Lung adenocarcinomas from patients who respond to the tyrosine kinase inhibitors gefitinib (Iressa) or erlotinib (Tarceva) usually harbor somatic gain-of-function mutations in exons encoding the kinase domain of the epidermal growth factor receptor (EGFR). Despite initial responses, patients eventually progress by unknown mechanisms of "acquired" resistance.We show that in two of five patients with acquired resistance to gefitinib or erlotinib, progressing tumors contain, in addition to a primary drug-sensitive mutation in EGFR, a secondary mutation in exon 20, which leads to substitution of methionine for threonine at position 790 (T790M) in the kinase domain. Tumor cells from a sixth patient with a drug-sensitive EGFR mutation whose tumor progressed on adjuvant gefitinib after complete resection also contained the T790M mutation. This mutation was not detected in untreated tumor samples. Moreover, no tumors with acquired resistance had KRAS mutations, which have been associated with primary resistance to these drugs. Biochemical analyses of transfected cells and growth inhibition studies with lung cancer cell lines demonstrate that the T790M mutation confers resistance to EGFR mutants usually sensitive to either gefitinib or erlotinib. Interestingly, a mutation analogous to T790M has been observed in other kinases with acquired resistance to another kinase inhibitor, imatinib (Gleevec).In patients with tumors bearing gefitinib- or erlotinib-sensitive EGFR mutations, resistant subclones containing an additional EGFR mutation emerge in the presence of drug. This observation should help guide the search for more effective therapy against a specific subset of lung cancers.

In single-group studies, chromosomal rearrangements of the anaplastic lymphoma kinase gene (ALK) have been associated with marked clinical responses to crizotinib, an oral tyrosine kinase inhibitor targeting ALK. Whether crizotinib is superior to standard chemotherapy with respect to efficacy is unknown.

Abstract Purpose: All patients with EGF receptor (EGFR)–mutant lung cancers eventually develop acquired resistance to EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKI). Smaller series have identified various mechanisms of resistance, but systematic evaluation of a large number of patients to definitively establish the frequency of various mechanisms has not been conducted. Experimental Design: Patients with lung adenocarcinomas and acquired resistance to erlotinib or gefitinib enrolled onto a prospective biopsy protocol and underwent a rebiopsy after the development of acquired resistance. Histology was reviewed. Samples underwent genotyping for mutations in EGFR, AKT1, BRAF, ERBB2, KRAS, MEK1, NRAS and PIK3CA, and FISH for MET and HER2. Results: Adequate tumor samples for molecular analysis were obtained in 155 patients. Ninety-eight had second-site EGFR T790M mutations [63%; 95% confidence interval (CI), 55%–70%] and four had small cell transformation (3%, 95% CI, 0%–6%). MET amplification was seen in 4 of 75 (5%; 95% CI, 1%–13%). HER2 amplification was seen in 3 of 24 (13%; 95% CI, 3%–32%). We did not detect any acquired mutations in PIK3CA, AKT1, BRAF, ERBB2, KRAS, MEK1, or NRAS (0 of 88, 0%; 95% CI, 0%–4%). Overlap among mechanisms of acquired resistance was seen in 4%. Conclusions: This is the largest series reporting mechanisms of acquired resistance to EGFR-TKI therapy. We identified EGFR T790M as the most common mechanism of acquired resistance, whereas MET amplification, HER2 amplification, and small cell histologic transformation occur less frequently. More comprehensive methods to characterize molecular alterations in this setting are needed to improve our understanding of acquired resistance to EGFR-TKIs. Clin Cancer Res; 19(8); 2240–7. ©2013 AACR.

With prospective clinical sequencing of tumors emerging as a mainstay in cancer care, there is an urgent need for a clinical support tool that distills the clinical implications associated with specific mutation events into a standardized and easily interpretable format. To this end, we developed OncoKB, an expert-guided precision oncology knowledge base.

Chromosomal rearrangements of the gene encoding ROS1 proto-oncogene receptor tyrosine kinase (ROS1) define a distinct molecular subgroup of non–small-cell lung cancers (NSCLCs) that may be susceptible to therapeutic ROS1 kinase inhibition. Crizotinib is a small-molecule tyrosine kinase inhibitor of anaplastic lymphoma kinase (ALK), ROS1, and another proto-oncogene receptor tyrosine kinase, MET.

