A clinical trial that compared erlotinib with a placebo for non–small-cell lung cancer demonstrated a survival benefit for erlotinib. We used tumor-biopsy samples from participants in this trial to investigate whether responsiveness to erlotinib and its impact on survival were associated with expression by the tumor of epidermal growth factor receptor (EGFR) and EGFR gene amplification and mutations.

Studies of gene expression in lung cancer have the potential to affect patient care, but the general applicability of the derived classifiers is unclear. David Beer and his colleagues now analyze more than 400 lung tumors from subjects at six institutions using eight different classifiers and show that the combination of molecular and clinical data best predicts patient survival ( pages 812–813 ). Although prognostic gene expression signatures for survival in early-stage lung cancer have been proposed, for clinical application, it is critical to establish their performance across different subject populations and in different laboratories. Here we report a large, training–testing, multi-site, blinded validation study to characterize the performance of several prognostic models based on gene expression for 442 lung adenocarcinomas. The hypotheses proposed examined whether microarray measurements of gene expression either alone or combined with basic clinical covariates (stage, age, sex) could be used to predict overall survival in lung cancer subjects. Several models examined produced risk scores that substantially correlated with actual subject outcome. Most methods performed better with clinical data, supporting the combined use of clinical and molecular information when building prognostic models for early-stage lung cancer. This study also provides the largest available set of microarray data with extensive pathological and clinical annotation for lung adenocarcinomas.

Matthew Meyerson and colleagues report that SOX2, which encodes a transcription factor necessary for normal esophageal development, is an amplified lineage survival oncogene in lung and esophageal squamous cell carcinomas. Lineage-survival oncogenes are activated by somatic DNA alterations in cancers arising from the cell lineages in which these genes play a role in normal development1,2. Here we show that a peak of genomic amplification on chromosome 3q26.33 found in squamous cell carcinomas (SCCs) of the lung and esophagus contains the transcription factor gene SOX2, which is mutated in hereditary human esophageal malformations3, is necessary for normal esophageal squamous development4, promotes differentiation and proliferation of basal tracheal cells5 and cooperates in induction of pluripotent stem cells6,7,8. SOX2 expression is required for proliferation and anchorage-independent growth of lung and esophageal cell lines, as shown by RNA interference experiments. Furthermore, ectopic expression of SOX2 here cooperated with FOXE1 or FGFR2 to transform immortalized tracheobronchial epithelial cells. SOX2-driven tumors show expression of markers of both squamous differentiation and pluripotency. These characteristics identify SOX2 as a lineage-survival oncogene in lung and esophageal SCC.

To evaluate the effect of KRAS and epidermal growth factor receptor (EGFR) genotype on the response to erlotinib treatment in the BR.21, placebo-controlled trial.We analyzed 206 tumors for KRAS mutation, 204 tumors for EGFR mutation, and 159 tumors for EGFR gene copy by fluorescent in situ hybridization (FISH). We reanalyzed EGFR deletion/mutation using two highly sensitive techniques that detect abnormalities in samples with 5% to 10% tumor cellularity. KRAS mutation was analyzed by direct sequencing.Thirty patients (15%) had KRAS mutations, 34 (17%) had EGFR exon 19 deletion or exon 21 L858R mutations, and 61 (38%) had high EGFR gene copy (FISH positive). Response rates were 10% for wild-type and 5% for mutant KRAS (P = .69), 7% for wild-type and 27% for mutant EGFR (P = .03), and 5% for EGFR FISH-negative and 21% for FISH-positive patients (P = .02). Significant survival benefit from erlotinib therapy was observed for patients with wild-type KRAS (hazard ratio [HR] = 0.69, P = .03) and EGFR FISH positivity (HR = 0.43, P = .004) but not for patients with mutant KRAS (HR = 1.67, P = .31), wild-type EGFR (HR = 0.74, P = .09), mutant EGFR (HR = 0.55, P = .12), and EGFR FISH negativity (HR = 0.80, P = .35). In multivariate analysis, only EGFR FISH-positive status was prognostic for poorer survival (P = .025) and predictive of differential survival benefit from erlotinib (P = .005).EGFR mutations and high copy number are predictive of response to erlotinib. EGFR FISH is the strongest prognostic marker and a significant predictive marker of differential survival benefit from erlotinib.

Purpose The JBR.10 trial demonstrated benefit from adjuvant cisplatin/vinorelbine (ACT) in early-stage non–small-cell lung cancer (NSCLC). We hypothesized that expression profiling may identify stage-independent subgroups who might benefit from ACT. Patients and Methods Gene expression profiling was conducted on mRNA from 133 frozen JBR.10 tumor samples (62 observation [OBS], 71 ACT). The minimum gene set that was selected for the greatest separation of good and poor prognosis patient subgroups in OBS patients was identified. The prognostic value of this gene signature was tested in four independent published microarray data sets and by quantitative reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-qPCR). Results A 15-gene signature separated OBS patients into high-risk and low-risk subgroups with significantly different survival (hazard ratio [HR], 15.02; 95% CI, 5.12 to 44.04; P < .001; stage I HR, 13.31; P < .001; stage II HR, 13.47; P < .001). The prognostic effect was verified in the same 62 OBS patients where gene expression was assessed by qPCR. Furthermore, it was validated consistently in four separate microarray data sets (total 356 stage IB to II patients without adjuvant treatment) and additional JBR.10 OBS patients by qPCR (n = 19). The signature was also predictive of improved survival after ACT in JBR.10 high-risk patients (HR, 0.33; 95% CI, 0.17 to 0.63; P = .0005), but not in low-risk patients (HR, 3.67; 95% CI, 1.22 to 11.06; P = .0133; interaction P < .001). Significant interaction between risk groups and ACT was verified by qPCR. Conclusion This 15-gene expression signature is an independent prognostic marker in early-stage, completely resected NSCLC, and to our knowledge, is the first signature that has demonstrated the potential to select patients with stage IB to II NSCLC most likely to benefit from adjuvant chemotherapy with cisplatin/vinorelbine.

