Summary

 The high rate of clinical response to protein-kinase-targeting drugs matched to cancer patients with specific genomic alterations has prompted efforts to use cancer cell line (CCL) profiling to identify additional biomarkers of small-molecule sensitivities. We have quantitatively measured the sensitivity of 242 genomically characterized CCLs to an Informer Set of 354 small molecules that target many nodes in cell circuitry, uncovering protein dependencies that: (1) associate with specific cancer-genomic alterations and (2) can be targeted by small molecules. We have created the Cancer Therapeutics Response Portal (http://www.broadinstitute.org/ctrp) to enable users to correlate genetic features to sensitivity in individual lineages and control for confounding factors of CCL profiling. We report a candidate dependency, associating activating mutations in the oncogene β-catenin with sensitivity to the Bcl-2 family antagonist, navitoclax. The resource can be used to develop novel therapeutic hypotheses and to accelerate discovery of drugs matched to patients by their cancer genotype and lineage.

ABSTRACT ATRX is a tumor suppressor that has been associated with protection from DNA replication stress, purportedly through resolution of difficult-to-replicate G-quadruplex (G4) DNA structures. While several studies demonstrate that loss of ATRX sensitizes cells to chemical stabilizers of G4 structures, the molecular function of ATRX at G4 regions during replication remains unknown. Here, we demonstrate that ATRX associates with the MCM replication complex and that loss of ATRX leads to G4 structure accumulation at newly synthesized DNA. We show that both the helicase domain of ATRX and its H3.3 chaperone function are required to protect cells from G4-induced replicative stress. Furthermore, these activities are upstream of heterochromatin formation mediated by the histone methyltransferase, ESET, which is the critical molecular event that protects cells from G4-mediated stress. In support, tumors carrying mutations in either ATRX or ESET show increased mutation burden at G4-enriched DNA sequences. Overall, our study provides new insights into mechanisms by which ATRX promotes genome stability with important implications for understanding impacts of its loss on human disease.

There are limited methods to analyze both efficacy of a drug and toxicity to a patient in response to treatment. We have developed a metric, the clinical benefit index (CBI) which is quantitative, and a scalable way to integrate patient-reported side effects and efficacy for adaptive randomization. Instead of using efficacy as a singular attribute in decision making for agent selection, we will consider the impact on QoL since many of the newer agents will be less toxic. This will be developed in effort to standardize PRO analysis methods. The clinical benefit index provides an alternative framework for evaluation and would help us to develop a regulatory model for approval of those drugs that have less toxicity by providing a replicable model for measuring toxicity and integrating it with efficacy. Reporting of clinical data can inform the management of toxicity and the integration into a clinical benefit index will help promote regulatory evaluation and preference for less toxic drug/combinations.

Abstract Objectives We describe the development and implementation of a system for monitoring patient-reported adverse events and quality of life using electronic Patient Reported Outcome (ePRO) instruments in the I-SPY2 Trial, a phase II clinical trial for locally advanced breast cancer. We describe the administration of technological, workflow, and behavior change interventions and their associated impact on questionnaire completion. Materials and Methods Using the OpenClinica electronic data capture system, we developed rules-based logic to build automated ePRO surveys, customized to the I-SPY2 treatment schedule. We piloted ePROs at the University of California, San Francisco (UCSF) to optimize workflow in the context of trial treatment scenarios and staggered rollout of the ePRO system to 26 sites to ensure effective implementation of the technology. Results Increasing ePRO completion requires workflow solutions and research staff engagement. Over two years, we increased baseline survey completion from 25% to 80%. The majority of patients completed between 30% and 75% of the questionnaires they received, with no statistically significant variation in survey completion by age, race or ethnicity. Patients who completed the screening timepoint questionnaire were significantly more likely to complete more of the surveys they received at later timepoints (mean completion of 74.1% vs 35.5%, P < .0001). Baseline PROMIS social functioning and grade 2 or more PRO-CTCAE interference of Abdominal Pain, Decreased Appetite, Dizziness and Shortness of Breath was associated with lower survey completion rates. Discussion and Conclusion By implementing ePROs, we have the potential to increase efficiency and accuracy of patient-reported clinical trial data collection, while improving quality of care, patient safety, and health outcomes. Our method is accessible across demographics and facilitates an ease of data collection and sharing across nationwide sites. We identify predictors of decreased completion that can optimize resource allocation by better targeting efforts such as in-person outreach, staff engagement, a robust technical workflow, and increased monitoring to improve overall completion rates. Trial Registration https://clinicaltrials.gov/study/NCT01042379.

