ women (9382 tumors) Affecting one in eigth women during in their life-time Total ~28683 Per cent

4 Breast cancer survival ~90% 5-years survival Who can be spared adjuvant (chemo) treatment? Who and How, and how long to treat?

5 Risk assessment today: TNM stage (Tumor size, lymph Node involvement, distant Metastases) Tumor histological grade Estrogen Receptor, Progesterone Receptor, HER2, Ki67 Immunostainings or FISH ER+ PgR HER2+ Ki-67 high Histological grade (tubule formation, nuclear pleomorphism, mitotic count) Grade 1 Grade 1 Grade 2 Grade 3

6 Ki-67 (not the best biomarker) Anti-HER2 therapy Chemo or not? where to set the cut? Endocrine therapy ER+ ~80% higher grade & proliferation ER+ HER2+ER+ lower grade & proliferation HER2+ ~15% HER2+ER- Triple (ER-PgR-HER2) negative BRCA1 mut ~10% Chemo therapy

7 Gene expression-based subtyping NATURE 17 AUG 2000 Five molecular subtypes PAM50 gene set HER2

8 Commercial prognostic gene-signatures Mammaprint, Blueprint, Targetprint 70-gene signature, NGS, FFPE or fresh tissue MINDACT TAILORx Oncotype Dx 21 gene-expression signature, qrt-pcr, FFPE Developed from Stage I-II, N0, ER+, endocrine treated cohort Recurrence Score Second generation multigene test NSABP B-14 B-20 TransATAC Nanostring technology (FFPE), not centralized testing PAM50 intrinsic subtype signature combined with proliferation genes and tumor size, Prosigna ROR Score (0-100) Low-intermediate-high risk classification

9 FRU BERTA KAMPRADS STIFTELSE FÖR UTFORSKNING OCH BEKÄMPNING AV CANCERSJUKDOMAR Cancerfonden Mats Paulssons stiftelse Vinnova, Biltema L2 Bridge foundation Strategiska forskningsstiftelsen Sweden Cancerome Analysis Network Breast cancer facilitating translational research and implementation of genomic and gene expression-based biomarkers into the clinic Support from RCC-syd Region Skåne, Halland, Kronoberg, Blekinge, Jönköping, Uppsala South Swedish Breast Cancer Group and leading breast cancer clinicians: Steering group: Martin Malmberg (head), Niklas Loman (oncology), Lisa Rydén (surgery), Dorthe Grabau, Anna Ehinger (pathology), Åke Borg, Lao Saal, Christer Larsson (researchers), Cecilia Hegardt (coordinator), Susanne Dieroff Hey (patient repr.) lab and researchers: Johan Vallon-Christersson, Jari Häkkinen Cecilia Hegardt, Lao Saal, Johan Staaf,

10 Breast surgery Pathology Halmstad Helsingborg Malmö Östersund Skellefteå Sundsvall Växjö Kalmar Karlskrona Kristianstad Lund Luleå Umeå Gävle Falun Uppsala Västerås Karlstad Stockholm Örebro Eskilstuna Uddevalla Skövde Linköping Göteborg Borås Varberg Västervik Jönköping Objectives network in research and health care infrastructure for prospective patient inclusion and biobanking lab-structure for large-scale NGS large population-based breast cancer resource develop & validate new biomarkers network for biomarker reports health care implementation

11 Breast surgery started in March 2019 >13,400 patients >9,200 primary tumors Pathology Halmstad Helsingborg Malmö Östersund Skellefteå Sundsvall Växjö Kalmar Karlskrona Kristianstad Lund Luleå Umeå Gävle Falun Uppsala Västerås Karlstad Stockholm Örebro Eskilstuna Uddevalla Skövde Linköping Göteborg Borås Varberg Västervik Jönköping Södra Regionen ~1500/år UCAN ~10% >13000 patients invited population-based unselected and contemporary cohort 97% consent yes 95% provide pre-op blood sample 2019 ~75% cases yield study tumor sample

