Predictive markers for tamoxifen response in primary breast cancer

Abstract

It is well-known that a majority of breast cancers are hormone-dependent, making endocrine therapy an important adjuvant treatment after surgery. Susceptibility to endocrine treatment is determined by the presence of estrogen receptors (ER) and progesterone receptors (PR) in the tumors. Tamoxifen is the most well-established endocrine treatment available, inhibiting tumor growth and improving survival. Resistance to tamoxifen despite ER/PR positivity is a well-known clinical problem. Cyclin D1, initially described as a cell cycle regulator, also functions as a co-factor to the ER, activating the receptor in the absence of ligand. We investigated the predictive impact of cyclin D1 on tamoxifen treatment response in tumors from patients previously enrolled in randomized trials and found that high levels of cyclin D1 in tumors of tamoxifen treated patients predicted for poor response and reduced recurrence-free survival despite ER positivity. Furthermore, amplification of the cyclin D1 gene (CCND1) was associated with an adverse outcome upon tamoxifen treatment. P27 is a cell cycle regulator, acting as a cdk-inhibitor but also as an assembly factor to the cyclin D1-cdk4/6 complex. We found that low levels of p27 correlated to a poor tamoxifen response but had no prognostic value in untreated patients. ER and PR are the only clinical tools available for predicting treatment response, with a cut-off at 10% positive tumor cell nuclei. We investigated if a more detailed mapping of hormone receptor levels could provide additional information and found that it was predominantly tumors with high levels of PR (>75%) that responded well to tamoxifen treatment. Further studies, confirming cyclin D1, p27 and other factors possibly inducing tamoxifen treatment resistance, are needed. In the meantime, a more precise assessment of hormone receptor status could be informative.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bröstcancer är den vanligaste cancersjukdomen hos kvinnor i västvärlden och årligen nydiagnosticeras omkring 7000 patienter, bara i Sverige. Antalet nyinsjuknade ökar för varje år medan dödligheten sjunker och de främsta orsakerna till detta tros vara förbättrad diagnostik via mammografiscreening och nya behandlingsmöjligheter. Bröstcancer behandlas primärt med kirurgi, genom att ta bort delar av eller hela det drabbade bröstet. Beroende på tumörens karaktär kompletterar man sedan behandlingen med strålning, kemoterapi och/eller hormonbehandling. Tamoxifen är den vanligaste hormonbehandlingen och den har funnits sedan 80-talet. Den kan användas till kvinnor både före och efter klimakteriet, för att blockera de östrogenreceptorer som kan finnas på tumören och därmed förhindra tillväxt eller återfall i sjukdomen. Med den kunskap vi har idag vet vi, att de patienter som har östrogenreceptorer i sina tumörer oftast svarar på tamoxifenbehandling, men att det också finns en grupp som trots att de uppvisar östrogenreceptorer inte svarar på behandlingen utan drabbas av återfall i sjukdomen. Vad den här behandlingsresistensen beror på är inte helt klarlagt men har skapat ett stort forskningsintresse.



En tumörs tillväxt är i stor utsträckning beroende av hur cellcykeln fungerar. Cellcykeln är den process genom vilken celler dubblar sin arvsmassa och delar sig till genetiskt identiska dotterceller. Den här processen regleras i normala fall av ett komplicerat maskineri med signalkaskader som upp- och nedreglerar proteiner i ett bestämt mönster. Cyklin D1 är ett protein som ofta finns i ovanligt stora mängder i brösttumörer. Dess normala uppgift i cellcykeln är att förmedla tillväxtsignaler. Förhöjda nivåer av cyklin D1 kan leda till okontrollerad celldelning, tumörtillväxt och därmed cancer. Cyklin D1 bidrar också till aktivering av östrogenreceptorn i frånvaro av östrogen och är därmed potentiellt involverat i tamoxifenresistens. Proteinet p27 är en så kallad cyklin-beroende kinashämmare som verkar som en tumörsupressor i cellcykeln, dvs begränsar tillväxten. Samtidigt underlättar den också i en annan cellcykelfas bindningen mellan cyklin D1 och dess kinas, vilket snarast underlättar celldelning. Således har p27 en motsägelsefull roll i cellcykeln och kan möjligen också vara involverad i att orsaka tamoxifenresistens.



