Somatic mutations in the tyrosine kinase (TK) domain of the epidermal growth factor receptor (EGFR) gene are reportedly associated with sensitivity of lung cancers to gefitinib (Iressa), kinase inhibitor. In-frame deletions occur in exon 19, whereas point mutations occur frequently in codon 858 (exon 21). We found from sequencing the EGFR TK domain that 7 of 10 gefitinib-sensitive tumors had similar types of alterations; no mutations were found in eight gefitinib-refractory tumors ( P = 0.004). Five of seven tumors sensitive to erlotinib (Tarceva), a related kinase inhibitor for which the clinically relevant target is undocumented, had analogous somatic mutations, as opposed to none of 10 erlotinib-refractory tumors ( P = 0.003). Because most mutation-positive tumors were adenocarcinomas from patients who smoked <100 cigarettes in a lifetime (“never smokers”), we screened EGFR exons 2-28 in 15 adenocarcinomas resected from untreated never smokers. Seven tumors had TK domain mutations, in contrast to 4 of 81 non-small cell lung cancers resected from untreated former or current smokers ( P = 0.0001). Immunoblotting of lysates from cells transiently transfected with various EGFR constructs demonstrated that, compared to wild-type protein, an exon 19 deletion mutant induced diminished levels of phosphotyrosine, whereas the phosphorylation at tyrosine 1092 of an exon 21 point mutant was inhibited at 10-fold lower concentrations of drug. Collectively, these data show that adenocarcinomas from never smokers comprise a distinct subset of lung cancers, frequently containing mutations within the TK domain of EGFR that are associated with gefitinib and erlotinib sensitivity.

Lung adenocarcinomas from patients who respond to the tyrosine kinase inhibitors gefitinib (Iressa) or erlotinib (Tarceva) usually harbor somatic gain-of-function mutations in exons encoding the kinase domain of the epidermal growth factor receptor (EGFR). Despite initial responses, patients eventually progress by unknown mechanisms of "acquired" resistance.We show that in two of five patients with acquired resistance to gefitinib or erlotinib, progressing tumors contain, in addition to a primary drug-sensitive mutation in EGFR, a secondary mutation in exon 20, which leads to substitution of methionine for threonine at position 790 (T790M) in the kinase domain. Tumor cells from a sixth patient with a drug-sensitive EGFR mutation whose tumor progressed on adjuvant gefitinib after complete resection also contained the T790M mutation. This mutation was not detected in untreated tumor samples. Moreover, no tumors with acquired resistance had KRAS mutations, which have been associated with primary resistance to these drugs. Biochemical analyses of transfected cells and growth inhibition studies with lung cancer cell lines demonstrate that the T790M mutation confers resistance to EGFR mutants usually sensitive to either gefitinib or erlotinib. Interestingly, a mutation analogous to T790M has been observed in other kinases with acquired resistance to another kinase inhibitor, imatinib (Gleevec).In patients with tumors bearing gefitinib- or erlotinib-sensitive EGFR mutations, resistant subclones containing an additional EGFR mutation emerge in the presence of drug. This observation should help guide the search for more effective therapy against a specific subset of lung cancers.

Abstract Purpose: All patients with EGF receptor (EGFR)–mutant lung cancers eventually develop acquired resistance to EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKI). Smaller series have identified various mechanisms of resistance, but systematic evaluation of a large number of patients to definitively establish the frequency of various mechanisms has not been conducted. Experimental Design: Patients with lung adenocarcinomas and acquired resistance to erlotinib or gefitinib enrolled onto a prospective biopsy protocol and underwent a rebiopsy after the development of acquired resistance. Histology was reviewed. Samples underwent genotyping for mutations in EGFR, AKT1, BRAF, ERBB2, KRAS, MEK1, NRAS and PIK3CA, and FISH for MET and HER2. Results: Adequate tumor samples for molecular analysis were obtained in 155 patients. Ninety-eight had second-site EGFR T790M mutations [63%; 95% confidence interval (CI), 55%–70%] and four had small cell transformation (3%, 95% CI, 0%–6%). MET amplification was seen in 4 of 75 (5%; 95% CI, 1%–13%). HER2 amplification was seen in 3 of 24 (13%; 95% CI, 3%–32%). We did not detect any acquired mutations in PIK3CA, AKT1, BRAF, ERBB2, KRAS, MEK1, or NRAS (0 of 88, 0%; 95% CI, 0%–4%). Overlap among mechanisms of acquired resistance was seen in 4%. Conclusions: This is the largest series reporting mechanisms of acquired resistance to EGFR-TKI therapy. We identified EGFR T790M as the most common mechanism of acquired resistance, whereas MET amplification, HER2 amplification, and small cell histologic transformation occur less frequently. More comprehensive methods to characterize molecular alterations in this setting are needed to improve our understanding of acquired resistance to EGFR-TKIs. Clin Cancer Res; 19(8); 2240–7. ©2013 AACR.

First-generation EGFR tyrosine kinase inhibitors (EGFR TKI) provide significant clinical benefit in patients with advanced EGFR-mutant (EGFRm(+)) non-small cell lung cancer (NSCLC). Patients ultimately develop disease progression, often driven by acquisition of a second T790M EGFR TKI resistance mutation. AZD9291 is a novel oral, potent, and selective third-generation irreversible inhibitor of both EGFRm(+) sensitizing and T790M resistance mutants that spares wild-type EGFR. This mono-anilino-pyrimidine compound is structurally distinct from other third-generation EGFR TKIs and offers a pharmacologically differentiated profile from earlier generation EGFR TKIs. Preclinically, the drug potently inhibits signaling pathways and cellular growth in both EGFRm(+) and EGFRm(+)/T790M(+) mutant cell lines in vitro, with lower activity against wild-type EGFR lines, translating into profound and sustained tumor regression in EGFR-mutant tumor xenograft and transgenic models. The treatment of 2 patients with advanced EGFRm(+) T790M(+) NSCLC is described as proof of principle.We report the development of a novel structurally distinct third-generation EGFR TKI, AZD9291, that irreversibly and selectively targets both sensitizing and resistant T790M(+) mutant EGFR while harboring less activity toward wild-type EGFR. AZD9291 is showing promising responses in a phase I trial even at the first-dose level, with first published clinical proof-of-principle validation being presented.