The tumor microenvironment strongly influences cancer development, progression, and metastasis. The role of carcinoma-associated fibroblasts (CAFs) in these processes and their clinical impact has not been studied systematically in non-small cell lung carcinoma (NSCLC). We established primary cultures of CAFs and matched normal fibroblasts (NFs) from 15 resected NSCLC. We demonstrate that CAFs have greater ability than NFs to enhance the tumorigenicity of lung cancer cell lines. Microarray gene-expression analysis of the 15 matched CAF and NF cell lines identified 46 differentially expressed genes, encoding for proteins that are significantly enriched for extracellular proteins regulated by the TGF-β signaling pathway. We have identified a subset of 11 genes (13 probe sets) that formed a prognostic gene-expression signature, which was validated in multiple independent NSCLC microarray datasets. Functional annotation using protein–protein interaction analyses of these and published cancer stroma-associated gene-expression changes revealed prominent involvement of the focal adhesion and MAPK signaling pathways. Fourteen (30%) of the 46 genes also were differentially expressed in laser-capture–microdissected corresponding primary tumor stroma compared with the matched normal lung. Six of these 14 genes could be induced by TGF-β1 in NF. The results establish the prognostic impact of CAF-associated gene-expression changes in NSCLC patients.

Purpose p53 and RAS are multifunctional proteins that are critical to cell cycle regulation, apoptosis, cell survival, gene transcription, response to stress, and DNA repair. We have evaluated the prognostic and predictive value of p53 gene/protein aberrations using tumor samples from JBR.10, a North American phase III intergroup trial that randomly assigned 482 patients with completely resected stage IB and II non–small-cell lung cancer (NSCLC) to receive four cycles of adjuvant cisplatin plus vinorelbine or observation alone. Methods p53 protein expression was evaluated by immunohistochemistry. Mutations in exons 5 to 9 of the p53 gene were determined by denaturing high-performance liquid chromatography and confirmed by sequencing. RAS mutations were identified by allelic specific oligonucleotide hybridization. Results Of 253 patients, 132 (52%) were positive for p53 protein overexpression. Untreated p53-positive patients had significantly shorter overall survival than did patients with p53-negative tumors (hazard ratio [HR] = 1.89; 95% CI, 1.07 to 3.34; P = .03). However, these p53-positive patients also had a significantly greater survival benefit from adjuvant chemotherapy (HR = 0.54; P = .02) compared with patients with p53-negative tumors (HR = 1.40; P = .26; interaction P = .02). Mutations of p53 and RAS genes were found in 124 (31%) of 397 and 117 (26%) of 450 patients, respectively. Mutations in these genes were neither prognostic for survival nor predictive of a differential benefit from adjuvant chemotherapy. Conclusion p53 protein overexpression is a significant prognostic marker of shortened survival, and also a significant predictive marker for a differentially greater benefit from adjuvant chemotherapy in completely resected NSCLC patients.

Background: Genomic profiling of patient tumors has linked somatic driver mutations to survival outcomes of non-small cell lung cancer (NSCLC) patients, especially for those receiving targeted therapies. However, it remains unclear whether specific non-driver mutations have any prognostic utility. Methods: Whole exomes and transcriptomes were measured from NSCLC xenograft models of patients with diverse clinical outcomes. Penalised regression analysis was performed to identify a set of 865 genes associated with patient survival. The number of somatic copy number aberrations, point mutations and associated expression changes within the 865 genes were used to stratify independent NSCLC patient populations, filtered for chemotherapy naive and early-stage. In-depth genomic analysis and functional testing was conducted on the genomic alterations to understand their effect on improving survival. Results: High burden of somatic alterations are associated with longer disease-free survival (HR=0.153, P=1.48x10-4) in NSCLC patients. When somatic alterations burden was integrated with gene expression, we were able to predict prognosis in three independent patient datasets. Patients with high alteration burden could be further stratified based on the presence of immunogenic mutations, revealing another subgroup of patients with even better prognosis (85% with >5 years survival), and associated with cytotoxic T-cell expression. In addition, 95% of these 865 genes lack documented activity relevant to cancer, but are in pathways regulating cell proliferation, motility and immune response were implicated. Conclusion: Our results demonstrate that non-driver somatic alterations may influence the outcome of cancer patients by increasing beneficial immune response and inhibiting processes associated to tumorigenesis.