Background: Mutations in the tyrosine kinase (TK) domain of the epidermal growth factor receptor (EGFR) gene in lung cancers are associated with increased sensitivity of these cancers to drugs that inhibit EGFR kinase activity. However, the role of such mutations in the pathogenesis of lung cancers is unclear. Methods: We sequenced exons 18–21 of the EGFR TK domain from genomic DNA isolated from 617 non-small-cell lung cancers (NSCLCs) and 524 normal lung tissue samples from the same patients and 36 neuroendocrine lung tumors collected from patients in Japan, Taiwan, the United States, and Australia and from 243 other epithelial cancers. Mutation status was compared with clinicopathologic features and with the presence of mutations in KRAS, a gene in the EGFR signaling pathway that is also frequently mutated in lung cancers. All statistical tests were two sided. Results: We detected a total of 134 EGFR TK domain mutations in 130 (21%) of the 617 NSCLCs but not in any of the other carcinomas, nor in nonmalignant lung tissue from the same patients. In NSCLC patients, EGFR TK domain mutations were statistically significantly more frequent in never smokers than ever smokers (51% versus 10%), in adenocarcinomas versus cancer of other histologies (40% versus 3%), in patients of East Asian ethnicity versus other ethnicities (30% versus 8%), and in females versus males (42% versus 14%; all P < .001). EGFR TK domain mutation status was not associated with patient age at diagnosis, clinical stage, the presence of bronchioloalveolar histologic features, or overall survival. The EGFR TK domain mutations we detected were of three common types: in-frame deletions in exon 19, single missense mutations in exon 21, and in-frame duplications/insertions in exon 20. Rare missense mutations were also detected in exons 18, 20, and 21. KRAS gene mutations were present in 50 (8%) of the 617 NSCLCs but not in any tumors with an EGFR TK domain mutation. Conclusions: Mutations in either the EGFR TK domain or the KRAS gene can lead to lung cancer pathogenesis. EGFR TK domain mutations are the first molecular change known to occur specifically in never smokers.

Abstract Mutations in the epidermal growth factor receptor gene (EGFR) in lung cancers predict for sensitivity to EGFR kinase inhibitors. HER2 (also known as NEU, EGFR2, or ERBB2) is a member of the EGFR family of receptor tyrosine kinases and plays important roles in the pathogenesis of certain human cancers, and mutations have recently been reported in lung cancers. We sequenced the tyrosine kinase domain of HER2 in 671 primary non–small cell lung cancers (NSCLC), 80 NSCLC cell lines, and 55 SCLCs and other neuroendocrine lung tumors as well as 85 other epithelial cancers (breast, bladder, prostate, and colorectal cancers) and compared the mutational status with clinicopathologic features and the presence of EGFR or KRAS mutations. HER2 mutations were present in 1.6% (11 of 671) of NSCLC and were absent in other types of cancers. Only one adenocarcinoma cell line (NCI-H1781) had a mutation. All HER2 mutations were in-frame insertions in exon 20 and target the identical corresponding region as did EGFR insertions. HER2 mutations were significantly more frequent in never smokers (3.2%, 8 of 248; P = 0.02) and adenocarcinoma histology (2.8%, 11 of 394; P = 0.003). In 394 adenocarcinoma cases, HER2 mutations preferentially targeted Oriental ethnicity (3.9%) compared with other ethnicities (0.7%), female gender (3.6%) compared with male gender (1.9%) and never smokers (4.1%) compared with smokers (1.4%). Mutations in EGFR, HER2, and KRAS genes were never present together in individual tumors and cell lines. The remarkable similarities of mutations in EGFR and HER2 genes involving tumor type and subtype, mutation type, gene location, and specific patient subpopulations targeted are unprecedented and suggest similar etiologic factors. EGFR, HER2, and KRAS mutations are mutually exclusive, suggesting different pathways to lung cancer in smokers and never smokers.

Abstract Purpose: Recent studies reported that clinical responsiveness to gefitinib was associated with somatic mutation of epidermal growth factor receptor (EGFR) gene in non–small cell lung cancers (NSCLC). Here, we investigated the relationship between EGFR mutation and clinicopathologic features. Experimental Design: EGFR mutational status of 120 NSCLCs was determined mainly in EGFR exons 18 to 21 by direct sequence and correlated with clinicopathologic parameters. Results: EGFR mutations were present in 38 cases (32%) and the majority of mutations were in-frame deletions of exon 19 (19 cases) and a missense mutation in exon 21 (18cases). EGFR mutations were frequently associated with adenocarcinoma (P &lt; 0.0001), never smoker (P &lt; 0.0001), and female gender (P = 0.0001). Of interest, increasing smoke exposure was inversely related to the rate of EGFR mutation (P &lt; 0.0001). Multivariate analysis showed that smoking and histology were independent variables. Furthermore, gender difference was observed for the mutational location (P = 0.01) dominance of exon 19 for males and exon 21 for females. Twenty-one cases were treated with gefitinib and found that EGFR mutation was significantly related to gefitinib responsiveness (P = 0.002). In addition, median survival times of patients with and without EGFR mutations treated with gefitinib were 25.1 and 14.0 months, respectively. Patients with EGFR mutations had approximately 2-fold survival advantage; however, the difference was not significant. Conclusions: We show that EGFR mutations were significantly related to histology and smoke exposure and were a strong predictive factor for gefitinib responsiveness in NSCLC.

