Summary

Background

 Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) is implicated in DNA repair and transcription regulation. Niraparib (MK4827) is an oral potent, selective PARP-1 and PARP-2 inhibitor that induces synthetic lethality in preclinical tumour models with loss of BRCA and PTEN function. We investigated the safety, tolerability, maximum tolerated dose, pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles, and preliminary antitumour activity of niraparib. 

Methods

 In a phase 1 dose-escalation study, we enrolled patients with advanced solid tumours at one site in the UK and two sites in the USA. Eligible patients were aged at least 18 years; had a life expectancy of at least 12 weeks; had an Eastern Cooperative Oncology Group performance status of 2 or less; had assessable disease; were not suitable to receive any established treatments; had adequate organ function; and had discontinued any previous anticancer treatments at least 4 weeks previously. In part A, cohorts of three to six patients, enriched for BRCA1 and BRCA2 mutation carriers, received niraparib daily at ten escalating doses from 30 mg to 400 mg in a 21-day cycle to establish the maximum tolerated dose. Dose expansion at the maximum tolerated dose was pursued in 15 patients to confirm tolerability. In part B, we further investigated the maximum tolerated dose in patients with sporadic platinum-resistant high-grade serous ovarian cancer and sporadic prostate cancer. We obtained blood, circulating tumour cells, and optional paired tumour biopsies for pharmacokinetic and pharmacodynamic assessments. Toxic effects were assessed by common toxicity criteria and tumour responses ascribed by Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST). Circulating tumour cells and archival tumour tissue in prostate patients were analysed for exploratory putative predictive biomarkers, such as loss of PTEN expression and ETS rearrangements. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, NCT00749502. 

Findings

 Between Sept 15, 2008, and Jan 14, 2011, we enrolled 100 patients: 60 in part A and 40 in part B. 300 mg/day was established as the maximum tolerated dose. Dose-limiting toxic effects reported in the first cycle were grade 3 fatigue (one patient given 30 mg/day), grade 3 pneumonitis (one given 60 mg/day), and grade 4 thrombocytopenia (two given 400 mg/day). Common treatment-related toxic effects were anaemia (48 patients [48%]), nausea (42 [42%]), fatigue (42 [42%]), thrombocytopenia (35 [35%]), anorexia (26 [26%]), neutropenia (24 [24%]), constipation (23 [23%]), and vomiting (20 [20%]), and were predominantly grade 1 or 2. Pharmacokinetics were dose proportional and the mean terminal elimination half-life was 36·4 h (range 32·8–46·0). Pharmacodynamic analyses confirmed PARP inhibition exceeded 50% at doses greater than 80 mg/day and antitumour activity was documented beyond doses of 60 mg/day. Eight (40% [95% CI 19–64]) of 20 BRCA1 or BRCA2 mutation carriers with ovarian cancer had RECIST partial responses, as did two (50% [7–93]) of four mutation carriers with breast cancer. Antitumour activity was also reported in sporadic high-grade serous ovarian cancer, non-small-cell lung cancer, and prostate cancer. We recorded no correlation between loss of PTEN expression or ETS rearrangements and measures of antitumour activity in patients with prostate cancer. 

Interpretation

 A recommended phase 2 dose of 300 mg/day niraparib is well tolerated. Niraparib should be further assessed in inherited and sporadic cancers with homologous recombination DNA repair defects and to target PARP-mediated transcription in cancer. 

Funding

 Merck Sharp and Dohme.

Abstract Systemic relapse, after treatment of a localised primary tumour with neo-adjuvant radiotherapy and surgery, is the major cause of disease related mortality in patients with sarcoma. As with other cancers, many sarcoma patients derive no benefit from anti-PD-1 treatment. Combining radiotherapy and immunotherapy is under investigation as a means to improve response rates and control metastatic disease. Here, we use a retrospective cohort of sarcoma patients, treated with neoadjuvant radiotherapy, and TCGA data to explore patient stratification for immunotherapy and therapeutic targets of relevance to sarcoma. We show a group of patients with immune-hot undifferentiated pleomorphic sarcoma as one of the highest-ranking candidates for emerging 4-1BB targeting agents. A binary hot/cold classification method indicates 4-1BB-high hot sarcomas share many characteristics with immunotherapy responsive cancers of other pathologies. Hot tumours in sarcoma are however substantially less prevalent. Patient stratification, of intense interest for immunotherapies, is therefore even more important in sarcoma.

