Noninvasive liquid biopsy analysis of circulating tumor DNA permits direct detection of early-stage cancers.

Novel sensitive methods for detection and monitoring of residual disease can improve postoperative risk stratification with implications for patient selection for adjuvant chemotherapy (ACT), ACT duration, intensity of radiologic surveillance, and, ultimately, outcome for patients with colorectal cancer (CRC).To investigate the association of circulating tumor DNA (ctDNA) with recurrence using longitudinal data from ultradeep sequencing of plasma cell-free DNA in patients with CRC before and after surgery, during and after ACT, and during surveillance.In this prospective, multicenter cohort study, ctDNA was quantified in the preoperative and postoperative settings of stages I to III CRC by personalized multiplex, polymerase chain reaction-based, next-generation sequencing. The study enrolled 130 patients at the surgical departments of Aarhus University Hospital, Randers Hospital, and Herning Hospital in Denmark from May 1, 2014, to January 31, 2017. Plasma samples (n = 829) were collected before surgery, postoperatively at day 30, and every third month for up to 3 years.Outcomes were ctDNA measurement, clinical recurrence, and recurrence-free survival.A total of 130 patients with stages I to III CRC (mean [SD] age, 67.9 [10.1] years; 74 [56.9%] male) were enrolled in the study; 5 patients discontinued participation, leaving 125 patients for analysis. Preoperatively, ctDNA was detectable in 108 of 122 patients (88.5%). After definitive treatment, longitudinal ctDNA analysis identified 14 of 16 relapses (87.5%). At postoperative day 30, ctDNA-positive patients were 7 times more likely to relapse than ctDNA-negative patients (hazard ratio [HR], 7.2; 95% CI, 2.7-19.0; P < .001). Similarly, shortly after ACT ctDNA-positive patients were 17 times (HR, 17.5; 95% CI, 5.4-56.5; P < .001) more likely to relapse. All 7 patients who were ctDNA positive after ACT experienced relapse. Monitoring during and after ACT indicated that 3 of the 10 ctDNA-positive patients (30.0%) were cleared by ACT. During surveillance after definitive therapy, ctDNA-positive patients were more than 40 times more likely to experience disease recurrence than ctDNA-negative patients (HR, 43.5; 95% CI, 9.8-193.5 P < .001). In all multivariate analyses, ctDNA status was independently associated with relapse after adjusting for known clinicopathologic risk factors. Serial ctDNA analyses revealed disease recurrence up to 16.5 months ahead of standard-of-care radiologic imaging (mean, 8.7 months; range, 0.8-16.5 months). Actionable mutations were identified in 81.8% of the ctDNA-positive relapse samples.Circulating tumor DNA analysis can potentially change the postoperative management of CRC by enabling risk stratification, ACT monitoring, and early relapse detection.

Non-muscle-invasive bladder cancer (NMIBC) is a heterogeneous disease with widely different outcomes. We performed a comprehensive transcriptional analysis of 460 early-stage urothelial carcinomas and showed that NMIBC can be subgrouped into three major classes with basal- and luminal-like characteristics and different clinical outcomes. Large differences in biological processes such as the cell cycle, epithelial-mesenchymal transition, and differentiation were observed. Analysis of transcript variants revealed frequent mutations in genes encoding proteins involved in chromatin organization and cytoskeletal functions. Furthermore, mutations in well-known cancer driver genes (e.g., TP53 and ERBB2) were primarily found in high-risk tumors, together with APOBEC-related mutational signatures. The identification of subclasses in NMIBC may offer better prognostication and treatment selection based on subclass assignment.

Abstract MicroRNAs (miRNA) are a class of small noncoding RNAs with important posttranscriptional regulatory functions. Recent data suggest that miRNAs are aberrantly expressed in many human cancers and that they may play significant roles in carcinogenesis. Here, we used microarrays to profile the expression of 315 human miRNAs in 10 normal mucosa samples and 49 stage II colon cancers differing with regard to microsatellite status and recurrence of disease. Several miRNAs were differentially expressed between normal tissue and tumor microsatellite subtypes, with miR-145 showing the lowest expression in cancer relative to normal tissue. Microsatellite status for the majority of cancers could be correctly predicted based on miRNA expression profiles. Furthermore, a biomarker based on miRNA expression profiles could predict recurrence of disease with an overall performance accuracy of 81%, indicating a potential role of miRNAs in determining tumor aggressiveness. The expression levels of miR-320 and miR-498, both included in the predictive biomarker, correlated with the probability of recurrence-free survival by multivariate analysis. We successfully verified the expression of selected miRNAs using real-time reverse transcription-PCR assays for mature miRNAs, whereas in situ hybridization was used to detect the accumulation of miR-145 and miR-320 in normal epithelial cells and adenocarcinoma cells. Functional studies showed that miR-145 potently suppressed growth of three different colon carcinoma cell lines. In conclusion, our results suggest that perturbed expression of numerous miRNAs in colon cancer may have a functional effect on tumor cell behavior, and, furthermore, that some miRNAs with prognostic potential could be of clinical importance. [Cancer Res 2008;68(15):6416–24]

Objective

 To develop an affordable and robust pipeline for selection of patient-specific somatic structural variants (SSVs) being informative about radicality of the primary resection, response to adjuvant therapy, incipient recurrence and response to treatment performed in relation to diagnosis of recurrence. 

