Molecular alterations in KRAS are associated with acquired resistance to anti-epidermal growth factor receptor (EGFR) treatment in colorectal cancer; resistant mutations can be identified in the blood of patients, months before clinical evidence of disease progression. Antibodies targeting epidermal growth factor receptor (EGFR) have become an established treatment for colorectal cancer, but they are contraindicated in patients carrying mutations in the KRAS oncogene. Drug resistance can also arise in initially responsive patients, and two papers in this issue of Nature present unequivocal evidence that mutations in KRAS underlie acquired resistance to anti-EGFR antibodies in many patients and that KRAS mutations can be detected in the serum of patients before the clinical emergence of resistance and relapse. Misale et al. show in cell-line models that KRAS mutations can confer resistance to cetuximab. And in colorectal cancer patients treated with cetuximab or panitumumab, resistance is associated with KRAS mutations selected from pre-existing subclones or acquired during treatment. Diaz et al. also find KRAS mutations accumulating in patients becoming resistant to panitumumab. Their mathematical models suggest that KRAS mutations pre-existed in tumour cells before therapy, which may explain why clinical recurrence is usually seen after about six months of treatment, by which time the resistant subpopulations of tumour cells with KRAS mutations has expanded. The apparent inevitability of resistance suggests that combinations of drugs targeting more than one oncogenic pathway will be needed if resistance is to be avoided. A main limitation of therapies that selectively target kinase signalling pathways is the emergence of secondary drug resistance. Cetuximab, a monoclonal antibody that binds the extracellular domain of epidermal growth factor receptor (EGFR), is effective in a subset of KRAS wild-type metastatic colorectal cancers1. After an initial response, secondary resistance invariably ensues, thereby limiting the clinical benefit of this drug2. The molecular bases of secondary resistance to cetuximab in colorectal cancer are poorly understood3,4,5,6,7,8. Here we show that molecular alterations (in most instances point mutations) of KRAS are causally associated with the onset of acquired resistance to anti-EGFR treatment in colorectal cancers. Expression of mutant KRAS under the control of its endogenous gene promoter was sufficient to confer cetuximab resistance, but resistant cells remained sensitive to combinatorial inhibition of EGFR and mitogen-activated protein-kinase kinase (MEK). Analysis of metastases from patients who developed resistance to cetuximab or panitumumab showed the emergence of KRAS amplification in one sample and acquisition of secondary KRAS mutations in 60% (6 out of 10) of the cases. KRAS mutant alleles were detectable in the blood of cetuximab-treated patients as early as 10 months before radiographic documentation of disease progression. In summary, the results identify KRAS mutations as frequent drivers of acquired resistance to cetuximab in colorectal cancers, indicate that the emergence of KRAS mutant clones can be detected non-invasively months before radiographic progression and suggest early initiation of a MEK inhibitor as a rational strategy for delaying or reversing drug resistance.

Tumor genome sequencing reveals the molecular basis of a patient’s unexpected and dramatic response to a cancer drug.

Abstract Patients with poorly differentiated thyroid cancers (PDTC), anaplastic thyroid cancers (ATC), and radioactive iodine-refractory (RAIR) differentiated thyroid cancers have a high mortality, particularly if positive on [18F]fluorodeoxyglucose (FDG)-positron emission tomography (PET). To obtain comprehensive genetic information on advanced thyroid cancers, we designed an assay panel for mass spectrometry genotyping encompassing the most significant oncogenes in this disease: 111 mutations in RET, BRAF, NRAS, HRAS, KRAS, PIK3CA, AKT1, and other related genes were surveyed in 31 cell lines, 52 primary tumors (34 PDTC and 18 ATC), and 55 RAIR, FDG-PET-positive recurrences and metastases (nodal and distant) from 42 patients. RAS mutations were more prevalent than BRAF (44 versus 12%; P = 0.002) in primary PDTC, whereas BRAF was more common than RAS (39 versus 13%; P = 0.04) in PET-positive metastatic PDTC. BRAF mutations were highly prevalent in ATC (44%) and in metastatic tumors from RAIR PTC patients (95%). Among patients with multiple metastases, 9 of 10 showed between-sample concordance for BRAF or RAS mutations. By contrast, 5 of 6 patients were discordant for mutations of PIK3CA or AKT1. AKT1_G49A was found in 9 specimens, exclusively in metastases. This is the first documentation of AKT1 mutation in thyroid cancer. Thus, RAIR, FDG-PET–positive metastases are enriched for BRAF mutations. If BRAF is mutated in the primary, it is likely that the metastases will harbor the defect. By contrast, absence of PIK3CA/AKT1 mutations in one specimen may not reflect the status at other sites because these mutations arise during progression, an important consideration for therapies directed at phosphoinositide 3-kinase effectors. [Cancer Res 2009;69(11):4885–93]