Abstract The characterisation and clinical relevance of tumour-infiltrating lymphocytes (TILs) in leiomyosarcoma (LMS), a subtype of soft tissue sarcoma that exhibits histological heterogeneity, is not established. The use of tissue microarrays (TMA) in studies that profile TIL burden is attractive but given the potential for intra-tumoural heterogeneity to introduce sampling errors, the adequacy of this approach is undetermined. In this study, we assessed the histological inter-and intra-tumoural heterogeneity in TIL burden within a retrospective cohort of primary LMS specimens. Using a virtual TMA approach, we also analysed the optimal number of TMA cores required to provide an accurate representation of TIL burden in a full tissue section. We establish that LMS have generally low and spatially homogenous TIL burdens, although a small proportion exhibit higher levels and more heterogeneous distribution of TILs. We show that a conventional and practical number (1-3) of TMA cores is adequate for correct ordinal categorisation of tumours with high or low TIL burden, but that many more cores (≥ 11) is required to accurately estimate absolute TIL numbers. Our findings provide a benchmark for the design of future studies aiming to define the clinical relevance of the immune microenvironments of LMS and other sarcoma subtypes.

Abstract Rhabdomyosarcomas (RMS) are predominantly pediatric sarcomas thought to originate from muscle precursor cells due to impaired myogenic differentiation. Despite intensive treatment, 5-year survival for patients with advanced disease remains low (<30%), highlighting a need for novel therapies to improve outcomes. Differentiation therapeutics are agents that induce differentiation of cancer cells from malignant to benign. The histone methyltransferase, Enhancer of Zeste Homolog 2 (EZH2) suppresses normal skeletal muscle differentiation and is highly expressed in RMS tumors. We demonstrate combining EZH2 inhibition with the differentiating agent retinoic acid (RA) is more effective at reducing cell proliferation in RMS cell lines than single agents alone. In PAX3 -FOXO1 positive RMS cells this is due to an RA-driven induction of the interferon pathway resulting in apoptosis. In fusion negative RMS, combination therapy led to an EZH2i-driven upregulation of myogenic signaling resulting in differentiation. These results provide insight into the mechanism that drives the anti-cancer effect of the EZH2/RA single agent and combination treatment and indicate that the reduction of EZH2 activity combined with the induction of RA signalling represents a potential novel therapeutic strategy to treat both subtypes of RMS. Highlights EZH2 expression is upregulated fusion positive (FPRMS) and fusion negative (FNRMS) rhabdomyosarcomas EZH2 inhibition combined with retinoic acid treatment was investigated RMS cell models. Combination treatment reduced cell proliferation and tumor spheroid volume. Combination treatment in FPRMS resulted in apoptosis in FPRMS via interferon signaling. Conversely, combination treatment in fusion negative RMS resulted in myogenic differentiation.

