Abstract The threonine-to-methionine substitution at amino acid position 790 (T790M) of the epidermal growth factor receptor (EGFR) gene has been reported in progressing lesions after gefitinib treatment in non–small cell lung cancer (NSCLC) that causes sensitive tumors to become resistant to gefitinib. Alternatively, the EGFR T790M mutation might be present in small fractions of tumor cells before drug treatment, and the tumor cells harboring the T790M mutation might be enriched during the proliferation after drug treatment. We developed a mutant-enriched PCR assay to detect small fractions of cells with T790M mutation and used this technique to detect mutations in 280 NSCLCs, including gefitinib-treated 95 cases. Although the direct sequencing detected only 1 T790M mutant case, the mutant-enriched PCR (confirmed to enrich one mutant out of 1 × 103 wild-type alleles) detected 9 additional cases among 280 cases. As linkage to clinicopathologic factors, the T790M mutation showed no bias for sex, smoking status, or histology but was significantly more frequent in advanced tumors (9 of 111 cases) than in early-stage tumors (1 of 169 cases; P = 0.0013). Among gefitinib-treated cases, gefitinib-sensitive mutations were found in 30 cases. The T790M mutation was present in 3 of 7 no-responders with the gefitinib-sensitive mutation and was not present in 19 responders (P = 0.014). Our results indicate that the T790M mutation is sometimes present in a minor population of tumor cells during the development of NSCLC and suggest that the detection of small fractions of T790M mutant alleles may be useful for predicting gefitinib resistance of NSCLCs with sensitive EGFR mutations. (Cancer Res 2006; 66(16): 7854-8)

Acquired resistance to EGF receptor (EGFR) tyrosine kinase inhibitor (TKI) is a critical problem in the treatment of lung cancer. Although several mechanisms have been shown to be responsible for acquired resistance, all mechanisms have not been uncovered. In this study, we investigated the molecular and cellular profiles of the acquired resistant cells to EGFR-TKI in EGFR-mutant lung cancers. Four EGFR-mutant cell lines were exposed to gefitinib by stepwise escalation and high-concentration exposure methods, and resistant sublines to gefitinib were established. The molecular profiles and cellular phenotypes of these resistant sublines were characterized. Although previously reported, alterations including secondary EGFR T790M mutation, MET amplification, and appearance of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) features were observed, these 2 drug-exposure methods revealed different resistance mechanisms. The resistant cells with EMT features exhibited downregulation of miRNA-200c by DNA methylation. Furthermore, the HCC827-derived subline characterized by the high-concentration exposure method exhibited not only EMT features but also stem cell-like properties, including aldehyde dehydrogenase isoform 1 (ALDH1A1) overexpression, increase of side-population, and self-renewal capability. Resistant sublines with stem cell-like properties were resistant to conventional chemotherapeutic agents but equally sensitive to histone deacetylase and proteasome inhibitors, compared with their parental cells. ALDH1A1 was upregulated in clinical samples with acquired resistance to gefitinib. In conclusion, our study indicates that the manner of EGFR-TKI exposure influences the mechanism of acquired resistance and the appearance of stem cell-like property with EGFR-TKI treatment.