In human lung adenocarcinomas harboring EGFR mutations, a second-site point mutation that substitutes methionine for threonine at position 790 (T790M) is associated with approximately half of cases of acquired resistance to the EGFR kinase inhibitors, gefitinib and erlotinib. To identify other potential mechanisms that contribute to disease progression, we used array-based comparative genomic hybridization (aCGH) to compare genomic profiles of EGFR mutant tumors from untreated patients with those from patients with acquired resistance. Among three loci demonstrating recurrent copy number alterations (CNAs) specific to the acquired resistance set, one contained the MET proto-oncogene. Collectively, analysis of tumor samples from multiple independent patient cohorts revealed that MET was amplified in tumors from 9 of 43 (21%) patients with acquired resistance but in only two tumors from 62 untreated patients (3%) ( P = 0.007, Fisher's Exact test). Among 10 resistant tumors from the nine patients with MET amplification, 4 also harbored the EGFR T790M mutation. We also found that an existing EGFR mutant lung adenocarcinoma cell line, NCI-H820, harbors MET amplification in addition to a drug-sensitive EGFR mutation and the T790M change. Growth inhibition studies demonstrate that these cells are resistant to both erlotinib and an irreversible EGFR inhibitor (CL-387,785) but sensitive to a multikinase inhibitor (XL880) with potent activity against MET. Taken together, these data suggest that MET amplification occurs independently of EGFR T790M mutations and that MET may be a clinically relevant therapeutic target for some patients with acquired resistance to gefitinib or erlotinib.

Somatic mutations in the gene for the epidermal growth factor receptor (EGFR) are found in adenocarcinomas of the lung and are associated with sensitivity to the kinase inhibitors gefitinib (Iressa) and erlotinib (Tarceva). Lung adenocarcinomas also harbor activating mutations in the downstream GTPase, KRAS, and mutations in EGFR and KRAS appear to be mutually exclusive.We sought to determine whether mutations in KRAS could be used to further enhance prediction of response to gefitinib or erlotinib. We screened 60 lung adenocarcinomas defined as sensitive or refractory to gefitinib or erlotinib for mutations in EGFR and KRAS. We show that mutations in KRAS are associated with a lack of sensitivity to either drug.Our results suggest that treatment decisions regarding use of these kinase inhibitors might be improved by determining the mutational status of both EGFR and KRAS.

Non-small-cell lung cancer (NSCLC) harboring the anaplastic lymphoma kinase gene (ALK) rearrangement is sensitive to the ALK inhibitor crizotinib, but resistance invariably develops. Ceritinib (LDK378) is a new ALK inhibitor that has shown greater antitumor potency than crizotinib in preclinical studies.In this phase 1 study, we administered oral ceritinib in doses of 50 to 750 mg once daily to patients with advanced cancers harboring genetic alterations in ALK. In an expansion phase of the study, patients received the maximum tolerated dose. Patients were assessed to determine the safety, pharmacokinetic properties, and antitumor activity of ceritinib. Tumor biopsies were performed before ceritinib treatment to identify resistance mutations in ALK in a group of patients with NSCLC who had had disease progression during treatment with crizotinib.A total of 59 patients were enrolled in the dose-escalation phase. The maximum tolerated dose of ceritinib was 750 mg once daily; dose-limiting toxic events included diarrhea, vomiting, dehydration, elevated aminotransferase levels, and hypophosphatemia. This phase was followed by an expansion phase, in which an additional 71 patients were treated, for a total of 130 patients overall. Among 114 patients with NSCLC who received at least 400 mg of ceritinib per day, the overall response rate was 58% (95% confidence interval [CI], 48 to 67). Among 80 patients who had received crizotinib previously, the response rate was 56% (95% CI, 45 to 67). Responses were observed in patients with various resistance mutations in ALK and in patients without detectable mutations. Among patients with NSCLC who received at least 400 mg of ceritinib per day, the median progression-free survival was 7.0 months (95% CI, 5.6 to 9.5).Ceritinib was highly active in patients with advanced, ALK-rearranged NSCLC, including those who had had disease progression during crizotinib treatment, regardless of the presence of resistance mutations in ALK. (Funded by Novartis Pharmaceuticals and others; ClinicalTrials.gov number, NCT01283516.).