Abstract Background High‐risk soft tissue sarcomas of the extremities and trunk wall (eSTS), as defined by the Sarculator nomogram, are more likely to benefit from (neo)adjuvant anthracycline‐based therapy compared to low/intermediate‐risk patients. The biology underpinning these differential treatment outcomes remain unknown. Methods We analysed proteomic profiles and clinical outcomes of 123 eSTS patients. A Cox model for overall survival including the Sarculator was fitted to individual data to define four risk groups. A DNA replication protein signature‐Sarcoma Proteomic Module 6 (SPM6) was evaluated for association with clinicopathological factors and risk groups. SPM6 was added as a covariate together with Sarculator in a multivariable Cox model to assess improvement in prognostic risk stratification. Results DNA replication and cell cycle proteins were upregulated in high‐risk versus very low‐risk patients. Evaluation of the functional effects of CRISPR‐Cas9 gene knockdown of proteins enriched in high‐risk patients using the cancer cell line encyclopaedia database identified candidate drug targets. SPM6 was significantly associated with tumour malignancy grade ( p = 1.6e‐06), histology ( p = 1.4e‐05) and risk groups ( p = 2.6e‐06). Cox model analysis showed that SPM6 substantially contributed to a better calibration of the Sarculator nomogram (Index of Prediction Accuracy = 0.109 for Sarculator alone versus 0.165 for Sarculator + SPM6). Conclusions Risk stratification of patient with STS is defined by distinct biological pathways across a range of cancer hallmarks. Incorporation of SPM6 protein signature improves prognostic risk stratification of the Sarculator nomogram. This study highlights the utility of integrating protein signatures for the development of next‐generation nomograms.

The landscape of extracellular matrix (ECM) alterations in soft tissue sarcomas (STS) remains poorly characterized. We aimed to investigate the tumor ECM and adhesion signaling networks present in STS and their clinical implications.

Abstract Intravenous leiomyomatosis (IVLM) is a rare benign smooth muscle tumour that is characterised by intravenous growth in the uterine and pelvic veins. Previous DNA copy number and transcriptomic studies have shown that IVLM harbours unique genomic and transcriptomic alterations when compared to uterine leiomyoma (uLM), which may account for their distinct clinical behaviour. Here we undertake the first comparative proteomic analysis of IVLM and other smooth muscle tumours (comprising uLM, soft tissue leiomyoma and benign metastasising leiomyoma) utilising data-independent acquisition mass spectrometry. We show that, at the protein level, IVLM is defined by the unique co-regulated expression of splicing factors. In particular, IVLM is enriched in two clusters composed of co-regulated proteins from the hnRNP, LSm, SR and Sm classes of the spliceosome complex. One of these clusters (Cluster 3) is associated with key biological processes including nascent protein translocation and cell signalling by small GTPases. Taken together, our study provides evidence of co-regulated expression of splicing factors in IVLM compared to other smooth muscle tumours which suggests a possible role for alternative splicing in the pathogenesis of IVLM.

Cancer patients with advanced disease exhaust available clinical regimens and lack actionable genomic medicine results, leaving a large patient population without effective treatments options when their disease inevitably progresses. To address the unmet clinical need for evidence-based therapy assignment when standard clinical approaches have failed, we have developed a probabilistic computational modeling approach which integrates sequencing data with functional assay data to develop patient-specific combination cancer treatments. This computational modeling approach addresses three major challenges in personalized cancer therapy, which we validate across multiple species via computationally-designed personalized synergistic drug combination predictions, identification of unifying therapeutic targets to overcome intra-tumor heterogeneity, and mitigation of cancer cell resistance and rewiring mechanisms. These proof-of-concept studies support the use of an integrative functional approach to personalized combination therapy prediction for the population of high-risk cancer patients lacking viable clinical options and without actionable DNA sequencing-based therapy.

Abstract Adolescents and young adult (AYA) patients with soft tissue tumours (STT) including sarcomas are an underserved group with disparities in treatment outcomes. To define the molecular features between AYA and older adult (OA) patients, we analysed the proteomic profiles of a large cohort of STT across 10 histological subtypes (AYA n=66, OA n=243). AYA tumours are enriched in proteins involved in mitochondrial metabolism while OA patients have elevated inflammatory and cell cycle signalling. By integrating the patient-level proteomic data with functional genomic profiles from sarcoma cell lines, we show that the mRNA splicing pathway is an intrinsic vulnerability in cell lines from OA patients and that components of the spliceosome complex are independent prognostic factors for metastasis free survival in AYA patients. Our study highlights the importance of performing age-specific molecular profiling studies to identify risk stratification tools and targeted agents tailored for the clinical management of AYA patients.