Androgen receptor (AR) gene aberrations are rare in prostate cancer before primary hormone treatment but emerge with castration resistance. To determine AR gene status using a minimally invasive assay that could have broad clinical utility, we developed a targeted next-generation sequencing approach amenable to plasma DNA, covering all AR coding bases and genomic regions that are highly informative in prostate cancer. We sequenced 274 plasma samples from 97 castration-resistant prostate cancer patients treated with abiraterone at two institutions. We controlled for normal DNA in patients' circulation and detected a sufficiently high tumor DNA fraction to quantify AR copy number state in 217 samples (80 patients). Detection of AR copy number gain and point mutations in plasma were inversely correlated, supported further by the enrichment of nonsynonymous versus synonymous mutations in AR copy number normal as opposed to AR gain samples. Whereas AR copy number was unchanged from before treatment to progression and no mutant AR alleles showed signal for acquired gain, we observed emergence of T878A or L702H AR amino acid changes in 13% of tumors at progression on abiraterone. Patients with AR gain or T878A or L702H before abiraterone (45%) were 4.9 and 7.8 times less likely to have a ≥50 or ≥90% decline in prostate-specific antigen (PSA), respectively, and had a significantly worse overall [hazard ratio (HR), 7.33; 95% confidence interval (CI), 3.51 to 15.34; P = 1.3 × 10(-9)) and progression-free (HR, 3.73; 95% CI, 2.17 to 6.41; P = 5.6 × 10(-7)) survival. Evaluation of plasma AR by next-generation sequencing could identify cancers with primary resistance to abiraterone.

BackgroundThere is an urgent need to identify biomarkers to guide personalized therapy in castration-resistant prostate cancer (CRPC). We aimed to clinically qualify androgen receptor (AR) gene status measurement in plasma DNA using multiplex droplet digital PCR (ddPCR) in pre- and post-chemotherapy CRPC.MethodsWe optimized ddPCR assays for AR copy number and mutations and retrospectively analyzed plasma DNA from patients recruited to one of the three biomarker protocols with prospectively collected clinical data. We evaluated associations between plasma AR and overall survival (OS) and progression-free survival (PFS) in 73 chemotherapy-naïve and 98 post-docetaxel CRPC patients treated with enzalutamide or abiraterone (Primary cohort) and 94 chemotherapy-naïve patients treated with enzalutamide (Secondary cohort; PREMIERE trial).ResultsIn the primary cohort, AR gain was observed in 10 (14%) chemotherapy-naïve and 33 (34%) post-docetaxel patients and associated with worse OS [hazard ratio (HR), 3.98; 95% CI 1.74–9.10; P < 0.001 and HR 3.81; 95% CI 2.28–6.37; P < 0.001, respectively], PFS (HR 2.18; 95% CI 1.08–4.39; P = 0.03, and HR 1.95; 95% CI 1.23–3.11; P = 0.01, respectively) and rate of PSA decline ≥50% [odds ratio (OR), 4.7; 95% CI 1.17–19.17; P = 0.035 and OR, 5.0; 95% CI 1.70–14.91; P = 0.003, respectively]. AR mutations [2105T>A (p.L702H) and 2632A>G (p.T878A)] were observed in eight (11%) post-docetaxel but no chemotherapy-naïve abiraterone-treated patients and were also associated with worse OS (HR 3.26; 95% CI 1.47–not reached; P = 0.004). There was no interaction between AR and docetaxel status (P = 0.83 for OS, P = 0.99 for PFS). In the PREMIERE trial, 11 patients (12%) with AR gain had worse PSA-PFS (sPFS) (HR 4.33; 95% CI 1.94–9.68; P < 0.001), radiographic-PFS (rPFS) (HR 8.06; 95% CI 3.26–19.93; P < 0.001) and OS (HR 11.08; 95% CI 2.16–56.95; P = 0.004). Plasma AR was an independent predictor of outcome on multivariable analyses in both cohorts.ConclusionPlasma AR status assessment using ddPCR identifies CRPC with worse outcome to enzalutamide or abiraterone. Prospective evaluation of treatment decisions based on plasma AR is now required.Clinical Trial numberNCT02288936 (PREMIERE trial).

