Università degli studi di Torino

Scuola Interfacoltà per le Biotecnologie

Laurea di II livello in Biotecnologie Molecolari

AA 2007-2008

Trastuzumab (Herceptin®):

Sviluppo ed uso clinico di anticorpi monoclonali anti-HER2 per il trattamento del tumore alla mammella

Valentina Sala

Inibire gli ErbB:

Yarden Y & Sliwkowski MX, Nat Rev Mol Cell Biol, 2001

Moasser MM, Oncogene, 2007

1980-1990: generati più di 100 MoAb contro il dominio extra-cellulare di HER2 umano

Moasser MM, Oncogene, 2007

MoAb diversi producono effetti biochimici e biologici molto differenti:

• Gli effetti inibitori sulla proliferazione e sulla crescita tumorale non correlano con la capacità dell’Ab di reprimere HER2

• Per uno stesso Ab, i risultati in vitro e in vivo non corrispondono

MoAb4D5 Trastuzumab (Herceptin®)

• Anticorpo monoclonale murino.

• Inibisce la crescita di linee tumorali iper-esprimenti HER2 sia in coltura monostrato, che in soft agar e ne aumenta la sensibilità per il TNF (tumor necrosis factor).

• Non ha effetti su linee HER2-.

• Inibisce la crescita di tumore mammario umano in xenograft.

• Anticorpo monoclonale chimerico umanizzato (95% umano 5% murino).

• Inibisce la crescita di linee tumorali iper-esprimenti HER2.

• Non ha effetti su linee HER2-.

• Inibisce la crescita tumorale in xenograft.

• Affinità per HER2 tre volte superiore.

• L’immunogenicità è minimizzata.

• ADCC e CDC sono incrementate.

1990: Len Presta e Paul Carter alla Genentech Inc. (San Francisco, California) generano un anticorpo umanizzato diretto contro HER2

• I geni codificanti le regioni variabili (Vh e Vl) dell’anticorpo murino 4D5 sono state isolate a partire dall’ibridoma corrispondente, mediante amplificazione con PCR, e sequenziate.

• Le regioni variabili sono state in seguito umanizzate mediante “mutagenesi diretta agli oligonucleotidi”.

• I cDNA delle regioni variabili umanizzate sono stati clonati a monte delle sequenze delle regioni costanti di IgG1 umane in vettori di epressione, trasfettati poi in 293 trasformate.

• NB: il Trastuzumab (Herceptin®) viene prodotto in cellule ovariche di criceto cinese (CHO).

commons.wikimedia.org

www.3dchem.com

• Ibridazione in situ (FISH): verifica se il tumore possiede un numero normale di geni codificanti HER2. Se sono presenti più di due copie, il tumore è da considerarsi HER2+

• Immunoistochimica (IHC): misura quanta proteina è espressa sulla membrana delle cellule tumorali, in una scala da 0 a 3. Il tumore è da considerarsi HER2+ con indicazione di punteggio pari a 3.

Esistono due tipi di test per verificare lo stato di HER2:

Yarden Y & Sliwkowski MX, Nat Rev Mol Cell Biol, 2001

La misurazione dell’espressione di HER2 è obbligatoria prima di iniziare la terapia con il Trastuzumab.

Il Trastuzumab può essere utilizzato soltanto in pazienti affetti da tumore con iper-espressione di

HER2 di livello 3+ all’esame immunoistochimico: il trattamento non ha efficacia su tumori HER2-.

Settembre 1998: la FDA approva l’Herceptin® per il trattamento settimanale del tumore metastatico della mammella HER2+.

1992: Trials clinici di fase I

1993: Trials clinici di fase II

1995-1997: Trials clinici di fase III

Modalità di somministrazione: La dose di attacco è di 4 mg/kg;la dose settimanale è di 2 mg/kg, con inizio una settimana dopo la dose di attacco. Herceptin® deve essere somministrato come infusione endovenosa, fino alla progressione della malattia.

