Novel Biomarkers in HER2-amplified Breast Cancer : Histopathological and Clinical Associations

Abstract

Noin viidesosa rintasyövistä edustaa aggressiivista HER2-positiivista (HER2+) alatyyppiä, jossa tyyppilöydöksinä ovat HER2 kasvutekijäreseptoria koodaavan geenin monistuma ja HER2 proteiinin yli-ilmentyminen. Tässä retrospektiivisessä väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin solun kasvun säätelyyn osallistuvien tekijöiden, sykliini E1:n, HER3:n, NEDD4-1:n, NRDP1:n ja MCM2:n esiintymistä ja kliinispatologista merkitystä HER2-geenimonistuneessa primaarisessa rintasyövässä. Näiden biologisten tekijöiden on osoitettu olevan keskeisiä rintasyövän patogeneesissä, ja niillä on epäilty olevan ennusteellista merkitystä HER2+ rintasyövässä ja kohdennetun HER2-täsmälääkehoidon vasteen arvioinnissa. Aiempien tutkimusten tulokset ovat kuitenkin ristiriitaisia. Tässä tutkimuksessa keskityttiin selvittämään näiden tekijöiden ennusteellista merkitystä taudin varhaisen uusiutumisen sekä lyhytkestoisen (9 viikkoa) trastutsumabi liitännäislääkehoidon suhteen 5-vuotisen seurantajakson aikana. Tutkimusaineistona käytettiin arkistoituja diagnoosivaiheen rintasyöpäkudosnäytteitä. Biomarkkereiden esiintymistä selvitettiin immunohistokemiaa ja digitaalista kuva-analyysiä hyödyntäen.

Sykliini E1, HER3 ja MCM2 proteiinien yli-ilmentymisen todettiin olevan verrattain yleistä ja liittyvän aggressiivisesti käyttäytyvään rintasyöpätyyppiin. Näiden proteiinien esiintyminen oli voimakasta rintasyövissä, joille oli tyypillistä hormonireseptorien (ER, PR) puuttuminen, matala erilaistumisaste, korkea jakautumisaktiivisuus (Ki-67 indeksi), suuri kasvaimen koko, basaalinen tyyppi sekä metastasointi kainalon imusolmukkeisiin. Sykliini E1:tä koodaavan CCNE1 geenin monistuma todettiin vain 7-8% HER2-geenimonistuneista rintasyövistä. Sykliini E1 ja MCM2 proteiineilla ei todettu olevan yhteyttä taudin uusiutumiseen eikä trastutsumabi liitännäislääkehoidon vasteeseen. HER3 proteiinin vähäisen esiintymisen todettiin sen sijaan liittyvän HER2-geenimonistuneen rintasyövän kaksinkertaiseen uusiutumisriskiin. HER3:n lisäksi suuri kasvaimen koko ja kainalolevinneisyys todettiin keskeisiksi lisääntynyttä uusiutumisriskiä itsenäisesti kuvaaviksi ennustetekijöiksi. Tämän tutkimuksen mukaan HER3 proteiinin esiintyminen oli erittäin yleistä; HER2 statuksesta riippumatta noin 75% tutkituista rintasyövistä yli-ilmensi HER3 proteiinia. NRDP1 ja NEDD4-1 proteiinien on arveltu vaikuttavan HER3 reseptorien esiintymiseen solussa koska ne osallistuvat HER3:n hajotuksen säätelyyn ubikitinaation kautta. Tässä tutkimuksessa näillä tekijöillä ei todettu olevan kliinispatologista merkitystä HER2-geenimonistuneessa rintasyövässä. Tässä väitöskirjatutkimuksessa saatua tietoa voidaan mahdollisesti hyödyntää luokittelussa ja arvioitaessa HER2-geenimonistuneiden rintasyöpien uusiutumisriskiä tarkemmin jo diagnoosihetkellä.

Approximately one fifth of breast carcinomas represents aggressively behaving HER2-positive (HER2+) subtype, which is typically characterized with amplified HER2 growth factor receptor coding gene and HER2 protein over-expression. The aim of this retrospective doctoral study was to clarify the prevalence and clinicopathological significance of certain cell growth regulating factors, cyclin E1, HER3, NEDD4-1, NRDP1, and MCM2, in HER2-amplified primary breast cancers. These biological factors have been shown to contribute to breast carcinogenesis and are suggested to predict patients’ survival and response to HER2- targeted personalized therapies in HER2+ breast cancer. However, earlier studies have reported contradictory results. This study focused on clarifying the prognostic utility of selected markers in relation to early onset of disease recurrence and shortterm (9-week) adjuvant trastuzumab therapy during the 5-year follow-up period. Archival diagnostic breast cancer tissues were used to characterize biomarkers’ prevalence using immunohistochemistry-based detection methods and digital image analysis.

Cyclin E1, HER3 and MCM2 proteins were frequently over-expressed in breast carcinomas, especially in its aggressively behaving subtypes. These proteins were highly expressed in breast cancers that were characterized with negative hormone receptor (ER, PR) status, poor differentiation, high cell proliferation activity (Ki-67 labelling index), large tumour size, basal-like phenotype, and axillary lymph node infiltration. Co-amplification of cyclin E1 coding gene, CCNE1, and HER2 was shown only in 7 to 8% of studied breast carcinomas. Cyclin E1 and MCM2 proteins were not confirmed to predict breast cancer recurrence and patients’ survival on adjuvant trastuzumab therapy. Instead, low HER3 expression was associated with two-fold recurrence risk in HER2-amplified breast cancers. In addition to HER3, also large tumour size and positive lymph node status were found to independently predict recurrence in this subtype. This study demonstrated that HER3 is frequently expressed in breast cancers. Approximately 75% of studied breast cancers were demonstrated to over-express total HER3, irrespective of HER2 status. NRDP1 and NEDD4-1 proteins have been hypothetized to control cellular HER3 receptor quantity since are involved in HER3 degradation via ubiquitination. This study did not find clinicopathologically meaningful correlations for NRDP1 and NEDD4-1 in HER2-amplified breast carcinomas. Conclusively, results achieved in this study can probably be applied in subcategorizing and in more accurate determination of recurrence risk of HER2-amplified breast cancers during the diagnostics.