Målsättningen med detta avhandlingsarbete har varit att undersöka om cyklin D1 och p27 spelar roll för tamoxifenresistens, genom att undersöka flera kliniska bröstcancermaterial. Dessa material består av tumörer från patienter som ingått i kliniska studier och randomiserats till tamoxifenbehandling eller placebo. Metoden vi i första hand har använt är den sk vävnadsarraytekniken, som går ut på att små biopsier från olika tumörer sammanfogas i ett ?vävnadschips? som lätt kan färgas och analyseras på ett effektivt och standardiserat sätt. Resultaten har sedan kopplats till kliniska data från patienterna.



I det första delarbetet fann vi att patienter vars tumörer innehöll höga nivåer av cyklin D1-protein svarade sämre på tamoxifenbehandling, jämfört med patienter vars tumörer innehöll låga nivåer av cyklin D1-protein, trots att alla patienternas tumörer innehöll mycket östrogenreceptorer. I den obehandlade kontrollgruppen, som inte fick tamoxifenbehandling fann vi däremot att patienterna vars tumörer innehöll mycket cyklin D1 hade en god prognos. Dessa resultat talar för att det finns ett samband mellan cyklin D1 och östrogenreceptorn som bidrar till att tamoxifen inte kan fungera.



I det andra delarbetet använde vi ett annat patient- och tumörmaterial för att undersöka cyklin D1-innehåll på både protein- och gennivå, och dess betydelse för tamoxifenbehandling. Vi fann då, precis som i det första arbetet, att patienter med höga nivåer av cyklin D1-protein svarade dåligt på tamoxifen. Dessutom visade det sig att de patienter vars tumörer hade för många kopior av cyklin D1-genen hade ett sämre utfall av behandlingen än kontrollgruppen, som inte hade fått någon behandling alls. Att genen är kopierad är ofta, men inte alltid, kopplat till att proteinet överuttrycks. Man kan också ha höga nivåer protein utan att genen är kopierad. Cyklin D1-genen ligger på kromosom 11, i en gentät region som ofta är kopierad i bröstcancer. Man bör ha i åtanke att en eller flera andra gener i denna region kan vara inblandade i mekanismer som leder till att tamoxifen kan få en motsatt effekt än den avsedda.



I det fjärde delarbetet undersökte vi proteinet p27 och dess förhållande till östrogenreceptorn, cyklin D1 och tumörtillväxt. Vi fann att p27 ofta uttrycks tillsammans med östrogenreceptorn och cyklin D1. Dessutom visade det sig att tumörer med låga p27-nivåer ofta var mer högproliferativa, talande för att p27 har en tumörsupressor-effekt. Nivån av p27 i tumörerna spelade ingen roll för sjukdomsförloppet i den obehandlade kontrollgruppen. Däremot svarade patienter med låga p27-nivåer i sina tumörer sämre på tamoxifenbehandling än patienter med höga p27-nivåer, särskilt den patientgrupp som hade östrogenreceptorpositiva tumörer. Detta talar för att p27 har en alternativ funktion som tillsammans med östrogenreceptorn och cyklin D1 kan påverka svaret på tamoxifenbehandling.