• In monoterapia per il trattamento di pazienti che hanno ricevuto almeno due regimi chemioterapici per la malattia metastatica.

La chemioterapia precedentemente somministrata deve aver contenuto almeno una antraciclina e un taxano, tranne nel caso in cui il paziente non sia idoneo a tali trattamenti. I pazienti positivi al recettore ormonale devono non aver risposto alla terapia ormonale, tranne nel caso in cui il paziente non sia idoneo a tali trattamenti.

• In associazione al paclitaxel per il trattamento di pazienti che non sono stati sottoposti a chemioterapia e per i quali non è indicato il trattamento con antracicline.

Herceptin® è indicato per il trattamento di pazienti con carcinoma mammario metastatico con iper-espressione di HER2:

L’attività antitumorale:

• L’attività è limitata ai tumori della mammella: non ha attività antitumorale significativa contro tumori ovarici o dell’endometrio HER2+.

• Il Trastuzumab induce la regressione del tumore nel 30-35% dei pazienti con tumore della mammella metastatico HER2+, se usato come terapia di attacco.

• I maggiori benefici sono osservati in associazione a trattamento chemioterapico.

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• 2000-2005: 4 trials clinici internazionali su più di 13,000 donne con EBC (early breast cancer) HER2+ rimosso chirurgicamente, ad alto rischio di ricaduta.

• Il trattamento con Trastuzumab per 1 anno, in aggiunta alla chemioterapia, riduce del 50% il rischio di ricorrenza del tumore.

Romond EH et al., N Engl J Med, 2005

Novembre 2006: la FDA approva l’Herceptin® come adiuvante di un trattamento chemioterapico per la terapia del tumore della mammella HER2+, positivo ai linfonodi primari, in seguito a intervento chirurgico e radioterapia, al fine di ridurre il rischio di ricorrenza e/o la comparsa di tumore metastatico.

Dall’approvazione, circa 400,000 donne nel mondo sono state trattate con l’Herceptin®.

Il meccanismo d’azione: (Moasser MM, Oncogene, 2007)

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando endogeno

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• Il Trastuzumab accompagna HER2 passivamente nella via di riciclo tramite endocitosi?

• In seguito a trattamento con Trastuzumab non c’è riduzione dei livelli di espressione di HER2 nel tumore.

Il meccanismo d’azione:

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• Non ha un ligando, ma agisce formando eterodimeri con altri ErbB.

• Il dominio extracellulare di HER2 esiste in una conformazione simile allo stato attivato-da-ligando di EGFR e HER3.

Il meccanismo d’azione:

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• Il Trastuzumab non inibisce l’interazione di HER2 con HER3 e EGFR: il sito di dimerizzazione è sempre esposto.

• Il Trastuzumab si lega alla porzione C-terminale del dominio IV nella regione extra-cellulare di HER2 (aa 579-625).

Il meccanismo d’azione:

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• Il Trastuzumab inibisce il taglio proteolitico di HER2 da parte delle ADAM (a disintigrin and metalloprotease).

• HER2 troncato induce maggiore attività chinasica, potere trasformante e tumorigenicità.

• I livelli di HER2 troncato sono aumentati in pazienti affetti da tumore metastatico.

• MA: Non tutti i tumori metastatici della mammella presentano HER2 troncato.

Il meccanismo d’azione:

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• Aumento dei livelli di espressione di p27 e blocco del ciclo cellulare in G1.

• Inibizione dell’espressione di fattori angiogenici (VEGF).

• Inibizione di Akt.

• Aumento della attività di PTEN (plasma phosphatase and tensin homolog).

• Azione antitumorale ridotta in modelli murini che non esprimono PTEN.

• Tumori che non esprimono PTEN sono resistenti al Trastuzumab.

• NB: la perdita di PTEN è correlata con fenomeni di immunoresistenza.