Importance

 A blood test to determine whether to treat patients with metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC) with an androgen receptor signaling (ARS) inhibitor or taxane is an unmet medical need. 

Objective

 To determine whether a validated assay for the nuclear-localized androgen receptor splice variant 7 (AR-V7) protein in circulating tumor cells can determine differential overall survival among patients with mCRPC treated with taxanes vs ARS inhibitors. 

Design, Setting, and Participants

 This blinded correlative study conducted from December 31, 2012, to September 1, 2016, included 142 patients with histologically confirmed mCRPC and who were treated at Memorial Sloan Kettering Cancer Center, The Royal Marsden, or the London Health Sciences Centre. Blood samples were obtained prior to administration of ARS inhibitors or taxanes as a second-line or greater systemic therapy for progressing mCRPC. 

Main Outcomes and Measures

 Overall survival after treatment with an ARS inhibitor or taxane in relation to pretherapy AR-V7 status. 

Results

 Among the 142 patients in the study (mean [SD] age, 69.5 [9.6] years), 70 were designated as high risk by conventional prognostic factors. In this high-risk group, patients positive for AR-V7 who were treated with taxanes had superior overall survival relative to those treated with ARS inhibitors (median overall survival, 14.3 vs 7.3 months; hazard ratio, 0.62; 95% CI, 0.28-1.39;P = .25). Patients negative for AR-V7 who were treated with ARS inhibitors had superior overall survival relative to those treated with taxanes (median overall survival, 19.8 vs 12.8 months; hazard ratio, 1.67; 95% CI, 1.00-2.81;P = .05). 

Conclusions and Relevance

 This study suggests that nuclear-localized AR-V7 protein in circulating tumor cells can identify patients who may live longer with taxane chemotherapy vs ARS inhibitor treatment.

5013 Background: Responses to checkpoint inhibitor (CPI) monotherapy in patients with metastatic castration resistant prostate cancer (mCRPC) have been limited. This is likely due to a “cold” tumour immune microenvironment. We hypothesised that patients with mCRPC would be more likely to respond if they had a positive immunogenic signature (ImS+). We report a phase 2 trial of two different dose schedules for nivolumab (NIVO) + ipilimumab (IPI) in patients with ImS+ mCRPC. Methods: Patients with mCRPC who progressed following ≥1 line of therapy and ImS+ were eligible. ImS+ was defined by ≥1 of the following: 1) mismatch repair deficient (MMRD) by immunohistochemistry (IHC); 2) DNA damage repair deficient (DDRD) detected by the UW-OncoPlex targeted exome sequencing assay and; 3) High Tumour infiltrating lymphocytes (TILs) on multiplexed IHC (≥20% of nucleated cells). There were two patient cohorts conducted sequentially: NIVO 1 mg/kg + IPI 3 mg/kg (C1) then NIVO 3 mg/kg + IPI 1 mg/kg (C2) Q3W for 4 doses; both followed by NIVO 480 mg every 4 weeks up to 1 year. Primary endpoint was composite response rate (CRR) defined by ≥1 of the following: 1) confirmed radiological response by RECIST 1.1; 2) confirmed PSA response ≥50%; 3) conversion of circulating tumour cells (CTC) at week 9. CRR ≥40% would be clinically favourable (minimum of 20%). Secondary endpoints included toxicity, duration of response (DOR), and overall survival (OS). Tissue collection for biomarker analyses was mandated. Results: Between May 2018 and June 2022 119/380 (31%) screened patients were ImS+, of whom 35 (C1) and 36 (C2) enrolled in the trial. The CRR in C1 was 14/35 (40%, 90%CI: 26-55%) and in C2 was 9/36 (25%, 90%CI: 14-40%). The combined CRR was 23/71 (32%, 90%CI: 23-43%). Grade 3-4 treatment-related adverse events occurred in 22/35 (63%) in C1 and 11/36 (31%) in C2. The most common G3-4 event was diarrhoea present in 15 (42%) and 3 (8%) patients for C1 and C2. The median DOR was 10.4 (C1) and 6.4 (C2) months. After a median follow-up of 47 (C1) and 21 (C2) months, median OS was 16.2 months (95%CI 9.2-22.8m) and 15.2 months (95%CI 8.9-NA) respectively. The ImS+ determinants in responding patients were MMRD (8/10), BRCA1/2 (4/8), high TILs (8/21), CDK12 (2/8), ATM (1/13) and CHD1 (1/9). In C1 4/9 (44%) of patients with exclusively high TILs responded. Exploratory biomarker analyses are ongoing. Conclusions: Inflammatory infiltrate is a promising prospectively tested predictive biomarker in pre-treated mCRPC. Although NIVO 1 mg/kg + IPI 3 mg/kg had more toxicities than NIVO 3 mg/kg + IPI 1 mg/kg, the efficacy results were consistently better. This dose schedule and biomarker should now be tested in a phase 3 clinical trial. Clinical trial information: NCT03061539 .