11113 Background: Patient-reported outcomes (PROs) are valuable for understanding treatment tolerability and toxicity. I-SPY2 is a phase-II neoadjuvant clinical trial for breast cancer with electronic PROs and quality of life (QOL) assessments. We sought to understand how well the GP5 self-reported tolerability item reflected toxicity burden and QOL during treatment and follow-up in I-SPY 2 participants. Methods: Our study included 306 patients who completed the FACIT Item GP5 and answered PROMIS surveys at two or more timepoints. Analysis timepoints included screening (SC), inter-regimen (IR), pre-surgery (PS), 1-month post-surgery (FU1), and 6-months post-surgery (FU2). Symptoms were assessed weekly using PRO-CTCAE and CTCAEv4.0. QOL was evaluated using PROMIS. The GP5: “I am bothered by side effects of treatment,” was used to estimate tolerability, where worse tolerability is a higher score. Odds ratios, Spearman correlation, and regularized multi-variate regression were used to evaluate the associations between individual symptoms and adverse events with GP5 scores. Results: Demographic information was available for 243 of the 306 (70.2%) participants (median age=47,73.7% white). In the 306, tolerability scores worsened over study treatment, with a maximum mean score of 1.71 at Cycle 11. Tolerability improved after treatment cessation at FU1(1.09). Mean tolerability at week 6 was 1.53. The only clinical factor that was associated with early change in tolerability (week 6 to PS) was age >50 (mean score ranged from 1.55-1.70 vs 1.29-1.45 (age<50), p<0.05). PRO-CTCAE and GP5 correlative analysis suggested that higher grade abdominal pain, decreased appetite, dizziness and blurry vision significantly associated with higher GP5 scores at multiple timepoints (p<0.05). Symptoms not associated with tolerability were nail loss, acne, hair loss, and rash (p>0.05). Additionally, the total number of low-grade (mild to moderate) symptoms a patient experienced during study treatment was significantly correlated to poor tolerability (p<0.00001). Among patients with CTCAE data, 9% had adrenal insufficiency, and higher GP5 was found across all study timepoints in those with (compared to without) adrenal insufficiency (mean GP5 = [1.7-1.9] vs [1.3-1.5] respectively). Similarly, among patients with neuropathy (14%), higher GP5 scores were reported across all study timepoints (mean GP5 = [1.8-2.3] vs [1.3-1.5] respectively). Higher GP5 scores during treatment were correlated with higher fatigue scores at PS and FU1 (p<0.02 and p<0.001) and lower physical functioning at PS (p<0.01). Conclusions: TheGP5 measure is associated with self-reported symptoms, higher grade adverse events and quality of life scores. Furthermore, greater accumulation of lower grade symptoms can lead to poor tolerability. The single measure GP5 composite score reflects multiple components of treatment toxicity.

Renal cell carcinoma (RCC) is one of the ten most common and lethal cancers in the United States. Tumor heterogeneity and development of resistance to treatment suggest that patient-specific evolutionary therapies may hold the key to better patients prognosis. Mathematical models are a powerful tool to help develop such strategies; however, they depend on reliable biomarker information. In this paper, we present a dynamic model of tumor-immune interactions, as well as the treatment effect on tumor cells and the tumor-immune environment. We hypothesize that the neutrophil-to-lymphocyte ratio (NLR) is a powerful biomarker that can be used to predict an individual patient's response to treatment. Using randomly sampled virtual patients, we show that the model recapitulates patient outcomes from clinical trials in RCC. Finally, we use in silico patient data to recreate realistic tumor behaviors and simulate various treatment strategies to find optimal treatments for each virtual patient.