Il meccanismo d’azione:

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• ADCC (Antibody Dependent Cellular Cytotoxicity) e CDC (Complement Dependent Cytotoxicity) in vitro.

• L’attività antitumorale è ridotta in topi FcRγ-/-.

• Mutazioni puntiformi dell’Fc causano la perdita dell’attività antitumorale (del MoAb4D5).

• Il trattamento con Trastuzumab è associato ad un incremento nel numero di cellule NK e linfociti infiltrati nel tumore.

• In vitro, IL-2 aumenta l’ADCC indotta dal Trastuzumab, ma trials clinici in fase I non trovano conferma.

Il meccanismo d’azione:

Degradazione del bersaglio

Competizione con il ligando

Inibizione dell’interazione eterologa

Inibizione del taglio proteolitico

Alterazione delle vie di segnale

ADCC

Alterazione dei meccanismi di riparazione

• Alterata riparazione del DNA in seguito a radiazioni o trattamento con cisplatino.

Criticità:

• €675/$767 per dose settimanale in Italia e negli USA, rispettivamente (Liberato NL et al., Clin Oncol, 2007).

• Il Trastuzumab non è efficace contro tumori che esprimono bassi livelli di HER2 il Pertuzumab.

• Effetti collaterali.

• Solo 1/3 dei pazienti affetti da tumore metastatico della mammella HER2+ risponde al Trastuzumab.

10 % o più dei pazienti:

Organismo in Generale:dolore addominale, astenia, dolore al torace, brividi, febbre, cefalea, doloreApparato Digestivo:diarrea, nausea, vomitoApparato Muscolo-Scheletrico:artralgia, mialgiaCute ed Annessi:rash

più dell’1 % e in meno del 10 % dei pazienti:

Organismo in Generale:sindrome influenzale, mal di schiena, infezione, dolore al collo, malessere, reazione allergica, mastite, perdita di pesoApparato Cardiovascolare: vasodilatazione, tachicardia, ipotensione, insufficienza cardiaca, miocardiopatia, palpitazioniApparato Digestivo:anoressia, costipazione, dispepsia, dolorabilità epatica, secchezza della bocca, disturbi rettali (emorroidi)Sistema Emopoietico e Linfatico:leucopenia, ecchimosiMetabolismo:edema periferico, edemaApparato Muscolo-Scheletrico:dolore osseo, crampi alle gambe, artriteSistema Nervoso:ansietà, depressione, capogiri, insonnia, parestesie, sonnolenza, ipertonia, neuropatia, tremoreApparato Respiratorio:asma, aumento della tosse, dispnea, epistassi, disturbi polmonari, faringite, rinite, sinusiteApparato Urogenitale:infezioni delle vie urinarieCute ed Annessi:prurito, sudorazione, onicopatie, secchezza della pelle, alopecia, acne, rash maculopapulosoOrgani Sensoriali:alterazione del gusto

Effetti collaterali:

• Keefe DL, Trastuzumab-associated cardiotoxicity, Cancer, 95: 1592, 2002

• Grazette LP et al., Inhibition of ErbB2 causes mitochondrial dysfunction in cardiomyocytes: implications for herceptin-induced cardiomyopathy, J Am Coll Cardiol, 44: 2231, 2004

• Schneider JW et al., Trastuzumab cardiotoxicity: speculations regarding pathophysiology and targets for further study. Semin Oncol, 29: 22, 2002

• Sawyer DB et al., Modulation of anthracycline-induced myofibrillar disarray in rat ventricular myocytes by neuregulin-1beta and anti-erbB2: potential mechanism for trastuzumab-induced cardiotoxicity, Circulation, 105: 1551, 2002

Cardiotossicità del Trastuzumab:

• Vie di segnalazione autocrine/paracrine attivazione di omo/etero dimeri degli altri membri della famiglia ErbB.