Lung adenocarcinoma, the most common subtype of non-small cell lung cancer, is responsible for more than 500,000 deaths per year worldwide. Here, we report exome and genome sequences of 183 lung adenocarcinoma tumor/normal DNA pairs. These analyses revealed a mean exonic somatic mutation rate of 12.0 events/megabase and identified the majority of genes previously reported as significantly mutated in lung adenocarcinoma. In addition, we identified statistically recurrent somatic mutations in the splicing factor gene U2AF1 and truncating mutations affecting RBM10 and ARID1A. Analysis of nucleotide context-specific mutation signatures grouped the sample set into distinct clusters that correlated with smoking history and alterations of reported lung adenocarcinoma genes. Whole-genome sequence analysis revealed frequent structural rearrangements, including in-frame exonic alterations within EGFR and SIK2 kinases. The candidate genes identified in this study are attractive targets for biological characterization and therapeutic targeting of lung adenocarcinoma.

In human lung adenocarcinomas harboring EGFR mutations, a second-site point mutation that substitutes methionine for threonine at position 790 (T790M) is associated with approximately half of cases of acquired resistance to the EGFR kinase inhibitors, gefitinib and erlotinib. To identify other potential mechanisms that contribute to disease progression, we used array-based comparative genomic hybridization (aCGH) to compare genomic profiles of EGFR mutant tumors from untreated patients with those from patients with acquired resistance. Among three loci demonstrating recurrent copy number alterations (CNAs) specific to the acquired resistance set, one contained the MET proto-oncogene. Collectively, analysis of tumor samples from multiple independent patient cohorts revealed that MET was amplified in tumors from 9 of 43 (21%) patients with acquired resistance but in only two tumors from 62 untreated patients (3%) ( P = 0.007, Fisher's Exact test). Among 10 resistant tumors from the nine patients with MET amplification, 4 also harbored the EGFR T790M mutation. We also found that an existing EGFR mutant lung adenocarcinoma cell line, NCI-H820, harbors MET amplification in addition to a drug-sensitive EGFR mutation and the T790M change. Growth inhibition studies demonstrate that these cells are resistant to both erlotinib and an irreversible EGFR inhibitor (CL-387,785) but sensitive to a multikinase inhibitor (XL880) with potent activity against MET. Taken together, these data suggest that MET amplification occurs independently of EGFR T790M mutations and that MET may be a clinically relevant therapeutic target for some patients with acquired resistance to gefitinib or erlotinib.

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.

Somatic mutations in the gene for the epidermal growth factor receptor (EGFR) are found in adenocarcinomas of the lung and are associated with sensitivity to the kinase inhibitors gefitinib (Iressa) and erlotinib (Tarceva). Lung adenocarcinomas also harbor activating mutations in the downstream GTPase, KRAS, and mutations in EGFR and KRAS appear to be mutually exclusive.We sought to determine whether mutations in KRAS could be used to further enhance prediction of response to gefitinib or erlotinib. We screened 60 lung adenocarcinomas defined as sensitive or refractory to gefitinib or erlotinib for mutations in EGFR and KRAS. We show that mutations in KRAS are associated with a lack of sensitivity to either drug.Our results suggest that treatment decisions regarding use of these kinase inhibitors might be improved by determining the mutational status of both EGFR and KRAS.

Purpose Chromosomal rearrangements involving the ROS1 receptor tyrosine kinase gene have recently been described in a subset of non–small-cell lung cancers (NSCLCs). Because little is known about these tumors, we examined the clinical characteristics and treatment outcomes of patients with NSCLC with ROS1 rearrangement. Patients and Methods Using a ROS1 fluorescent in situ hybridization (FISH) assay, we screened 1,073 patients with NSCLC and correlated ROS1 rearrangement status with clinical characteristics, overall survival, and when available, ALK rearrangement status. In vitro studies assessed the responsiveness of cells with ROS1 rearrangement to the tyrosine kinase inhibitor crizotinib. The clinical response of one patient with ROS1-rearranged NSCLC to crizotinib was investigated as part of an expanded phase I cohort. Results Of 1,073 tumors screened, 18 (1.7%) were ROS1 rearranged by FISH, and 31 (2.9%) were ALK rearranged. Compared with the ROS1-negative group, patients with ROS1 rearrangements were significantly younger and more likely to be never-smokers (each P < .001). All of the ROS1-positive tumors were adenocarcinomas, with a tendency toward higher grade. ROS1-positive and -negative groups showed no difference in overall survival. The HCC78 ROS1-rearranged NSCLC cell line and 293 cells transfected with CD74-ROS1 showed evidence of sensitivity to crizotinib. The patient treated with crizotinib showed tumor shrinkage, with a near complete response. Conclusion ROS1 rearrangement defines a molecular subset of NSCLC with distinct clinical characteristics that are similar to those observed in patients with ALK-rearranged NSCLC. Crizotinib shows in vitro activity and early evidence of clinical activity in ROS1-rearranged NSCLC.