Importance

 Targeting oncogenic drivers (genomic alterations critical to cancer development and maintenance) has transformed the care of patients with lung adenocarcinomas. The Lung Cancer Mutation Consortium was formed to perform multiplexed assays testing adenocarcinomas of the lung for drivers in 10 genes to enable clinicians to select targeted treatments and enroll patients into clinical trials. 

Objectives

 To determine the frequency of oncogenic drivers in patients with lung adenocarcinomas and to use the data to select treatments targeting the identified driver(s) and measure survival. 

Design, Setting, and Participants

 From 2009 through 2012, 14 sites in the United States enrolled patients with metastatic lung adenocarcinomas and a performance status of 0 through 2 and tested their tumors for 10 drivers. Information was collected on patients, therapies, and survival. 

Interventions

 Tumors were tested for 10 oncogenic drivers, and results were used to select matched targeted therapies. 

Main Outcomes and Measures

 Determination of the frequency of oncogenic drivers, the proportion of patients treated with genotype-directed therapy, and survival. 

Results

 From 2009 through 2012, tumors from 1007 patients were tested for at least 1 gene and 733 for 10 genes (patients with full genotyping). An oncogenic driver was found in 466 of 733 patients (64%). Among these 733 tumors, 182 tumors (25%) had theKRASdriver; sensitizingEGFR, 122 (17%);ALKrearrangements, 57 (8%); otherEGFR, 29 (4%); 2 or more genes, 24 (3%);ERBB2(formerlyHER2), 19 (3%);BRAF, 16 (2%);PIK3CA, 6 (<1%);METamplification, 5 (<1%);NRAS, 5 (<1%);MEK1, 1 (<1%);AKT1, 0. Results were used to select a targeted therapy or trial in 275 of 1007 patients (28%). The median survival was 3.5 years (interquartile range [IQR], 1.96-7.70) for the 260 patients with an oncogenic driver and genotype-directed therapy compared with 2.4 years (IQR, 0.88-6.20) for the 318 patients with any oncogenic driver(s) who did not receive genotype-directed therapy (propensity score–adjusted hazard ratio, 0.69 [95% CI, 0.53-0.9],P = .006). 

Conclusions and Relevance

 Actionable drivers were detected in 64% of lung adenocarcinomas. Multiplexed testing aided physicians in selecting therapies. Although individuals with drivers receiving a matched targeted agent lived longer, randomized trials are required to determine if targeting therapy based on oncogenic drivers improves survival. 

Trial Registration

 clinicaltrials.gov Identifier:NCT01014286.

Abstract KRAS is the most common oncogenic driver in lung adenocarcinoma (LUAC). We previously reported that STK11/LKB1 (KL) or TP53 (KP) comutations define distinct subgroups of KRAS-mutant LUAC. Here, we examine the efficacy of PD-1 inhibitors in these subgroups. Objective response rates to PD-1 blockade differed significantly among KL (7.4%), KP (35.7%), and K-only (28.6%) subgroups (P &lt; 0.001) in the Stand Up To Cancer (SU2C) cohort (174 patients) with KRAS-mutant LUAC and in patients treated with nivolumab in the CheckMate-057 phase III trial (0% vs. 57.1% vs. 18.2%; P = 0.047). In the SU2C cohort, KL LUAC exhibited shorter progression-free (P &lt; 0.001) and overall (P = 0.0015) survival compared with KRASMUT;STK11/LKB1WT LUAC. Among 924 LUACs, STK11/LKB1 alterations were the only marker significantly associated with PD-L1 negativity in TMBIntermediate/High LUAC. The impact of STK11/LKB1 alterations on clinical outcomes with PD-1/PD-L1 inhibitors extended to PD-L1–positive non–small cell lung cancer. In Kras-mutant murine LUAC models, Stk11/Lkb1 loss promoted PD-1/PD-L1 inhibitor resistance, suggesting a causal role. Our results identify STK11/LKB1 alterations as a major driver of primary resistance to PD-1 blockade in KRAS-mutant LUAC. Significance: This work identifies STK11/LKB1 alterations as the most prevalent genomic driver of primary resistance to PD-1 axis inhibitors in KRAS-mutant lung adenocarcinoma. Genomic profiling may enhance the predictive utility of PD-L1 expression and tumor mutation burden and facilitate establishment of personalized combination immunotherapy approaches for genomically defined LUAC subsets. Cancer Discov; 8(7); 822–35. ©2018 AACR. See related commentary by Etxeberria et al., p. 794. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 781

Somatic alterations in cellular DNA underlie almost all human cancers. The prospect of targeted therapies and the development of high-resolution, genome-wide approaches are now spurring systematic efforts to characterize cancer genomes. Here we report a large-scale project to characterize copy-number alterations in primary lung adenocarcinomas. By analysis of a large collection of tumours (n = 371) using dense single nucleotide polymorphism arrays, we identify a total of 57 significantly recurrent events. We find that 26 of 39 autosomal chromosome arms show consistent large-scale copy-number gain or loss, of which only a handful have been linked to a specific gene. We also identify 31 recurrent focal events, including 24 amplifications and 7 homozygous deletions. Only six of these focal events are currently associated with known mutations in lung carcinomas. The most common event, amplification of chromosome 14q13.3, is found in approximately 12% of samples. On the basis of genomic and functional analyses, we identify NKX2-1 (NK2 homeobox 1, also called TITF1), which lies in the minimal 14q13.3 amplification interval and encodes a lineage-specific transcription factor, as a novel candidate proto-oncogene involved in a significant fraction of lung adenocarcinomas. More generally, our results indicate that many of the genes that are involved in lung adenocarcinoma remain to be discovered.