Epidermal growth factor receptor (EGFR) is occasionally amplified and/or mutated in non-small cell lung cancer (NSCLC) and can be coexpressed with other members of the HER receptor family to form functional heterodimers. We therefore investigated lung cancer cell lines for alterations in EGFR gene copy number, enhanced expression of EGFR and other HER family members, and EGFR coding sequence mutations and correlated these findings with response to treatment with the EGFR inhibitors and the kinetics of ligand-induced signaling. We show here that somatic deletions in the tyrosine kinase domain of EGFR were associated with increased EGFR gene copy number in NSCLC. Treatment with the specific EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKI) gefitinib or erlotinib or the EGFR inhibitory antibody cetuximab induced apoptosis of HCC827, a NSCLC cell line with EGFR gene amplification and an exon 19 deletion. H1819, a NSCLC cell line that expresses high levels of EGFR, ErbB2, and ErbB3 but has wild-type EGFR, showed intermediate sensitivity to TKIs. In both cell lines, ligand-induced receptor tyrosine phosphorylation was delayed and prolonged and AKT was constitutively phosphorylated (but remained inhibitable by EGFR TKI). Thus, in addition to EGFR mutations, other factors in NSCLC cells, such as high expression of ErbB family members, may constitutively activate AKT and sensitize cells to EGFR inhibitors.

We investigated the frequency and function of mutations and increased copy number of the PIK3CA gene in lung cancers. PIK3CA mutations are one of the most common gene changes present in human cancers. We analyzed the mutational status of exons 9 and 20 and gene copy number of PIK3CA using 86 non-small cell lung cancer (NSCLC) cell lines, 43 small cell lung cancer (SCLC) cell lines, 3 extrapulmonary small cell cancer (ExPuSC) cell lines, and 691 resected NSCLC tumors and studied the relationship between PIK3CA alterations and mutational status of epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling pathway genes (EGFR, KRAS, HER2, and BRAF). We also determined PIK3CA expression and activity and correlated the findings with effects on cell growth. We identified mutations in 4.7% of NSCLC cell lines and 1.6% of tumors of all major histologic types. Mutations in cell lines of small cell origin were limited to two ExPuSC cell lines. PIK3CA copy number gains were more frequent in squamous cell carcinoma (33.1%) than in adenocarcinoma (6.2%) or SCLC lines (4.7%). Mutational status of PIK3CA was not mutually exclusive to EGFR or KRAS. PIK3CA alterations were associated with increased phosphatidylinositol 3-kinase activity and phosphorylated Akt expression. RNA interference-mediated knockdown of PIK3CA inhibited colony formation of cell lines with PIK3CA mutations or gains but was not effective in PIK3CA wild-type cells. PIK3CA mutations or gains are present in a subset of lung cancers and are of functional importance.

Purpose In non-small-cell lung cancer (NSCLC), response to tyrosine kinase inhibitors (TKIs) is significantly associated with the presence of increased copy number and/or activating mutations of the epidermal growth factor receptor gene (EGFR). Preclinical data indicate that HER2, a member of the EGFR family, could enhance TKI sensitivity. Patients and Methods HER2 gene copy numbers per cell were evaluated by fluorescent in situ hybridization (FISH) in 102 NSCLC patients treated with gefitinib, and previously evaluated for EGFR status by FISH, immunohistochemistry, and presence of mutations. Results Patients with HER2 high copy number (high polysomy and gene amplification [HER2 FISH positive]) represented 22.8% of patients, and compared with patients with no or low gain (HER2 FISH negative), had significantly better objective response (OR, 34.8% v 6.4%; P = .001), disease control rate (DCR, 56.5% v 33.3%; P = .04), time to progression (TTP, 9.05 v 2.7 months; P = .02), and a trend toward longer overall survival (OS, 20.8 v 8.4 months; P = .056). HER2 protein expression investigated by immunohistochemistry was positive in only five of 72 (7%) patients analyzed and all 89 patients tested by DNA sequencing were negative for mutations in HER2 exon 20. Patients with HER2 FISH-positive tumors displaying increased expression of EGFR protein, gene gain, or mutations (EGFR positive) had a significantly better OR, DCR, TTP, and OS than patients negative for both receptors. Conclusion Increased copy number of the HER2 gene is associated with gefitinib sensitivity in EGFR-positive patients, supporting use of HER2 FISH analysis for selection of patients for TKI therapy.