Možnosti predikcie rezistencie k neoadjuvantnej konkomitantnej chemorádioterapii u pacientov s lokálne pokročilým karcinómom konečníka

MUDr. Ingrid Garajová, Ph.D.

Doctoral thesis

Possibilities of resistance prediction to neoadjuvant concomitant chemoradiotherapy in the treatment algorithm of patients with rectal carcinoma

Abstract:

POSSIBILITIES OF RESISTANCE PREDICTION TO NEOADJUVANT CONCOMITANT CHEMORADIOTHERAPY IN THE TREATMENT ALGORITHM OF PATIENTS WITH RECTAL CARCINOMA Backgrounds: Neoadjuvant concomitant chemoradiotherapy has become a standard treatment of locally advanced rectal adenocarcinomas (LARA). It can reduce tumor volume, thus increases a feasibility of sphincter-sparing surgery, shows less acute toxicity, improves local control rate. It is based on fluoropyrimidines (5-fluorouracil, capecitabine) with concurrent radiotherapy. The aim of our study was to identify nonresponders (NR) pretherapeutically. Patients, methods: 170 patients with LARA who were treated by neoadjuvant concomitant chemoradiotherapy in Masaryk Memorial Cancer Institute from 2001 to 2008, were enrolled into our study. At the base of the tumor response to neoadjuvant therapy (evaluted as TRG according to Mandard), we divided patiens into two groups: responders (R, good response to neoadjuvant therapy, TRG 1-2) and nonresponders (NR, non/minimum response to neoadjuvant therapy, TRG 4-5). At the selected group of 17 patients, gene expression levels of 440 genes were obtained by low-density oligonucleotide microarrays. As well, immunohistochemical protein expression of selected molecules: EGFR, Akt-1, Akt-2, p-Akt-Thr-308, p-Akt-Ser-473, Bcl-2, CD29, TP53, MDM2 were provided at the tumor samples of R and NR (n=64-72), before starting the neoadjuvant therapy. Results: As negative clinico-pathological predictive parameters of tumor´s response to neoadjuvant therapy (evaluated by TRG according to Mandard) are these parametres: low rectal tumors up to 5 cm from anocutaneous line, initial size of tumor more then 45 mm, reduction of radiotherapy. Negative predictors of survival (DFS and OS) were: low grade of tumor, elevation of tumor marker CA 19-9 up to the norm of 40 kU/l before starting the neoadjuvant therapy (border statistical significance to DFS, p=0,063), elevation of tumor markers CEA and CA 19-9 up to the norm (for CEA up to the value of 4,6 µg/l) after neoadjuvant therapy. To DFS parameter, negative predictors are: inicial size of tumor more then 45 mm, worse TRG after neoadjuvant therapy, presence of lymphonodes´ metastasis after neoadjuvant therapy, absence of downstaging in T/N parameter, elevation of tumor marker CEA up to the norm before starting the neoadjuvant therapy. Gene expression data analysis based on SAM (Significance Analysis of Microarrays) and t-test methods identified 8 genes (RB1, RBBP4, HYOU1, JUNB, MDM4, CANX, MMP2, TCF7L2) significantly upregulated in NR. More, using immunohistochemistry, we discovered that positive expression of EGFR protein was associated with worse response to neoadjuvant therapy, the association showed statistical significance. Patients´ tumors who had negative protein expression of CD29 had better response to neaodjuvant therapy (borderline statistical significance, p=0,057). Conclusion: We know that we cannot make definitive conclusions from our results, on the other side our observations are in concordance with biological function of found molecular predictors. From this point of view we can suggest that these molecules are suitable candidate of resistence prediction to neoadjuvant concomitant chemoradiotherapy in patiens with locally advanced rectal adenocarcinoma.