Germline mutations in PARK2 are a well-known cause of the neurodegenerative disorder Parkinson's disease. Here, Timothy Chan and colleagues report somatic mutations and intragenic deletions of PARK2 in glioblastoma, colon cancer and lung cancer. Mutation of the gene PARK2, which encodes an E3 ubiquitin ligase, is the most common cause of early-onset Parkinson's disease1,2,3. In a search for multisite tumor suppressors, we identified PARK2 as a frequently targeted gene on chromosome 6q25.2–q27 in cancer. Here we describe inactivating somatic mutations and frequent intragenic deletions of PARK2 in human malignancies. The PARK2 mutations in cancer occur in the same domains, and sometimes at the same residues, as the germline mutations causing familial Parkinson's disease. Cancer-specific mutations abrogate the growth-suppressive effects of the PARK2 protein. PARK2 mutations in cancer decrease PARK2's E3 ligase activity, compromising its ability to ubiquitinate cyclin E and resulting in mitotic instability. These data strongly point to PARK2 as a tumor suppressor on 6q25.2–q27. Thus, PARK2, a gene that causes neuronal dysfunction when mutated in the germline, may instead contribute to oncogenesis when altered in non-neuronal somatic cells.

Purpose We sought to define the prevalence and co-occurrence of actionable genomic alterations in patients with high-grade bladder cancer to serve as a platform for therapeutic drug discovery. Patients and Methods An integrative analysis of 97 high-grade bladder tumors was conducted to identify actionable drug targets, which are defined as genomic alterations that have been clinically validated in another cancer type (eg, BRAF mutation) or alterations for which a selective inhibitor of the target or pathway is under clinical investigation. DNA copy number alterations (CNAs) were defined by using array comparative genomic hybridization. Mutation profiling was performed by using both mass spectroscopy-based genotyping and Sanger sequencing. Results Sixty-one percent of tumors harbored potentially actionable genomic alterations. A core pathway analysis of the integrated data set revealed a nonoverlapping pattern of mutations in the RTK-RAS-RAF and phosphoinositide 3-kinase/AKT/mammalian target of rapamycin pathways and regulators of G 1 -S cell cycle progression. Unsupervised clustering of CNAs defined two distinct classes of bladder tumors that differed in the degree of their CNA burden. Integration of mutation and copy number analyses revealed that mutations in TP53 and RB1 were significantly more common in tumors with a high CNA burden (P < .001 and P < .003, respectively). Conclusion High-grade bladder cancer possesses substantial genomic heterogeneity. The majority of tumors harbor potentially tractable genomic alterations that may predict for response to target-selective agents. Given the genomic diversity of bladder cancers, optimal development of target-specific agents will require pretreatment genomic characterization.

Mutations in RAS proteins occur widely in human cancer. Prompted by the confirmation of KRAS mutation as a predictive biomarker of response to epidermal growth factor receptor (EGFR)-targeted therapies, limited clinical testing for RAS pathway mutations has recently been adopted. We performed a multiplatform genomic analysis to characterize, in a nonbiased manner, the biological, biochemical, and prognostic significance of Ras pathway alterations in colorectal tumors and other solid tumor malignancies. Mutations in exon 4 of KRAS were found to occur commonly and to predict for a more favorable clinical outcome in patients with colorectal cancer. Exon 4 KRAS mutations, all of which were identified at amino acid residues K117 and A146, were associated with lower levels of GTP-bound RAS in isogenic models. These same mutations were also often accompanied by conversion to homozygosity and increased gene copy number, in human tumors and tumor cell lines. Models harboring exon 4 KRAS mutations exhibited mitogen-activated protein/extracellular signal-regulated kinase kinase dependence and resistance to EGFR-targeted agents. Our findings suggest that RAS mutation is not a binary variable in tumors, and that the diversity in mutant alleles and variability in gene copy number may also contribute to the heterogeneity of clinical outcomes observed in cancer patients. These results also provide a rationale for broader KRAS testing beyond the most common hotspot alleles in exons 2 and 3.

To compare the mutational and copy number profiles of primary and metastatic colorectal carcinomas (CRCs) using both unpaired and paired samples derived from primary and metastatic disease sites.We performed a multiplatform genomic analysis of 736 fresh frozen CRC tumors from 613 patients. The cohort included 84 patients in whom tumor tissue from both primary and metastatic sites was available and 31 patients with pairs of metastases. Tumors were analyzed for mutations in the KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA, and TP53 genes, with discordant results between paired samples further investigated by analyzing formalin-fixed, paraffin-embedded tissue and/or by 454 sequencing. Copy number aberrations in primary tumors and matched metastases were analyzed by comparative genomic hybridization (CGH).TP53 mutations were more frequent in metastatic versus primary tumors (53.1% v 30.3%, respectively; P < .001), whereas BRAF mutations were significantly less frequent (1.9% v 7.7%, respectively; P = .01). The mutational status of the matched pairs was highly concordant (> 90% concordance for all five genes). Clonality analysis of array CGH data suggested that multiple CRC primary tumors or treatment-associated effects were likely etiologies for mutational and/or copy number profile differences between primary tumors and metastases.For determining RAS, BRAF, and PIK3CA mutational status, genotyping of the primary CRC is sufficient for most patients. Biopsy of a metastatic site should be considered in patients with a history of multiple primary carcinomas and in the case of TP53 for patients who have undergone interval treatment with radiation or cytotoxic chemotherapies.