A trial of autologous T cells redirected to a specific mutation in glioblastoma patients illustrates mechanisms of resistance.

Cancer immunotherapy based on genetically redirecting T cells has been used successfully to treat B cell malignancies1–3. In this strategy, the T cell genome is modified by integration of viral vectors or transposons encoding chimaeric antigen receptors (CARs) that direct tumour cell killing. However, this approach is often limited by the extent of expansion and persistence of CAR T cells4,5. Here we report mechanistic insights from studies of a patient with chronic lymphocytic leukaemia treated with CAR T cells targeting the CD19 protein. Following infusion of CAR T cells, anti-tumour activity was evident in the peripheral blood, lymph nodes and bone marrow; this activity was accompanied by complete remission. Unexpectedly, at the peak of the response, 94% of CAR T cells originated from a single clone in which lentiviral vector-mediated insertion of the CAR transgene disrupted the methylcytosine dioxygenase TET2 gene. Further analysis revealed a hypomorphic mutation in this patient’s second TET2 allele. TET2-disrupted CAR T cells exhibited an epigenetic profile consistent with altered T cell differentiation and, at the peak of expansion, displayed a central memory phenotype. Experimental knockdown of TET2 recapitulated the potency-enhancing effect of TET2 dysfunction in this patient’s CAR T cells. These findings suggest that the progeny of a single CAR T cell induced leukaemia remission and that TET2 modification may be useful for improving immunotherapies. Genetically engineered T cells that induced remission in a patient with chronic lymphocytic leukaemia were found to have disruption of the TET2 gene, which caused T cell changes that potentiated their anti-tumour effects.

In the last few years there have been rapid advances in developing genetic maps for humans, greatly enhancing our ability to localize and identify genes for inherited disorders. Through the collaborative efforts of three large groups generating microsatellite markers and the efforts of the 110 CEPH collaborators, a comprehensive human linkage map is presented here. It consists of 5840 loci, of which 970 are uniquely ordered, covering 4000 centimorgans on the sex-averaged map. Of these loci, 3617 are polymerase chain reaction-formatted short tandem repeat polymorphisms, and another 427 are genes. The map has markers at an average density of 0.7 centimorgan, providing a resource for ready transference to physical maps and achieving one of the first goals of the Human Genome Project—a comprehensive, high-density genetic map.

Potent CD19-directed immunotherapies, such as chimeric antigen receptor T cells (CART) and blinatumomab, have drastically changed the outcome of patients with relapsed/refractory B cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL). However, CD19-negative relapses have emerged as a major problem that is observed in approximately 30% of treated patients. Developing approaches to preventing and treating antigen-loss escapes would therefore represent a vertical advance in the field. Here, we found that in primary patient samples, the IL-3 receptor α chain CD123 was highly expressed on leukemia-initiating cells and CD19-negative blasts in bulk B-ALL at baseline and at relapse after CART19 administration. Using intravital imaging in an antigen-loss CD19-negative relapse xenograft model, we determined that CART123, but not CART19, recognized leukemic blasts, established protracted synapses, and eradicated CD19-negative leukemia, leading to prolonged survival. Furthermore, combining CART19 and CART123 prevented antigen-loss relapses in xenograft models. Finally, we devised a dual CAR-expressing construct that combined CD19- and CD123-mediated T cell activation and demonstrated that it provides superior in vivo activity against B-ALL compared with single-expressing CART or pooled combination CART. In conclusion, these findings indicate that targeting CD19 and CD123 on leukemic blasts represents an effective strategy for treating and preventing antigen-loss relapses occurring after CD19-directed therapies

Importance

 The clinical implications of adding plasma-based circulating tumor DNA next-generation sequencing (NGS) to tissue NGS for targetable mutation detection in non–small cell lung cancer (NSCLC) have not been formally assessed. 

Objective

 To determine whether plasma NGS testing was associated with improved mutation detection and enhanced delivery of personalized therapy in a real-world clinical setting. 

Design, Setting, and Participants

 This prospective cohort study enrolled 323 patients with metastatic NSCLC who had plasma testing ordered as part of routine clinical management. Plasma NGS was performed using a 73-gene commercial platform. Patients were enrolled at the Hospital of the University of Pennsylvania from April 1, 2016, through January 2, 2018. The database was locked for follow-up and analyses on January 2, 2018, with a median follow-up of 7 months (range, 1-21 months). 