Design

 We have established efficient procedures for identification of SSVs by next-generation sequencing and subsequent quantification of 3–6 SSVs in plasma. The consequence of intratumour heterogeneity on our approach was assessed. The level of circulating tumour DNA (ctDNA) was quantified in 151 serial plasma samples from six relapsing and five non-relapsing colorectal cancer (CRC) patients by droplet digital PCR, and correlated to clinical findings. 

Results

 Up to six personalised assays were designed for each patient. Our approach enabled efficient temporal assessment of disease status, response to surgical and oncological intervention, and early detection of incipient recurrence. Our approach provided 2–15 (mean 10) months9 lead time on detection of metastatic recurrence compared to conventional follow-up. The sensitivity and specificity of the SSVs in terms of detecting postsurgery relapse were 100%. 

Conclusions

 We show that assessment of ctDNA is a non-invasive, exquisitely specific and highly sensitive approach for monitoring disease load, which has the potential to provide clinically relevant lead times compared with conventional methods. Furthermore, we provide a low-coverage protocol optimised for identifying SSVs with excellent correlation between SSVs identified in tumours and matched metastases. Application of ctDNA analysis has the potential to change clinical practice in the management of CRC.

PURPOSE Novel sensitive methods for early detection of relapse and for monitoring therapeutic efficacy may have a huge impact on risk stratification, treatment, and ultimately outcome for patients with bladder cancer. We addressed the prognostic and predictive impact of ultra-deep sequencing of cell-free DNA in patients before and after cystectomy and during chemotherapy. PATIENTS AND METHODS We included 68 patients with localized advanced bladder cancer. Patient-specific somatic mutations, identified by whole-exome sequencing, were used to assess circulating tumor DNA (ctDNA) by ultra-deep sequencing (median, 105,000×) of plasma DNA. Plasma samples (n = 656) were procured at diagnosis, during chemotherapy, before cystectomy, and during surveillance. Expression profiling was performed for tumor subtype and immune signature analyses. RESULTS Presence of ctDNA was highly prognostic at diagnosis before chemotherapy (hazard ratio, 29.1; P = .001). After cystectomy, ctDNA analysis correctly identified all patients with metastatic relapse during disease monitoring (100% sensitivity, 98% specificity). A median lead time over radiographic imaging of 96 days was observed. In addition, for high-risk patients (ctDNA positive before or during treatment), the dynamics of ctDNA during chemotherapy was associated with disease recurrence ( P = .023), whereas pathologic downstaging was not. Analysis of tumor-centric biomarkers showed that mutational processes (signature 5) were associated with pathologic downstaging ( P = .024); however, no significant correlation for tumor subtypes, DNA damage response mutations, and other biomarkers was observed. Our results suggest that ctDNA analysis is better associated with treatment efficacy compared with other available methods. CONCLUSION ctDNA assessment for early risk stratification, therapy monitoring, and early relapse detection in bladder cancer is feasible and provides a basis for clinical studies that evaluate early therapeutic interventions.

Circulating tumor DNA (ctDNA) has emerged as a promising tool for early cancer detection and minimal residual disease monitoring. However, the biology underlying ctDNA release and its variation across cancer types and histologies remains poorly understood. This study investigated the biology behind ctDNA shedding in colorectal cancer.

Abstract Combined CDK4/6 inhibitor (CDK4/6i) and endocrine therapy significantly improves outcome for patients with estrogen receptor‐positive (ER+) metastatic breast cancer, but drug resistance and thus disease progression inevitably occur. Herein, we aimed to identify genomic alterations associated with combined CDK4/6i and endocrine therapy resistance, and follow the levels of specific mutations in longitudinal circulating tumor DNA (ctDNA) for early detection of progression. From a cohort of 86 patients with ER+ metastatic breast cancer we performed whole exome sequencing or targeted sequencing of paired tumor ( N = 8) or blood samples ( N = 5) obtained before initiation of combined CDK4/6i and endocrine therapy and at disease progression. Mutations in oncogenic genes at progression were rare, while amplifications of growth‐regulating genes were more frequent. The most frequently acquired alterations observed were PIK3CA and TP53 mutations and PDK1 amplification. Longitudinal ctDNA dynamics of mutant PIK3CA or private mutations revealed increased mutation levels at progression in 8 of 10 patients (80%). Impressively, rising levels of PIK3CA ‐mutated ctDNA were detected 4–17 months before imaging. Our data add to the growing evidence supporting longitudinal ctDNA analysis for real‐time monitoring of CDK4/6i response and early detection of progression in advanced breast cancer. Further, our analysis suggests that amplification of growth‐related genes may contribute to combined CDK4/6i and endocrine therapy resistance.