De faktorer man idag tittar på när man väljer om en patient ska få tamoxifenbehandling eller inte, är om tumören innehåller östrogenreceptorer och/eller progesteronreceptorer. Förekomsten av dessa receptorer talar för att en tumör är känslig för tamoxifenbehandling men, som vi har visat tidigare, är det inte alltid så. Man har bestämt att gränsen för när en tumör är hormonreceptorpositiv går vid >10% positiva tumörceller, vilket man avgör med mikroskopisk undersökning. I det tredje delarbetet ville vi undersöka om man med en mer noggrann bestämning av östrogen- och progesteronreceptornivåerna kunde avgöra om en tumör skulle vara känslig för tamoxifenbehandling. Vi fann att patienter som hade tumörer med östrogenreceptorer svarade bättre på tamoxifenbehandling ju högre östrogenreceptornivåer de hade. Än tydligare var det att patienter med progesteronreceptornivåer under 75% i sina tumörer, inte svarade på tamoxifen medan nivåer över 75% talade för ett bra tamoxifensvar, oberoende av östrogenreceptornivåerna. Detta talar alltså för att progesteronreceptorn är ett bättre redskap för att förutsäga effekten av tamoxifenbehandling än östrogenreceptorn och att det inte räcker med att avgöra om tumörerna innehåller >10% receptorpositiva celler utan att man borde göra en mer noggrann bestämning av hormonreceptornivåerna.



Sammanfattningsvis verkar varken cyklin D1 eller p27 i sig förorsaka ett sämre sjukdomsutfall. Däremot kan de ha betydelse för hur en patient svarar på tamoxifenbehandling. Viss vägledning för att bättre förutsäga tamoxifenbehandlingssvar kan finnas i en mer noggrann bestämning av hormonreceptornivåer i tumörerna. De markörer som idag står till klinikernas förfogande är dock otillräckliga för att välja lämplig behandling till patienterna. Särskilt som nya typer av antihormonell behandling nu finns på marknaden. Vidare forskning behövs för att hitta fler markörer så att man kan skräddarsy behandling till varje patient.

• author: Stendahl, Maria
• supervisor: Göran Landberg
• opponent: Senior Lecturer Young, Leonie, Dept of Surgery, Royal College of Surgeons in Ireland (RCSI), 123 St. Stephen's Green, Dublin 2, Ire
• organization: Pathology, Malmö (research group)
• publishing date: 2007
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cell and Molecular Biology; Cancer and Oncology
• keywords: cancer, General pathology, Cytologi, onkologi, prognosis, Cytology, oncology, cancerology, predictive marker, p27, cyclin D1, tamoxifen, PR, breast cancer, ER, pathological anatomy, Patologi (allmän), patologisk anatomi
• pages: 110 pages
• defense location: Main lecture hall, Pathology building, entrance 78, Malmö University Hospital, Malmö
• defense date: 2007-05-25 13:00:00
• ISBN: 978-91-85559-70-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Maria Stendahl, Åsa Kronblad, Stefan Emdin, NO Bengtsson and Göran Landberg. 2004. Cyclin D1 is a negative predictive factor for tamoxifen response in postmenopausal breast cancer patients British Journal of Cancer, vol 90 pp 1942-1948. Nature Publishing Group; Karin Jirström, Maria Stendahl, Lisa Rydén, Åsa Kronblad, PO Bendahl, Olle Stål and Göran Landberg. 2005. Adverse effect of adjuvant tamoxifen in premenopausal breast cancer with cyclin D1 gene amplification Cancer Research, vol 65 pp 8009-8016. American Association for Cancer Research; Maria Stendahl, Lisa Rydén, Bo Nordenskjöld, PE Jönsson, Göran Landberg and Karin Jirström. 2006. High progesterone receptor expression correlates to the effect of adjuvant tamoxifen in premenopausal breast cancer patients Clinical Cancer Research, vol 12 pp 4614-4618. American Association for Cancer Research; Maria Stendahl, Karin Jirström, Olle Stål, PE Jönsson and Göran Landberg. . P27 is a predictive factor but not a prognostic marker in premenopausal breast cancer patients (manuscript)
• id: 24170edb-e145-490b-b73b-de93e1b343e6 (old id 548658)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:25:45
• date last changed: 2018-11-21 20:34:23