Main Outcomes and Measures

 The number of patients with targetable alterations detected with plasma and tissue NGS; the association between the allele fractions (AFs) of mutations detected in tissue and plasma; and the association of response rate with the plasma AF of the targeted mutations. 

Results

 Among the 323 patients with NSCLC (60.1% female; median age, 65 years [range, 33-93 years]), therapeutically targetable mutations were detected inEGFR,ALK,MET,BRCA1,ROS1, RET, ERBB2,orBRAFfor 113 (35.0%) overall. Ninety-four patients (29.1%) had plasma testing only at the discretion of the treating physician or patient preference. Among the 94 patients with plasma testing alone, 31 (33.0%) had a therapeutically targetable mutation detected, thus obviating the need for an invasive biopsy. Among the remaining 229 patients who had concurrent plasma and tissue NGS or were unable to have tissue NGS, a therapeutically targetable mutation was detected in tissue alone for 47 patients (20.5%), whereas the addition of plasma testing increased this number to 82 (35.8%). Thirty-six of 42 patients (85.7%) who received a targeted therapy based on the plasma result achieved a complete or a partial response or stable disease. The plasma-based targeted mutation AF had no correlation with depth of Response Evaluation Criteria in Solid Tumors response (r = −0.121;P = .45). 

Conclusions and Relevance

 Integration of plasma NGS testing into the routine management of stage IV NSCLC demonstrates a marked increase of the detection of therapeutically targetable mutations and improved delivery of molecularly guided therapy.

Patients with chemo-refractory acute myeloid leukemia (AML) have a dismal prognosis. Chimeric antigen receptor T (CART) cell therapy has produced exciting results in CD19+ malignancies and may overcome many of the limitations of conventional leukemia therapies. We developed CART cells to target CD33 (CART33) using the anti-CD33 single chain variable fragment used in gemtuzumab ozogamicin (clone My96) and tested the activity and toxicity of these cells. CART33 exhibited significant effector functions in vitro and resulted in eradication of leukemia and prolonged survival in AML xenografts. CART33 also resulted in human lineage cytopenias and reduction of myeloid progenitors in xenograft models of hematopoietic toxicity, suggesting that permanently expressed CD33-specific CART cells would have unacceptable toxicity. To enhance the viability of CART33 as an option for AML, we designed a transiently expressed mRNA anti-CD33 CAR. Gene transfer was carried out by electroporation into T cells and resulted in high-level expression with potent but self-limited activity against AML. Thus our preclinical studies show potent activity of CART33 and indicate that transient expression of anti-CD33 CAR by RNA modification could be used in patients to avoid long-term myelosuppression. CART33 therapy could be used alone or as part of a preparative regimen prior to allogeneic transplantation in refractory AML.

The absence of cancer-restricted surface markers is a major impediment to antigen-specific immunotherapy using chimeric antigen receptor (CAR) T cells. For example, targeting the canonical myeloid marker CD33 in acute myeloid leukemia (AML) results in toxicity from destruction of normal myeloid cells. We hypothesized that a leukemia-specific antigen could be created by deleting CD33 from normal hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), thereby generating a hematopoietic system resistant to CD33-targeted therapy and enabling specific targeting of AML with CAR T cells. We generated CD33-deficient human HSPCs and demonstrated normal engraftment and differentiation in immunodeficient mice. Autologous CD33 KO HSPC transplantation in rhesus macaques demonstrated long-term multilineage engraftment of gene-edited cells with normal myeloid function. CD33-deficient cells were impervious to CD33-targeting CAR T cells, allowing for efficient elimination of leukemia without myelotoxicity. These studies illuminate a novel approach to antigen-specific immunotherapy by genetically engineering the host to avoid on-target, off-tumor toxicity.