Abstract Drug resistance is a major obstacle in cancer treatment and can involve a variety of different factors. Identifying effective therapies for drug resistant tumors is integral for improving patient outcomes. In this study, we applied a computational drug repositioning approach to identify potential agents to sensitize primary drug resistant breast cancers. We extracted drug resistance profiles from the I-SPY 2 TRIAL, a neoadjuvant trial for early stage breast cancer, by comparing gene expression profiles of responder and non-responder patients stratified into treatments within HR/HER2 receptor subtypes, yielding 17 treatment-subtype pairs. We then used a rank-based pattern-matching strategy to identify compounds in the Connectivity Map, a database of cell line derived drug perturbation profiles, that can reverse these signatures in a breast cancer cell line. We hypothesize that reversing these drug resistance signatures will sensitize tumors to treatment and prolong survival. We found that few individual genes are shared among the drug resistance profiles of different agents. At the pathway level, however, we found enrichment of immune pathways in the responders in 8 treatments within the HR+HER2+, HR+HER2-, and HR-HER2-receptor subtypes. We also found enrichment of estrogen response pathways in the non-responders in 10 treatments primarily within the hormone receptor positive subtypes. Although most of our drug predictions are unique to treatment arms and receptor subtypes, our drug repositioning pipeline identified the estrogen receptor antagonist fulvestrant as a compound that can potentially reverse resistance across 13/17 of the treatments and receptor subtypes including HR+ and triple negative. While fulvestrant showed limited efficacy when tested in a panel of 5 paclitaxel-resistant breast cancer cell lines, it did increase drug response in combination with paclitaxel in HCC-1937, a triple negative breast cancer cell line.

10600 Background: Germline genetic variation influences immune activity and risk of autoimmunity, and has been hypothesized to play a role in response to cancer therapeutics and survival. Prior studies of breast cancer have reported associations between genetic variation in thyroid autoimmunity and overall survival (OS). Here, we aim to investigate the association between a polygenic risk score for hypothyroidism (PRS-H) and response to therapy in women with early-stage breast cancer, and hypothesize that high PRS-H will be associated with better treatment response and survival. Methods: This study includes 1,368 women aged 18 years and above with stage II-III breast cancer of size > 2.5cm by clinical exam, with germline data available. It is an approved biomarker analysis of the I-SPY 2 trial, which is a phase II, adaptive, randomized platform trial across multiple sites studying novel cancer therapeutics across multiple arms for use as neoadjuvant chemotherapy for early-stage breast cancer. The outcome of survival is defined as alive at the most recent follow-up. Using the Cox proportional hazards model, we evaluate the association between a previously published PRS-H and overall survival. Models are adjusted for age at screening, immunotherapy status, and five principal components. Results: Among 1,368 early-stage breast cancer women, 33% (n=447) had pCR, and 85% (n=1,157) were alive at the last follow-up. Additionally, 16% (n=219) of women received immunotherapy. We observe a significant association between PRS-H and OS (HR = 0.78, 95% CI 0.66-0.92, p=0.004). Individuals in the top 10th percentile of the PRS-H (highest genetic risk) have improved survival (log rank p=0.04). Conclusions: Germline genetic variation in thyroid autoimmunity proclivity is associated with improved overall survival in our cohort of women with early-stage breast cancer receiving neoadjuvant chemotherapy. Our findings suggest that the genetic risk for autoimmunity may be important for long-term survival. We will expand this analysis to include the entire I SPY 2 population when all patients have completed genotyping. We plan to further characterize the role of germline autoimmunity profiles and survival. Clinical trial information: NCT01042379 .