Background Patients with advanced sarcomas have a poor prognosis and few treatment options that improve overall survival. Chemotherapy and targeted therapies offer short-lived disease control. We assessed pembrolizumab, an anti-PD-1 antibody, for safety and activity in patients with advanced soft-tissue sarcoma or bone sarcoma. Methods In this two-cohort, single-arm, open-label, phase 2 study, we enrolled patients with soft-tissue sarcoma or bone sarcoma from 12 academic centres in the USA that were members of the Sarcoma Alliance for Research through Collaboration (SARC). Patients with soft-tissue sarcoma had to be aged 18 years or older to enrol; patients with bone sarcoma could enrol if they were aged 12 years or older. Patients had histological evidence of metastatic or surgically unresectable locally advanced sarcoma, had received up to three previous lines of systemic anticancer therapy, had at least one measurable lesion according to the Response Evaluation Criteria In Solid Tumors version 1.1, and had at least one lesion accessible for biopsy. All patients were treated with 200 mg intravenous pembrolizumab every 3 weeks. The primary endpoint was investigator-assessed objective response. Patients who received at least one dose of pembrolizumab were included in the safety analysis and patients who progressed or reached at least one scan assessment were included in the activity analysis. Accrual is ongoing in some disease cohorts. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT02301039. Findings Between March 13, 2015, and Feb 18, 2016, we enrolled 86 patients, 84 of whom received pembrolizumab (42 in each disease cohort) and 80 of whom were evaluable for response (40 in each disease cohort). Median follow-up was 17·8 months (IQR 12·3–19·3). Seven (18%) of 40 patients with soft-tissue sarcoma had an objective response, including four (40%) of ten patients with undifferentiated pleomorphic sarcoma, two (20%) of ten patients with liposarcoma, and one (10%) of ten patients with synovial sarcoma. No patients with leiomyosarcoma (n=10) had an objective response. Two (5%) of 40 patients with bone sarcoma had an objective response, including one (5%) of 22 patients with osteosarcoma and one (20%) of five patients with chondrosarcoma. None of the 13 patients with Ewing's sarcoma had an objective response. The most frequent grade 3 or worse adverse events were anaemia (six [14%]), decreased lymphocyte count (five [12%]), prolonged activated partial thromboplastin time (four [10%]), and decreased platelet count (three [7%]) in the bone sarcoma group, and anaemia, decreased lymphocyte count, and prolonged activated partial thromboplastin time in the soft-tissue sarcoma group (three [7%] each). Nine (11%) patients (five [12%] in the bone sarcoma group and four [10%] in the soft-tissue sarcoma group) had treatment-emergent serious adverse events (SAEs), five of whom had immune-related SAEs, including two with adrenal insufficiency, two with pneumonitis, and one with nephritis. Interpretation The primary endpoint of overall response was not met for either cohort. However, pembrolizumab showed encouraging activity in patients with undifferentiated pleomorphic sarcoma or dedifferentiated liposarcoma. Enrolment to expanded cohorts of those subtypes is ongoing to confirm and characterise the activity of pembrolizumab. Funding Merck, SARC, Sarcoma Foundation of America, QuadW Foundation, Pittsburgh Cure Sarcoma, and Ewan McGregor.

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) has been associated with metastatic spread and EGF receptor (EGFR) inhibitor resistance. We developed and validated a robust 76-gene EMT signature using gene expression profiles from four platforms using non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cell lines and patients treated in the Biomarker-Integrated Approaches of Targeted Therapy for Lung Cancer Elimination (BATTLE) study.We conducted an integrated gene expression, proteomic, and drug response analysis using cell lines and tumors from patients with NSCLC. A 76-gene EMT signature was developed and validated using gene expression profiles from four microarray platforms of NSCLC cell lines and patients treated in the BATTLE study, and potential therapeutic targets associated with EMT were identified.Compared with epithelial cells, mesenchymal cells showed significantly greater resistance to EGFR and PI3K/Akt pathway inhibitors, independent of EGFR mutation status, but more sensitivity to certain chemotherapies. Mesenchymal cells also expressed increased levels of the receptor tyrosine kinase Axl and showed a trend toward greater sensitivity to the Axl inhibitor SGI-7079, whereas the combination of SGI-7079 with erlotinib reversed erlotinib resistance in mesenchymal lines expressing Axl and in a xenograft model of mesenchymal NSCLC. In patients with NSCLC, the EMT signature predicted 8-week disease control in patients receiving erlotinib but not other therapies.We have developed a robust EMT signature that predicts resistance to EGFR and PI3K/Akt inhibitors, highlights different patterns of drug responsiveness for epithelial and mesenchymal cells, and identifies Axl as a potential therapeutic target for overcoming EGFR inhibitor resistance associated with the mesenchymal phenotype.