Abstract Gilteritinib is a potent and selective FLT3 kinase inhibitor with single-agent clinical efficacy in relapsed/refractory FLT3-mutated acute myeloid leukemia (AML). In this context, however, gilteritinib is not curative, and response duration is limited by the development of secondary resistance. To evaluate resistance mechanisms, we analyzed baseline and progression samples from patients treated on clinical trials of gilteritinib. Targeted next-generation sequencing at the time of AML progression on gilteritinib identified treatment-emergent mutations that activate RAS/MAPK pathway signaling, most commonly in NRAS or KRAS. Less frequently, secondary FLT3-F691L gatekeeper mutations or BCR–ABL1 fusions were identified at progression. Single-cell targeted DNA sequencing revealed diverse patterns of clonal selection and evolution in response to FLT3 inhibition, including the emergence of RAS mutations in FLT3-mutated subclones, the expansion of alternative wild-type FLT3 subclones, or both patterns simultaneously. These data illustrate dynamic and complex changes in clonal architecture underlying response and resistance to mutation-selective tyrosine kinase inhibitor therapy in AML. Significance: Comprehensive serial genotyping of AML specimens from patients treated with the selective FLT3 inhibitor gilteritinib demonstrates that complex, heterogeneous patterns of clonal selection and evolution mediate clinical resistance to tyrosine kinase inhibition in FLT3-mutated AML. Our data support the development of combinatorial targeted therapeutic approaches for advanced AML. See related commentary by Wei and Roberts, p. 998. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 983

Complete loss of BRCA1 or BRCA2 function is associated with sensitivity to DNA damaging agents. However, not all BRCA1 and BRCA2 germline mutation-associated tumors respond. Herein we report analyses of 160 BRCA1 and BRCA2 germline mutation-associated breast and ovarian tumors. Retention of the normal BRCA1 or BRCA2 allele (absence of locus-specific loss of heterozygosity (LOH)) is observed in 7% of BRCA1 ovarian, 16% of BRCA2 ovarian, 10% of BRCA1 breast, and 46% of BRCA2 breast tumors. These tumors have equivalent homologous recombination deficiency scores to sporadic tumors, significantly lower than scores in tumors with locus-specific LOH (ovarian, P = 0.0004; breast P < 0.0001, two-tailed Student's t-test). Absence of locus-specific LOH is associated with decreased overall survival in ovarian cancer patients treated with platinum chemotherapy (P = 0.01, log-rank test). Locus-specific LOH may be a clinically useful biomarker to predict primary resistance to DNA damaging agents in patients with germline BRCA1 and BRCA2 mutations.Most tumours associated with germline BRCA1/BRCA2 loss of function mutations respond to DNA damaging agents, however, some do not. Herein, the authors identify that a subset of breast/ovarian tumors retain a normal allele, which is associated with decreased overall survival after DNA damage-inducing platinum chemotherapy.

Abstract PURPOSE To comprehensively unravel the heterogeneity of glioblastoma, we developed a subtyping method using integrated imaging and genomic data. METHODS We assembled a retrospective cohort of 571 IDH-wildtype glioblastoma patients, obtaining pre-operative multi-parametric MRI (T1, T1-GD, T2, T2-FLAIR, DSC, DTI) scans (available for 462 patients) and targeted next-generation sequencing (NGS) data (available for 355 patients). We extracted 971 radiomic features from these MRI scans, selecting 12 significant dimensions through L21-norm minimization guided by 13 key driver genes from the five most frequently altered pathways in glioblastoma compared to healthy controls (RB1, P53, MAPK, PI3K, and RTK). Subtypes were identified using a joint clustering approach that integrated radiomics and genomics. RESULTS Our method identified three glioblastoma subtypes with distinct risk levels: high-risk (subtype 1), medium-risk (subtype 2), and low-risk (subtype 3), each characterized by their differential overall survival outcomes (Kaplan-Meier analysis, p &lt; 0.05). The intensities of axial diffusivity in enhancing tumor regions and radial diffusivity in non-enhancing cores increased across three subtypes. All subtypes shared a common tendency for more frequent mutation co-occurrence pattern in [TP53,RB1] but exhibited unique molecular characteristics. For example, subtype 1 displayed a relatively high frequency of co-occurring mutations in [TP53,KDR] and [NOTCH2,MDM4]; subtype 2 had six co-occurring pairs [TP53,KDR], [PTPN11,NF1], [RB1,FUBP1], [PTEN,CIC], [PTEN,KRAS], and [NOTCH2,CDKN2A]; subtype 3 showed six co-occurring pairs [PTPN11,NF1], [PDGFRA,NF1], [NTRK1,NOTCH2], [MET,ATRX], [KRAS,KDR], and [FGFR2,DNMT3A] plus four significant patterns of mutual exclusivity in [TP53,PTPN11], [TP53,EGFR], [EGFR,RB1], and [EGFR,NF1]. CONCLUSION Our study discovered distinct glioblastoma subtypes, revealing complex patterns and structures across multiple data modalities without relying on prior clinical assumptions. This is promising to help enhance the precision of diagnosis and treatment of glioblastoma.