Abstract:

MOŽNOSTI PREDIKCIE REZISTENCIE K NEOADJUVANTNEJ KONKOMITANTNEJ CHEMORÁDIOTERAPII U PACIENTOV S LOKÁLNE POKROČILÝM KARCINÓMOM KONEČNÍKA Východisko: Neoadjuvantná konkomitantná chemorádioterapia je štandartnou liečbou lokálne pokročilých nádorov konečníka. Jej cieľom je zredukovať objem nádoru, viesť k sfinkter–šetriacemu radikálnemu chirurgickému zákroku. Charakteristická je menšia toxicita a menej lokoregionálnych recidív. Je založená na fluoropyrimidínoch (5-fluorouracil, kapecitabín) s konkomitantnou rádioterapiou. Cieľom našej štúdie bolo charakterizovať pacientov, ktorí sú rezistentní k neoadjuvantnej chemorádioterapii, pred začatím samotnej liečby. Pacienti a metódy: Do našej štúdie bolo zaradených 170 pacientov s histologicky verifikovaným adenokarcinómom konečníka v klinickom štádiu II a III podľa IUCC. Na základe odpovede nádorov pacientov na neoadjuvantnú liečbu (hodnotenou podľa Tumor Regression Grade - TRG podľa Mandarda) sme rozdelili pacientov na dve skupiny, respondéry (R, s dobrou odpoveďou na neoadjuvantnú liečbu, TRG 1-2) a nonrespondéry (NR, pacienti so žiadnou alebo minimálnou odpoveďou na neoadjuvantnú liečbu, TRG 4-5). Na vybranom súbore 17 pacientov sme pomocou nízkohustotných oligonukleotidových čípov zistili expresie génov primárnych karcinómov konečníka pred začatím liečby. Ďalej sme využili imunohistochemické vyšetrenie expresie vybraných molekúl (EGFR, Akt-1, Akt-2, p-Akt-Thr-308, p-Akt-Ser-473, Bcl-2, CD29, TP53, MDM2) na 64-72 vzorkách nádorového tkaniva R a NR pred začatím neoadjuvantnej liečby. Výsledky: Negatívnymi klinicko-patologickými prediktívnymi parametrami odpovede nádoru na neoadjuvantnú liečbu (hodnotenou TRG podľa Mandarda) sú tieto parametre: uloženie nádoru vyššie ako 5 cm od anokutánnej línie, iniciálna veľkosť nádoru nad 45 mm, akákoľvek redukcia rádioterapie. Negatívnymi prediktormi prežitia (DFS i OS) boli: nízky stupeň diferenciácie nádoru, elevácia nádorového márkeru CA 19-9 nad normu 40 kU/l pred liečbou (k parametru DFS hraničná štatistická závislosť, p=0,063), pooperačná elevácia nádorových márkerov CEA i CA 19-9 nad normu (pre CEA nad hodnotu 4,6 µg/l). K samotnému DFS sú negatívnymi prediktormi: iniciálna veľkosť nádoru nad 45 mm, dosiahnuté horšie TRG, prítomnosť uzlinových metastáz po ukončenej neoadjuvantnej liečbe, absencia downstagingu v parametri „T/N“, elevácia nádorového márkeru CEA nad normu pred liečbou. Pomocou nízkohustotných oligonukleotidových čípov sme stanovili relatívnu expresiu 440 génov u primárnych karcinómov konečníka (10 R a 7 NR). Identifikovali sme 8 génov (RB1, RBBP4, HYOU1, JUNB, MDM4, CANX, MMP2, TCF7L2) so signifikantne zvýšenou expresiou v karcinómoch rezistentných k aplikovanej neoadjuvantnej liečbe. Imunohistochemicky sme zistili, že pozitívna expresia proteínu EGFR bola spojená s horšou odpoveďou k neoadjuvantnej liečbe, závislosť bola štatisticky významná. Ďalej možno konštatovať, že pacienti, ktorých nádory boli negatívne stran expresie proteínu CD29 lepšie odpovedali na neoadjuvantnú chemorádioterapiu (hraničná štatistická významnosť, p=0,057). Záver: Sme si vedomí toho, že nemôžme robiť z našich výsledkov definitívne závery, na druhej strane sú však naše pozorovania v súlade s biologickou funkciou nájdených molekulárnych prediktorov. Z tohoto pohľadu môžme o uvedených molekulách uvažovať ako o vhodných kandidátoch k predikcii rezistencie k neoadjuvantnej konkomitantnej chemorádioterapii u pacientov s lokálne pokročilým karcinómom konečníka.

Keywords

neoadjuvantná terapia, fluoropyrimidíny, rádioterapia, karcinóm rekta, profily génovej expresie, DNA čípy neoadjuvant therapy, fluoropyrimidines, radiotherapy, rectal adenocarcinomas, gene expression profiling, DNA arrays

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 6. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2009
• Supervisor: prof. MUDr. Rostislav Vyzula, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Oncology (4-years) / Oncology