• L’attivazione costitutiva di altri recettori tirosin chinasici (IGF1R), alterazioni di vie che regolano la proliferazione (iperespressione di Akt o PI3K, mutazione di PI3K, perdita di PTEN) possono fornire segnali sufficienti per stimolare la crescita tumorale.

Solo 1/3 dei pazienti affetti da tumore metastatico della mammella HER2+ risponde al trastuzumab.

• La presenza dell’anticorpo non impedisce la formazione di eterodimeri funzionali contenenti ErbB2 (il Trastuzumab lega il dominio IV, non coinvolto nella dimerizzazione).

Hynes NE & Lane HA, Nat Rev Cancer, 2005

• Il Trastuzumab come modello per la creazione di vaccini peptidici anti-tumorali.

• L’iper-espressione di ErbB2 conferisce resistenza alle terapie anti estrogeniche e rende le cellule tumorali indipendenti da estrogeni.

• In vitro Tamoxifene e Trastuzumab determinano antagonismo reciproco.

• Trials di fase II: Trastuzumab + Letrozole/Anastrozole

Prospettive per il futuro:

(Garrett JT et al., J Immunol, 2007)

Trastuzumab ed estrogeni:

(Yarden Y & Sliwkowski MX, Nat Rev Mol Cell Biol, 2001)

• Baselga J et al., Adjuvant Trastuzumab: A Milestone in the treatment of HER2 Positive Early Breast Cancer, Oncologist, 11: 4, 2006• Carter P et al., Humanization of an anti-p185HER2 antibody for human cancer therapy, Proc Natl Acad Sci USA, 89: 4285, 1992• Garrett JT et al., Novel Engineered Trastuzumab Conformational Epitopes Demonstrate In Vitro and In Vivo Antitumor Properties against HER2/neu, J Immunol, 178: 7120, 2007.• Grazette LP et al., Inhibition of ErbB2 causes mitochondrial dysfunction in cardiomyocytes: implications for herceptin-induced cardiomyopathy, J Am Coll Cardiol, 44: 2231, 2004• Hudziak RM et al., p185HER2 monoclonal antibody has antiproliferative effects in vitro and sensitizes human breast tumor cells to tumor necrosis factor, Mol Cell Biol, 9:1165, 1989• Hynes NE & Lane HA, ERBB receptors and cancer: the complexity of targeted inhibitors, Nat Rev Cancer, 5:341, 2005• Keefe DL, Trastuzumab-associated cardiotoxicity, Cancer, 95: 1592, 2002• Liberato NL et al., Cost Effectiveness of Adjuvant Trastuzumab in Human Epidermal Growth Factor Receptor 2–Positive Breast Cancer, Clin Oncol, 25: 625, 2007• Moasser MM, Targeting the function of the HER2 oncogene in human cancer therapeutics, Oncogene, 26: 6577, 2007• Moasser MM, The oncogene HER2: its signaling and transforming functions and its role in human cancer pathogenesis, Oncogene, 26: 6469, 2007• Piccart-Gebhart MJ et al., Trastuzumab after adjuvant chemotherapy in HER2-positive breast cancer, N Engl J Med, 353: 1659, 2005• Romond EH et al., Trastuzumab plus adjuvant chemotherapy for operable HER2-positive breast cancer, N Engl J Med, 353: 1673, 2005• Sawyer DB et al., Modulation of anthracycline-induced myofibrillar disarray in rat ventricular myocytes by neuregulin-1beta and anti-erbB2: potential mechanism for trastuzumab-induced cardiotoxicity, Circulation, 105: 1551, 2002• Schneider JW et al., Trastuzumab cardiotoxicity: speculations regarding pathophysiology and targets for further study. Semin Oncol, 29: 22, 2002• Yarden Y & Sliwkowski MX, Untangling the ErbB2 signalling network, Nat Rev Mol Cell Biol, 2:127, 2001

• commons.wikimedia.org • www.gene.com• www.3dchem.com• www.phlescbubble.com

Bibliografia di riferimento: