Relapse to anti-HER2 monoclonal antibody (mAb) therapies, such as trastuzumab in HER2+ breast cancer (BC), is associated with residual disease progression due to resistance to therapy. Here, we identify interferon-γ inducible protein 16 (IFI16)-dependent STING signaling as a significant determinant of trastuzumab responses in HER2+ BC. We show that down-regulation of immune-regulated genes (IRG) is specifically associated with poor survival of HER2+, but not other BC subtypes. Among IRG, IFI16 is identified as a direct target of EZH2, the underexpression of which leads to deficient STING activation and downstream CXCL10/11 expression in response to trastuzumab treatment. Dual inhibition of EZH2 and histone deacetylase (HDAC) significantly activates IFI16-dependent immune responses to trastuzumab. Notably, a combination of a novel histone methylation inhibitor with an HDAC inhibitor induces complete tumor eradication and long-term T cell memory in a HER2+ BC mouse model. Our findings demonstrate an epigenetic regulatory mechanism suppressing the expression of the IFI16-CXCL10/11 signaling pathway that provides a survival advantage to HER2+ BC to confer resistance to trastuzumab treatment.

The enumeration and characterization of circulating tumor cells (CTCs), found in the peripheral blood of cancer patients, provide a potentially accessible source for cancer diagnosis and prognosis. This work reports on a novel spiral microfluidic device with a trapezoidal cross-section for ultra-fast, label-free enrichment of CTCs from clinically relevant blood volumes. The technique utilizes the inherent Dean vortex flows present in curvilinear microchannels under continuous flow, along with inertial lift forces which focus larger CTCs against the inner wall. Using a trapezoidal cross-section as opposed to a traditional rectangular cross-section, the position of the Dean vortex core can be altered to achieve separation. Smaller hematologic components are trapped in the Dean vortices skewed towards the outer channel walls and eventually removed at the outer outlet, while the larger CTCs equilibrate near the inner channel wall and are collected from the inner outlet. By using a single spiral microchannel with one inlet and two outlets, we have successfully isolated and recovered more than 80% of the tested cancer cell line cells (MCF-7, T24 and MDA-MB-231) spiked in 7.5 mL of blood within 8 min with extremely high purity (400–680 WBCs mL−1; ∼4 log depletion of WBCs). Putative CTCs were detected and isolated from 100% of the patient samples (n = 10) with advanced stage metastatic breast and lung cancer using standard biomarkers (CK, CD45 and DAPI) with the frequencies ranging from 3–125 CTCs mL−1. We expect this simple and elegant approach can surmount the shortcomings of traditional affinity-based CTC isolation techniques as well as enable fundamental studies on CTCs to guide treatment and enhance patient care.

Importance

 Efficacious ERBB2 (formerly HER2 or HER2/neu)-directed treatments, in addition to trastuzumab and lapatinib, are needed. 

Objective

 To determine whether neratinib, an irreversible pan-ERBB tyrosine kinase inhibitor, plus paclitaxel improves progression-free survival compared with trastuzumab plus paclitaxel in the first-line treatment of recurrent and/or metastatic ERBB2-positive breast cancer. 

Design, Setting, and Participants

 In the randomized, controlled, open-label NEfERT-T trial conducted from August 2009 to December 2014 at 188 centers in 34 countries in Europe, Asia, Africa, and North America, 479 women with previously untreated recurrent and/or metastatic ERBB2-positive breast cancer were randomized to 1 of 2 treatment arms (neratinib-paclitaxel [n = 242] or trastuzumab-paclitaxel [n = 237]). Women with asymptomatic central nervous system metastases were eligible, and randomization was stratified by prior trastuzumab and lapatinib exposure, hormone-receptor status, and region. 

Interventions

 Women received neratinib (240 mg/d orally) or trastuzumab (4 mg/kg then 2 mg/kg weekly), each combined with paclitaxel (80 mg/m²on days 1, 8, and 15 every 28 days). Primary prophylaxis for diarrhea was not mandatory. 

Main Outcome and Measures

 The primary outcome was progression-free survival. Secondary end points were response rate, clinical benefit rate, duration of response, frequency, and time to symptomatic and/or progressive central nervous system lesions, and safety. 

Results

 The intent-to-treat population comprised 479 women 18 years or older (neratinib-paclitaxel, n = 242; trastuzumab-paclitaxel, n = 237) randomized and stratified in their respective treatment arms by prior trastuzumab and lapatinib exposure, hormone-receptor status, and region. Median progression-free survival was 12.9 months (95% CI, 11.1-14.9) with neratinib-paclitaxel and 12.9 months (95% CI, 11.1-14.8) with trastuzumab-paclitaxel (hazard ratio [HR], 1.02; 95% CI, 0.81-1.27;P =.89). With neratinib-paclitaxel, the incidence of central nervous system recurrences was lower (relative risk, 0.48; 95% CI, 0.29-0.79;P = .002) and time to central nervous system metastases delayed (HR, 0.45; 95% CI, 0.26-0.78;P = .004). Common grade 3 to 4 adverse events were diarrhea (73 of 240 patients [30.4%] with neratinib-paclitaxel and 9 of 234 patients [3.8%] with trastuzumab-paclitaxel), neutropenia (31 patients [12.9%] vs 34 patients [14.5%]) and leukopenia (19 patients [7.9%] vs 25 patients [10.7%]); no grade 4 diarrhea was observed. 

Conclusions and Relevance

 In first-line ERBB2-positive metastatic breast cancer, neratinib-paclitaxel was not superior to trastuzumab-paclitaxel in terms of progression-free survival. In spite of similar overall efficacy, neratinib-paclitaxel may delay the onset and reduce the frequency of central nervous system progression, a finding that requires a larger study to confirm. 

Trial Registration

 clinicaltrials.gov Identifier:NCT00915018

Background Circulating tumor cells (CTCs) are cancer cells that can be isolated via liquid biopsy from blood and can be phenotypically and genetically characterized to provide critical information for guiding cancer treatment. Current analysis of CTCs is hindered by the throughput, selectivity and specificity of devices or assays used in CTC detection and isolation. Methodology/Principal Findings Here, we enriched and characterized putative CTCs from blood samples of patients with both advanced stage metastatic breast and lung cancers using a novel multiplexed spiral microfluidic chip. This system detected putative CTCs under high sensitivity (100%, n = 56) (Breast cancer samples: 12–1275 CTCs/ml; Lung cancer samples: 10–1535 CTCs/ml) rapidly from clinically relevant blood volumes (7.5 ml under 5 min). Blood samples were completely separated into plasma, CTCs and PBMCs components and each fraction were characterized with immunophenotyping (Pan-cytokeratin/CD45, CD44/CD24, EpCAM), fluorescence in-situ hybridization (FISH) (EML4-ALK) or targeted somatic mutation analysis. We used an ultra-sensitive mass spectrometry based system to highlight the presence of an EGFR-activating mutation in both isolated CTCs and plasma cell-free DNA (cf-DNA), and demonstrate concordance with the original tumor-biopsy samples. Conclusions/Significance We have clinically validated our multiplexed microfluidic chip for the ultra high-throughput, low-cost and label-free enrichment of CTCs. Retrieved cells were unlabeled and viable, enabling potential propagation and real-time downstream analysis using next generation sequencing (NGS) or proteomic analysis.

Summary

 Knudson's "two-hit" paradigm posits that carcinogenesis requires inactivation of both copies of an autosomal tumor suppressor gene. Here, we report that the glycolytic metabolite methylglyoxal (MGO) transiently bypasses Knudson's paradigm by inactivating the breast cancer suppressor protein BRCA2 to elicit a cancer-associated, mutational single-base substitution (SBS) signature in nonmalignant mammary cells or patient-derived organoids. Germline monoallelic BRCA2 mutations predispose to these changes. An analogous SBS signature, again without biallelic BRCA2 inactivation, accompanies MGO accumulation and DNA damage in Kras-driven, Brca2-mutant murine pancreatic cancers and human breast cancers. MGO triggers BRCA2 proteolysis, temporarily disabling BRCA2's tumor suppressive functions in DNA repair and replication, causing functional haploinsufficiency. Intermittent MGO exposure incites episodic SBS mutations without permanent BRCA2 inactivation. Thus, a metabolic mechanism wherein MGO-induced BRCA2 haploinsufficiency transiently bypasses Knudson's two-hit requirement could link glycolysis activation by oncogenes, metabolic disorders, or dietary challenges to mutational signatures implicated in cancer evolution.

Abstract In this study we performed a multi-omics analysis comprising whole-exome sequencing (WES) and RNA sequencing (RNA-Seq) on seven breast cancer patients, consisting of three Estrogen receptor (ER) positive and four Triple negative breast cancer (TNBC) subtypes to understand the neoantigen burden in breast cancer tumor samples. We predicted both class-I and class-II human leukocyte antigen (HLA) bound neoantigens by analyzing matched tumor-normal pair of exomes. Across all the patients, we predicted 434 unique neoantigens (Neo Fil ) in total, affecting 237 different genes and 87% of them (n = 378) are expressed at RNA level (Neo exp ). The missense mutations (87%) are the major contributor in neoantigen (Neo exp ) generation, followed by frameshift (11%) and indels (2%). The neoantigens (Neo Fil ) were found to be positively correlated with the somatic mutations (R 2 = 0.89). We also noted that the vast majority (99.98%) of the predicted neoantigens are patient specific. Overall, the current study offers significant insight into the neoantigen profile in tumor types with intermediate/low mutation burdens like breast cancer.

e14507 Background: ADG106 is a fully human agonistic anti-CD137 IgG4 monoclonal antibody which modulates the tumor microenvironment and has demonstrated increased efficacy when added to chemotherapy in preclinical models. We studied the combination of ADG106 with chemotherapy. Methods: We conducted a phase Ib trial in patients with advanced solid tumors to determine the recommended phase 2 dose (RP2D) of ADG106 + weekly P (paclitaxel 80mg/m 2 ) or ddAC (doxorubicin 60mg/m 2 , cyclophosphamide 600mg/m 2 Q2W with pegfilgrastim), followed by a phase II trial of neoadjuvant ADG106 + weekly Px12→ADG106 + ddACx4→surgery in stage I-III HER2 negative breast cancer patients. In phase Ib, one dose of single agent ADG106 was administered followed 2 weeks later by ADG106 + ddAC (Cohort 1) or ADG106 + weekly P (Cohort 2). Dose levels (DL) of ADG106 were 50mg (DL-1), 100mg (DL1), 200mg (DL2). Serial tumor biopsies were performed at baseline, after single agent ADG106 and at disease progression in phase I, and at baseline, after single agent ADG106, after cycle 1 ADG106 + P, and at surgery in phase II for translational studies. Results: 11 patients were enrolled into Phase Ib with median 3 (range 2-11) prior lines of palliative systemic therapy. ADG106 + ddAC (n=2 at DL1) was deemed intolerable with 1 patient experiencing G4 neutropenia and the other G3 infection; thus ADG106 was not added to ddAC in phase II. No DLTs were observed in all patients receiving ADG106 + P (n=6 at DL1; n=3 at DL2); ADG106 RP2D was declared at 200mg + P. In this cohort, the most common all-grade AEs were neutropenia (n=6), peripheral neuropathy (n=6) and fatigue (n=6); significant ≥G3 AEs were infection (n=2) and G3 neutropenia (n=6). 5/11 (45%) patients in phase I achieved clinical benefit (CBR; PR=2, SD=3) which is clinically meaningful as 9/11 (82%) had prior taxane exposure. 18 of the planned 30 patients have been enrolled into Phase II (ADG106+weekly P→ddACx4→surgery); 10 have completed study treatment and 5 have undergone surgery. While on ADG106 + P, 4 patients experienced G3 adverse events (AEs): neutropenia (n=3), hypophosphatemia (n=1), fever (n=1). Most common G1-2 AEs were ALT elevation (n=4), acneiform rash (n=3) and peripheral neuropathy (n=3). While on ddAC alone, all AEs were low grade except for 1 patient who had G3 pneumonitis from Pneumocystis Jiroveci Pneumonia. 26 sets of matched tumor biopsies have been collected (9 in phase I; 17 in phase II) and will be tested for a panel of 40 markers by multiplex IHC, including CD137, PD-L1, and CD3/4/8. Conclusions: ADG106 when combined with ddAC exacerbates neutropenia and is not tolerable despite prophylactic pegfilgrastim. The RP2D of ADG106 in combination with P is 200mg and is safe and tolerable; manageable G3 neutropenia was the most common AE. There are no new safety signals thus far in Phase II. Further efficacy analyses and studies on tumor immune markers are ongoing. Clinical trial information: NCT05275777 .