Cancers are composed of populations of cells with distinct molecular and phenotypic features, a phenomenon termed intratumor heterogeneity (ITH). ITH in lung cancers has not been well studied. We applied multiregion whole-exome sequencing (WES) on 11 localized lung adenocarcinomas. All tumors showed clear evidence of ITH. On average, 76% of all mutations and 20 out of 21 known cancer gene mutations were identified in all regions of individual tumors, which suggested that single-region sequencing may be adequate to identify the majority of known cancer gene mutations in localized lung adenocarcinomas. With a median follow-up of 21 months after surgery, three patients have relapsed, and all three patients had significantly larger fractions of subclonal mutations in their primary tumors than patients without relapse. These data indicate that a larger subclonal mutation fraction may be associated with increased likelihood of postsurgical relapse in patients with localized lung adenocarcinomas.

The Biomarker-integrated Approaches of Targeted Therapy for Lung Cancer Elimination (BATTLE) trial represents the first completed prospective, biopsy-mandated, biomarker-based, adaptively randomized study in 255 pretreated lung cancer patients. Following an initial equal randomization period, chemorefractory non-small cell lung cancer (NSCLC) patients were adaptively randomized to erlotinib, vandetanib, erlotinib plus bexarotene, or sorafenib, based on relevant molecular biomarkers analyzed in fresh core needle biopsy specimens. Overall results include a 46% 8-week disease control rate (primary end point), confirm prespecified hypotheses, and show an impressive benefit from sorafenib among mutant-KRAS patients. BATTLE establishes the feasibility of a new paradigm for a personalized approach to lung cancer clinical trials.The BATTLE study is the first completed prospective, adaptively randomized study in heavily pretreated NSCLC patients that mandated tumor profiling with "real-time" biopsies, taking a substantial step toward realizing personalized lung cancer therapy by integrating real-time molecular laboratory findings in delineating specific patient populations for individualized treatment.

Abstract Immune checkpoint blockade represents a major breakthrough in cancer therapy; however, responses are not universal. Genomic and immune features in pretreatment tumor biopsies have been reported to correlate with response in patients with melanoma and other cancers, but robust biomarkers have not been identified. We studied a cohort of patients with metastatic melanoma initially treated with cytotoxic T-lymphocyte–associated antigen-4 (CTLA4) blockade (n = 53) followed by programmed death-1 (PD-1) blockade at progression (n = 46), and analyzed immune signatures in longitudinal tissue samples collected at multiple time points during therapy. In this study, we demonstrate that adaptive immune signatures in tumor biopsy samples obtained early during the course of treatment are highly predictive of response to immune checkpoint blockade and also demonstrate differential effects on the tumor microenvironment induced by CTLA4 and PD-1 blockade. Importantly, potential mechanisms of therapeutic resistance to immune checkpoint blockade were also identified. Significance: These studies demonstrate that adaptive immune signatures in early on-treatment tumor biopsies are predictive of response to checkpoint blockade and yield insight into mechanisms of therapeutic resistance. These concepts have far-reaching implications in this age of precision medicine and should be explored in immune checkpoint blockade treatment across cancer types. Cancer Discov; 6(8); 827–37. ©2016 AACR. See related commentary by Teng et al., p. 818. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 803

Immunosuppression of tumour-infiltrating lymphocytes (TIL) is a common feature of advanced cancer, but its biological basis has remained obscure. We demonstrate here a molecular link between epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and CD8+ TIL immunosuppression, two key drivers of cancer progression. We show that microRNA-200 (miR-200), a cell-autonomous suppressor of EMT and metastasis, targets PD-L1. Moreover, ZEB1, an EMT activator and transcriptional repressor of miR-200, relieves miR-200 repression of PD-L1 on tumour cells, leading to CD8+ T-cell immunosuppression and metastasis. These findings are supported by robust correlations between the EMT score, miR-200 levels and PD-L1 expression in multiple human lung cancer datasets. In addition to revealing a link between EMT and T-cell dysfunction, these findings also show that ZEB1 promotes metastasis through a heretofore unappreciated cell non-autonomous mechanism, and suggest that subgroups of patients in whom malignant progression is driven by EMT activators may respond to treatment with PD-L1 antagonists. Tumour-infiltrating lymphocytes (TILs) can be suppressed by the tumour, but how this occurs is not clear. Here the authors show that the miR-200 family, which suppresses epithelial–mesenchymal transition, also targets tumour cell PD-L1 and thereby intratumoral immunosuppression and metastasis.