IDH-mutatie specifieke pathways als target voor astrocytomen

A.     Achtergrond en probleemstelling
Elk jaar wordt bij ongeveer 1000 mensen in Nederland een hersentumor vastgesteld. Circa 300 van deze zijn van het type astrocytoom of oligodendroglioom, IDH-gemuteerd. Helaas hebben zij een slechte prognose waarbij genezing tot nu toe niet mogelijk is. IDH1/2 mutaties zijn causaal voor het ontstaan van deze tumoren. Omdat tumoren afhankelijk blijven van IDH1/2 mutaties, vormen zij een goed therapeutisch target. IDH-mutaties hebben het gevolg dat de functie van IDH1/2-eiwitten verandert en het metaboliet d-2-hydroxyglutaraat (D2HG) ontstaat. Remmen van de mutant IDH1 of IDH2 activiteit laat inderdaad anti-tumor activiteit zien bij ‘relapsed/refractory’ IDH1/2 gemuteerde acute myeloide leukemie patienten en geeft overlevingsvoordeel bij IDH-gemuteerde cholangiocarcinoma patiënten. Bij gliomen echter, laten deze IDH-remmers nog onvoldoende klinische responsen zien (tenminste bij IDH-gemuteerde tumoren met maligne progressie). Alternatieve manieren moeten daarom gevonden worden om IDH-gemuteerde gliomen te targeten.

B.     Onderzoeksrichting/voorgestelde oplossing
Recentelijk hebben wij aangetoond dat astrocytoom patiënten met een IDH1R132H mutatie een kortere overleving hebben dat tumoren met andere IDH1 of IDH2 mutaties (‘non-canonical IDH mutaties’). Deze observatie is gemaakt in een grote dataset van samples uit een gerandomiseerde fase 3 klinische trial (CATNON) met een hazard ratio (HR) van 0.42, en door ons gevalideerd op TCGA data (HR 0.20). Ook andere onderzoeksgroepen vinden een vergelijkbaar overlevingsvoordeel. Omdat zowel de tumoren als de patiënt karakteristieken tussen astrocytomen met een IDH1R132H en andere IDH1/2 mutatie sterk vergelijkbaar zijn, kan het verschil hiertussen een nieuw aanknopingspunt vormen voor de behandeling van IDH-gemuteerde astrocytoom patiënten. 
Een interessant verschil is dat de meest frequente voorkomende mutatie in gliomen, IDH1R132H, van alle IDH1 of IDH2 mutaties de laagste capaciteit heeft in het produceren van D-2HG. Tumoren met deze IDH1R132H mutatie hebben dan ook doorgaans lagere D-2HG concentraties dan tumoren met ‘non-canonical IDH mutaties’. Zulke verschillen kunnen het overlevingsvoordeel in patiënten verklaren: preklinische in-vivo en in-vitro experimenten laten zien dat hoge D-2HG concentraties gepaard gaan met een lage cel ‘viability’ en vertraagde tumor groei en omgekeerd dat verlaging van D-2HG juist leidt tot een verhoogde proliferatie en groei van de tumor. Zeer hoge concentraties van D-2HG zijn toxisch, en verhogen de gevoeligheid voor zowel radio- als chemotherapie. Hoewel D-2HG niet direct is gemeten in de CATNON studie, vinden we wel een verhoogd DNA-methylerings niveau in tumoren met ‘non-canonical’ IDH1/2 mutaties. Dit komt omdat D-2HG een slechte remmer is van TET2 DNA-demethylerings enzymen (IC50 ~5 mM) zodat hogere D-2HG concentraties resulteren in meer DNA-methylering. Overigens is al langer het bekend dat het DNA-methylerings niveau juist binnen deze groep van IDH-gemuteerde astrocytoom patiënten direct gecorreleerd is aan overleving.
‘non-canonical’ IDH1/2 mutaties zijn dus geassocieerd met een hogere D-2HG productie, hogere DNA-methyleringsniveaus en een langere overleving van IDH-gemuteerde astrocytoom patiënten. 

C.     Relevantie
Elk jaar worden ~1000 patiënten gediagnosticeerd met een maligne glioom in Nederland. Deze tumoren zijn, mede door de infiltratieve groei, ongeneeslijk. De behandelopties voor patiënten met lager-gradig (graad 2 en 3) glioom (incidentie 2-300 patiënten per jaar in Nederland) zijn beperkt en de laatste drie decennia niet of nauwelijks veranderd. Behandeling van de primaire tumor berust nog steeds op (combinaties van) chirurgie, radiotherapie en chemotherapie maar deze hebben slechts een beperkt effect. Voor recidief tumoren is er geen standaardbehandeling. Immunotherapieën laten vooralsnog geen overlevingsvoordeel zien en er is een zeer beperkt aantal ‘actionable targets’ voor precision medicine. Het is daarom essentieel dat nieuwe manieren gevonden worden om deze tumoren aan te pakken. 

D.     Onderzoeksvragen
Het doel van dit project is te onderzoeken of het overlevingsverschil tussen tumoren met canonical en non-canonical IDH mutaties verklaard kan worden door hogere D-2HG concentraties. Hiervoor zullen we:
1.    Aantonen dat verhoogde D-2HG concentraties direct gecorreleerd zijn aan het overlevingsvoordeel van astrocytoom patiënten. 
2.    Aantonen dat farmacologische en genetische interventies die de intracellulaire D-2HG concentraties veranderen direct effect hebben op cel-viability in IDH-gemuteerde astrocytoom kweken. 

E.      Onderzoeksopzet
Voor doel 1 zullen de D-2HG concentraties in tumoren worden gemeten zodat een directe correlatie gemaakt kan worden tussen het type IDH-mutatie, de concentratie van D-2HG en de overleving van de patiënt. Een directe correlatie zal ook worden gemaakt op deze tumoren tussen D-2HG en DNA-methylering. Tevens zal gekeken worden of IDH-mutatie specifieke overlevingsverschillen ook voorkomt bij oligodendroglioom patiënten. Voor doel 2 zal gekeken worden of er een directe correlatie is tussen D-2HG concentraties en celgroei in IDH-gemuteerde astrocytoom celkweken. Om de intracellulaire D-2HG concentraties te veranderen zal er gebruik gemaakt worden van zowel biochemische (e.g  IDH-remmers, membraan-permeabele D-2HG analogen) als genetische (e.g. expressie van verschillende mutant IDH constructen, al dan niet in combinatie met mutatie-specifieke remmers) middelen.  
F.      Verwachte uitkomsten
Dit project zal de hypothese testen dat verschillen in intracellulaire D-2HG concentraties direct zijn geassocieerd met overleving van astrocytoom patiënten.

G.     Omschrijving stappen nodig om resultaat te implementeren
Indien D-2HG concentraties direct geassocieerd zijn met overleving van astrocytoom patiënten zal gekeken worden hoe deze concentraties het best aangepast kunnen worden. Hiervoor zal o.m. gekeken worden moeten worden welk target daarvoor het meest geschikt is, bijvoorbeeld enzymen die D-2HG afbreken, of naar welk pathway het meest relevant is voor het overlevingsvoordeel. Uiteindelijk kan dan gezocht worden naar remmers van deze enzymen en pathways.