12 Breast surgery formalin Pathology RNAlater Preop (and postop) blood samples > regional biobank Informed consent Initialer Löpnr Du tillfrågas härmed om att delta i en forskningsstudie som genomförs i den Södra Sjukvårdsregionen i samarbete med Lunds Universitet. Du tillfrågas eftersom du inom kort kommer att opereras för en förändring i bröstet. Förändringen kan vara godartad, men det är också möjligt att man konstaterat att det är en elakartad förändring, cancer. Det långsiktiga målet med studien är att förbättra våra möjligheter att behandla patienter med bröstcancer, men också att samla kunskap om godartade förändringar i brösten. Bakgrund och målsättning Förändringar i brösten är mycket vanliga hos kvinnor. I de flesta fall är de godartade och vanligen kan man ställa diagnosen utan operation. Ibland är det dock nödvändigt att operera bort förändringen för att kunna undersöka den i sin helhet. Om man redan konstaterat att det är en cancer är operationen naturligtvis en viktig del i behandlingen. I vissa fall är det en fördel att ge medicinsk behandling före en fresh tissue bröstcanceroperation. En målsättning med studien är att undersöka vilka biologiska egenskaper som skiljer godartade och elakartade bröstförändringar, men också att avgöra vilken behandling som har den bästa möjligheten att bota ifall det är cancer. Studien kan även ge oss ökad kunskap om varför en tumör kan uppstå hos en viss person. Vad vill vi be om ditt tillstånd att göra? För att vi i denna vetenskapliga studie ska kunna undersöka dessa egenskaper behöver vi få möjlighet att analysera en del av förändringen i bröstet, en bit från normal bröstvävnad intill och eventuellt en lymfkörtel om den opereras bort tillsammans med förändringen. Om medicinsk behandling ska ges före operationen, ber vi att vid provtagning (mellannålsbiopsi) få ta tillvara en extra bit av förändringen för denna forskning. I dessa fall kommer extra stick i bröstet att göras. Om provtagningen är alltför obehaglig kan du be att den avbryts. Vi vill även före operationen ta tillvara ett blodprov (ca 45 ml) som tillsammans med vävnadsproverna kommer att användas för att undersöka nivåer av speciella ämnen samt hur arvsanlagen ser ut. Undersökningsresultaten kommer inte att användas för att diagnostisera andra sjukdomar. Blodprov kan även komma att tas efter operationen. Vi kommer att följa upp Din behandling utifrån uppgifter i Din journal, sjukvårdens och Socialstyrelsens register samt mammografiutlåtanden. Det kan också hända att Du blir kontaktad för att bli tillfrågad om deltagande i någon uppföljande studie. Inclusion and biobanking for is fully integrated into health care! Clinical chemistry referral form Patinfo docx 1 Immunohistochemistry ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. ecimen aft pathology referral form

13 Breast surgery Personalized and precision therapy Multi-disciplinary team formalin Pathology RNAlater fresh tissue Oncology Clinical sequencing lab directional dutp polya RNAseq library RNA Illumina HiSeq, NextSeq ~30M reads Reports within a week to pathology Data'' Data Analysis analysis' Immunohistochemistry ecimen aft AllPrep DNA/RNA isolation Sample Data'' preparation analysis' Library Data'' preparation analysis' Data'' Sequencing analysis' BASE Data LIMS ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. RNA/DNA Quality control biobanking

14 Breast surgery Single gene classifier vs routine IHC measurement ER protein IHC+ Pathology fresh tissue IHC 95.7% ER RNAseq formalin Immunohistochemistry ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. RNAlater ecimen aft Tissuehomogenisation DNA/RNA extraction RNA-pool DNA-pool RNA-seq: of all ~ genes activity gene-signatures, cell signaling, proliferation etc. Gene-signatures for ER, PR, HER2, Ki67, Nottingham grade, mol. subtype Reports to breast-conferences