Background Targeted deep sequencing is a highly effective technology to identify known and novel single nucleotide variants (SNVs) with many applications in translational medicine, disease monitoring and cancer profiling. However, identification of SNVs using deep sequencing data is a challenging computational problem as different sequencing artifacts limit the analytical sensitivity of SNV detection, especially at low variant allele frequencies (VAFs).Methods To address the problem of relatively high noise levels in amplicon-based deep sequencing data (e.g. with the Ion AmpliSeq technology) in the context of SNV calling, we have developed a new bioinformatics tool called AmpliSolve. AmpliSolve uses a set of normal samples to model position-specific, strand-specific and nucleotide-specific background artifacts (noise), and deploys a Poisson model-based statistical framework for SNV detection.Results Our tests on both synthetic and real data indicate that AmpliSolve achieves a good trade-off between precision and sensitivity, even at VAF below 5% and as low as 1%. We further validate AmpliSolve by applying it to the detection of SNVs in 96 circulating tumor DNA samples at three clinically relevant genomic positions and compare the results to digital droplet PCR experiments.Conclusions AmpliSolve is a new tool for in-silico estimation of background noise and for detection of low frequency SNVs in targeted deep sequencing data. Although AmpliSolve has been specifically designed for and tested on amplicon-based libraries sequenced with the Ion Torrent platform it can, in principle, be applied to other sequencing platforms as well. AmpliSolve is freely available at .

Abstract Despite initial responses to hormone treatment, metastatic prostate cancer invariably evolves to a lethal state. To characterize the intra-patient relationships of metastases that evade treatment, we performed genomewide copy number profiling and bespoke approaches targeting the androgen receptor (AR) on 142 metastatic regions from 10 organs harvested post-mortem from nine men who died from prostate cancer. We identified diverse and patient-unique alterations clustering around the AR in metastases from every patient with evidence of independent acquisition of related genomic changes within an individual and, in some patients, the co-existence of AR -neutral clones. Using the genomic boundaries of pan-autosome copy number change, we confirmed a common clone of origin across metastases and diagnostic biopsies; and identified in individual patients, clusters of metastases occupied by dominant clones with diverged autosomal copy number alterations. Autosome-defined clusters were characterized by cluster-specific AR gene architectures that in two index cases were topologically more congruent than by chance ( p -values 0.03, 3.07×10 -8 ). Integration with anatomical site suggested patterns of spread and points of genomic divergence. Copy number boundaries identified treatment-selected clones with putatively distinct lethal trajectories. Statement of significance Lethal prostate cancer evolves from a single clone of origin and upon a treatment-mediated selection, progresses to lethal disease via a limited number of related clones harboring patient-unique androgen receptor gene architectures.