ABSTRACT Lipids are essential for tumours because of their structural, energetic, and signaling roles. While many cancer cells upregulate lipid synthesis, growing evidence suggests that tumours simultaneously intensify the uptake of circulating lipids carried by lipoproteins. Which mechanisms promote the uptake of extracellular lipids, and how this pool of lipids contributes to cancer progression, are poorly understood. Here, using functional genetic screens, we find that lipoprotein uptake confers resistance to lipid peroxidation and ferroptotic cell death. Lipoprotein supplementation robustly inhibits ferroptosis across numerous cancer types. Mechanistically, cancer cells take up lipoproteins through a pathway dependent on sulfated glycosaminoglycans (GAGs) linked to cell-surface proteoglycans. Tumour GAGs are a major determinant of the uptake of both low and high density lipoproteins. Impairment of glycosaminoglycan synthesis or acute degradation of surface GAGs decreases the uptake of lipoproteins, sensitizes cells to ferroptosis and reduces tumour growth in mice. We also find that human clear cell renal cell carcinomas, a distinctively lipid-rich tumour type, display elevated levels of lipoprotein-derived antioxidants and the GAG chondroitin sulfate than non-malignant human kidney. Altogether, our work identifies lipoprotein uptake as an essential anti-ferroptotic mechanism for cancer cells to overcome lipid oxidative stress in vivo, and reveals GAG biosynthesis as an unexpected mediator of this process.

584 Background: I-SPY2 was the first randomized trial to demonstrate an improvement in pCR and EFS when Immune Checkpoint Inhibitors (ICI) were added to standard neoadjuvant chemotherapy. This finding was validated in the phase 3 KEYNOTE 522 trial for triple-negative breast cancer, leading to approval of pembrolizumab (pembro) in this setting. ICIs add the risk of immune-related adverse events (irAEs); while most irAEs are reversible, endocrinopathies appear to persist. Higher rates of adrenal insufficiency (AI), either from primary adrenalitis or hypophysitis, have been reported with ICI-based therapy (tx) in early breast cancer (EBC) compared to advanced disease. Here we describe the incidence and time of onset of AI with ICI-based tx in I-SPY2. Methods: I-SPY2 is a multicenter, phase 2 trial using response-adaptive randomization within biomarker subtypes defined by hormone receptor, HER2, and MammaPrint status to evaluate novel agents in the neoadjuvant setting in patients (pts) with high-risk EBC. Treatment included weekly paclitaxel (T) plus ICI-based tx x 4 cycles, followed by doxorubicin/cyclophosphamide (AC) every 2-3 weeks x 4. 6 completed investigational arms included ICIs: T+pembro x 4, T+pembro x 8 (+/- AC), T+pembro+SD101 (TLR9 agonist), T+durvalumab+olaparib, T+cemiplimab (cemi), and T+cemi+REGN3767 (anti-LAG-3). AI diagnoses were made by treating providers with review from two board certified endocrinologists. AI was defined as AM serum cortisol level < 3 mcg/dl in absence of recent glucocorticoid treatment. If ACTH was low or normal, pt was dx with hypophysitis; if ACTH was elevated, pt was dx with primary AI. Results: 442 pts in I-SPY2 received ICI-based tx; 11.8% (n=52) developed AI (primary+hypophysitis). Mean age of pts who developed AI was 47.3 vs 48.6 yrs in those who did not (p=0.44). Incidence of AI was highest in arms with dual immune modulation (18.1%) as compared to single ICI tx (8.5%). Median time to onset varied by arm, ranging from 92-204 days from first ICI dose. While some cases occurred during ICI tx (13.5%), the majority occurred between 12-24 wks after tx initiation, with 21.2% diagnosed after completion of all tx. The majority (94.2%) of pts with AI were symptomatic; the most common presenting symptoms included fatigue (59.6%), nausea (48.1%), and vomiting (34.6%). All pts with AI remain on glucocorticoid replacement tx. Conclusions: The incidence of AI in EBC is higher than has previously been reported in advanced disease, with higher rates observed in those tx with dual immune modulation. No correlation was observed with age; correlation of AI with response predictive subtype and other clinicopathologic features is ongoing and will be presented. Given the high incidence of AI in EBC, close monitoring in the peri/postoperative setting and education of pts and providers is critical, as risk persists even after completion of tx. Work to identify risk factors for AI is ongoing. Clinical trial information: NCT01042379 .