15 Breast surgery Du tillfrågas härmed om att delta i en forskningsstudie som genomförs i den Södra formalin Immunohistochemistry ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. Surgery: Informed consent; surgery by normal procedures Initialer Löpnr Sjukvårdsregionen i samarbete med Lunds Universitet. Du tillfrågas eftersom du inom kort kommer att opereras för en förändring i bröstet. Förändringen kan vara godartad, men det är också möjligt att man konstaterat att det är en elakartad förändring, cancer. Det långsiktiga målet med studien är att förbättra våra möjligheter att behandla patienter med bröstcancer, men också att samla kunskap om godartade förändringar i brösten. Bakgrund och målsättning Förändringar i brösten är mycket vanliga hos kvinnor. I de flesta fall är de godartade och vanligen kan man ställa diagnosen utan operation. Ibland är det dock nödvändigt att operera bort förändringen för att kunna undersöka den i sin helhet. Om man redan konstaterat att det är en cancer är operationen naturligtvis en viktig del i behandlingen. I vissa fall är det en fördel att ge medicinsk behandling före en bröstcanceroperation. En målsättning med studien är att undersöka vilka biologiska egenskaper som skiljer godartade och elakartade bröstförändringar, men också att avgöra vilken behandling som har den bästa möjligheten att bota ifall det är cancer. Studien kan även ge oss ökad kunskap om varför en tumör kan uppstå hos en viss person. Vad vill vi be om ditt tillstånd att göra? För att vi i denna vetenskapliga studie ska kunna undersöka dessa egenskaper behöver vi få möjlighet att analysera en del av förändringen i bröstet, en bit från normal bröstvävnad intill och eventuellt en lymfkörtel om den opereras bort tillsammans med förändringen. Om medicinsk behandling ska ges före operationen, ber vi att vid provtagning (mellannålsbiopsi) få ta tillvara en extra bit av förändringen för denna forskning. I dessa fall kommer extra stick i bröstet att göras. Om provtagningen är alltför obehaglig kan du be att den avbryts. Vi vill även före operationen ta tillvara ett blodprov (ca 45 ml) som tillsammans med vävnadsproverna kommer att användas för att undersöka nivåer av speciella ämnen samt hur arvsanlagen ser ut. Undersökningsresultaten kommer inte att användas för att diagnostisera andra sjukdomar. Blodprov kan även komma att tas efter operationen. Vi kommer att följa upp Din behandling utifrån uppgifter i Din journal, sjukvårdens och Socialstyrelsens register samt mammografiutlåtanden. Det kan också hända att Du blir kontaktad för att bli tillfrågad om deltagande i någon uppföljande studie. Patinfo docx 1 Pathology RNAlater 1.'Pa=ent'enrollment' Consent'form' Path.'referral' 4.#Surgery' Path.'referral' Consent'form' Blood'referral' Consent'report' fresh tissue 2.#Blood'sampling' 1.0 DB' Tissuehomogenisation DNA/RNA extraction RNA-pool DNA-pool RNA-seq: of all ~ genes activity gene-signatures, cell signaling, proliferation etc. Gene-signatures for ER, PR, HER2, Ki67, Nottingham grade, mol. subtype Reports to breast-conferences Probability of overall survival Clinical HR+ (1%), Endocrine only, concordance to MGC HR HR+ if ER+ and PgR+, HR otherwise Concordant (n=1378, events=101) Discordant (n=65, events=15) IHC%compared%to%VP%Mul6gene%classifier HR%responsive%treated%with%adjuvant%endocrine%tx%(no Multi-gene Chemistry: classifier, Pre-operative ER+ blood adjuvant sample endocrine therapy Blood'referral' INCA' Overall survival 5.#Pathology'' Path.'referral' Pathology: Specimen after routine evaluation 3.'RS'Biobank'MV'Lund' Blood'referral' Multiple Time after diagnosis sites (years) p = 0 (logrank test) n = 1443 IHC%&%%VP% concordant% IHC ER+ / RNAseq ER+ 6.'SCANAB'in'Lund' IHC%HR+%/%VP%HR$% IHC ER+ / RNAseq ER Blood'referral' Consent'report' Path.referral' DB' Data and material retrieval Asynchronous Continuous Probability of overall survival Clin HR+ Concordant ( Discordant (n Treatment%subgroup%(see%6tle%of%eac

16 OS (%) 100 ROR_Tot ER+/HER2 /LN _Endo Breast surgery n % 0.5 n % 1 n % p= Pathology Prosigna ROR score performance in RNAseq data fresh tissue OS (%) ROR_Tot ER+/HER2 /LN+_Endo 0 n % 0.5 n 98 21% 1 n % ER+ HER2- LN+ Endo p= p< Fig3_ex OS (%) o E 0 n n 1 1 n formalin RNAlater Time (Years) Time (Years) 0 1 hort_all 1 ref 0 ort_all 0.5 ref 0 er3 ref cluster2 er1 ref cluster2 hort_all 1 ref 0 ort_all 0.5 ref 0 R2 Low Prolif) R2 Low Prolif) type NoClasses hort_all 1 ref 0 ort_all 0.5 ref 0 hort_all 1 ref 0 hort_all 1 ref 0 C High ref Low) hort_all 1 ref 0 hort_all 1 ref 0 ort_all 0.5 ref 0 Immunohistochemistry ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. ecimen aft 2 /LN _Endo ntot 1074 multiv TumSize+Age+NodeStatus Tissuehomogenisation DNA/RNA extraction RNA-pool DNA-pool RNA-seq: of all ~ genes activity 25% gene-signatures, 36% cell signaling, proliferation etc. 21% 33% Prognostic 27% gene-expression signatures 28% 5% 31% 19% 37% 80% 27% 30% 53% 36% 30% ER+/HER2 /LN+_Endo ntot 466 mult SDPP_Genefu_centerCohort_All 1 ref 0 SDPP_Genefu_centerCohort_All 0.5 ref 0 HDPP cluster3 ref cluster2 HDPP cluster1 ref cluster2 gene76_centercohort_all 1 ref 0 gene76_centercohort_all 0.5 ref 0 scmod2_centercohort_all ER /HER2 ref ER+/HER2 Low Prolif) scmod2_centercohort_all ER+/HER2 High Prolif ref ER+/HER2 Low Prolif) TNBCtype NoClasses genius_centercohort_all 1 ref 0 genius_centercohort_all 0.5 ref 0 endopredict_centercohort_all 1 ref 0 GGI_Genefu_centerCohort_All 1 ref 0 GGI_JVC High ref Low) gene70_scale_centercohort_all 1 ref 0 oncotypedx_centercohort_all 1 ref 0 oncotypedx_centercohort_all 0.5 ref 0 ROR_Tot 1 ref 0

