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
1990: Len Presta e Paul Carter alla Genentech Inc. (San Francisco, California)
generano un anticorpo umanizzato diretto contro HER2
MoAb4D5
• 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.
Trastuzumab (Herceptin®)
• 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.
• 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).
www.3dchem.com
commons.wikimedia.org
Esistono due tipi di test per verificare lo stato di HER2:
• 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.
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-.
1992: Trials clinici di fase I
1993: Trials clinici di fase II
1995-1997: Trials clinici di fase III
Settembre 1998: la FDA approva l’Herceptin® per il trattamento settimanale del
tumore metastatico della mammella HER2+.
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.
Herceptin® è indicato per il trattamento di pazienti con carcinoma mammario
metastatico con iper-espressione di HER2:
•
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.
L’attività antitumorale:
• 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.
• L’attività è limitata ai tumori della mammella:
non ha attività antitumorale significativa contro
tumori ovarici o dell’endometrio HER2+.
www.phlescbubble.com
• 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
• 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.
Inibizione del taglio proteolitico
Alterazione delle vie di segnale
ADCC
Alterazione dei meccanismi di riparazione
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
• 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.
Alterazione dei meccanismi di riparazione
Il meccanismo d’azione:
Degradazione del bersaglio
• Aumento dei livelli di espressione di p27 e
blocco del ciclo cellulare in G1.
Competizione con il ligando
• Inibizione dell’espressione di fattori
angiogenici (VEGF).
Inibizione dell’interazione eterologa
• Inibizione di Akt.
Inibizione del taglio proteolitico
• Aumento della attività di PTEN (plasma
phosphatase and tensin homolog).
Alterazione delle vie di segnale
• Azione antitumorale ridotta in modelli
murini che non esprimono PTEN.
ADCC
• Tumori che non esprimono PTEN sono
resistenti al Trastuzumab.
• NB: la perdita di PTEN è correlata con
Alterazione dei meccanismi di riparazionefenomeni di immunoresistenza.
Il meccanismo d’azione:
Degradazione del bersaglio
Competizione con il ligando
• ADCC (Antibody Dependent Cellular
Cytotoxicity) e CDC (Complement Dependent
Cytotoxicity) in vitro.
Inibizione dell’interazione eterologa • L’attività antitumorale è ridotta in topi FcRγ-/-.
Inibizione del taglio proteolitico
• Mutazioni puntiformi dell’Fc causano la perdita
dell’attività antitumorale (del MoAb4D5).
Alterazione delle vie di segnale
• 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.
Alterazione dei meccanismi di riparazione
ADCC
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.
Effetti collaterali:
10 % o più dei pazienti:
Organismo in Generale:dolore addominale, astenia, dolore al torace, brividi, febbre, cefalea, dolore
Apparato Digestivo:diarrea, nausea, vomito
Apparato Muscolo-Scheletrico:artralgia, mialgia
Cute 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 peso
Apparato Cardiovascolare: vasodilatazione, tachicardia, ipotensione, insufficienza cardiaca,
miocardiopatia, palpitazioni
Apparato Digestivo:anoressia, costipazione, dispepsia, dolorabilità epatica, secchezza della bocca, disturbi rettali
(emorroidi)
Sistema Emopoietico e Linfatico:leucopenia, ecchimosi
Metabolismo:edema periferico, edema
Apparato Muscolo-Scheletrico:dolore osseo, crampi alle gambe, artrite
Sistema Nervoso:ansietà, depressione, capogiri, insonnia, parestesie, sonnolenza, ipertonia, neuropatia, tremore
Apparato Respiratorio:asma, aumento della tosse, dispnea, epistassi, disturbi polmonari, faringite, rinite, sinusite
Apparato Urogenitale:infezioni delle vie urinarie
Cute ed Annessi:prurito, sudorazione, onicopatie, secchezza della pelle, alopecia, acne, rash maculopapuloso
Organi Sensoriali:alterazione del gusto
Cardiotossicità del Trastuzumab:
• 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
Solo 1/3 dei pazienti affetti da tumore metastatico della mammella HER2+
risponde al trastuzumab.
• Vie di segnalazione autocrine/paracrine
altri membri della famiglia ErbB.
attivazione di omo/etero dimeri degli
• 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
• 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.
Trastuzumab ed estrogeni:
(Yarden Y & Sliwkowski MX, Nat Rev Mol Cell Biol, 2001)
• 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)
• Il Trastuzumab come modello per la creazione di vaccini peptidici
anti-tumorali.
Bibliografia di riferimento:
• 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 herceptininduced 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 neuregulin1beta 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