17 Breast surgery formalin Immunohistochemistry ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. Pathology RNAlater fresh tissue ecimen aft Side-by-side comparison of public (and commercial) prognostic signatures Tissuehomogenisation DNA/RNA extraction HDPP:cluster3 (ref:cluster1) HDPP:cluster2 (ref:cluster1) gene76_centercohort_all:1 (ref:0) gene76_centercohort_all:0.5 (ref:0) scmod2_centercohort_all:er /HER2 (ref:er+/her2 High Prolif) scmod2_centercohort_all:er+/her2 Low Prolif (ref:er+/her2 High Prolif) TNBCtype:NoClasses: genius_ssp_centercohort_erneg:1 (ref:0) genius_ssp_centercohort_erneg:0.5 (ref:0) genius_ssp_centercohort_erpos:noclasses: genius_centercohort_all:1 (ref:0) genius_centercohort_all:0.5 (ref:0) endopredict_ssp_centercohort_erneg:1 (ref:0) endopredict_ssp_centercohort_erpos:noclasses: endopredict_centercohort_all:1 (ref:0) GGI_Genefu_SSP_centerCohort_ERneg:1 (ref:0) GGI_Genefu_SSP_centerCohort_ERpos:1 (ref:0) GGI_Genefu_centerCohort_All:1 (ref:0) GGI_JVC:High (ref:low) gene70_robust_centercohort_all:1 (ref:0) gene70_scale_ssp_centercohort_erneg:1 (ref:0) gene70_scale_ssp_centercohort_erpos:1 (ref:0) gene70_scale_centercohort_all:1 (ref:0) oncotypedx_ssp_centercohort_erneg:1 (ref:0) oncotypedx_ssp_centercohort_erneg:0.5 (ref:0) oncotypedx_ssp_centercohort_erpos:1 (ref:0) oncotypedx_ssp_centercohort_erpos:0.5 (ref:0) oncotypedx_centercohort_all:1 (ref:0) oncotypedx_centercohort_all:0.5 (ref:0) ROR_Tot:1 (ref:0) ROR_Tot:0.5 (ref:0) ROR_PT:1 (ref:0) ROR_PT:0.5 (ref:0) ROR_P:1 (ref:0) ROR_P:0.5 (ref:0) ROR_T:1 (ref:0) ROR_T:0.5 (ref:0) ROR_S:1 (ref:0) ROR_S:0.5 (ref:0) PAM50_JVC:Basal (ref:luma) PAM50_JVC:Her2 (ref:luma) PAM50_JVC:LumB (ref:luma) PAM50_JVC:Normal (ref:luma) CIT:mApo (ref:luma) CIT:lumC (ref:luma) CIT:lumB (ref:luma) CIT:normL (ref:luma) IC10:9 (ref:1) IC10:8 (ref:1) IC10:7 (ref:1) IC10:6 (ref:1) IC10:4 (ref:1) IC10:3 (ref:1) IC10:2 (ref:1) AIMS:Her2 (ref:luma) AIMS:LumB (ref:luma) AIMS:Normal (ref:luma) RNA-pool HR 0.95 % confidence interval DNA-pool RNA-seq: of all ~ genes activity gene-signatures, cell signaling, proliferation etc. Prognostic gene-expression signatures

18 Breast surgery WGS circos plot Pathology fresh tissue formalin Immunohistochemistry ER PR HER2 Ki67 histology, grading morphology. RNAlater ecimen aft Tissuehomogenisation DNA/RNA extraction RNA-pool DNA-pool Whole genome-sequencing Genomic signatures: rearrangements, duplications, deletions, substitutions Homologous Recombination Deficiency (HRD), BRCAness Mutational load

19 Hierarchical clustering, RNAseq >9000 primary tumors (PAM50) PgR ER Subtype ERBB2 N T Grade ER PR PAM50 Intrinsic Molecular Subtyping CK5/14 ERBB2 New breast cancer taxonomy Proliferation genes Future impact on clinical care of primary breast cancer patients LumA Basal LumB HER2