Prädisponierende Genveränderungen Prädisponierende Genveränderungen p gp gund Risikomodulatoren: BRCA1und Risikomodulatoren: BRCA1--3 3

und Zukunft !und Zukunft !

Projektgruppe Mammakarzinon Oktober 2010Projektgruppe Mammakarzinon Oktober 2010j g pp zj g pp z

Prof Dr Alfons MeindlProf. Dr. Alfons MeindlFrauenklinik am Klinikum rechts der Isar

Abt Gynäkologische TumorgenetikAbt.Gynäkologische TumorgenetikE-mail: alfons.meindl@lrz.tum.de

Phone: 0049-89-4140-6750Phone: 0049 89 4140 6750

Häufigkeit des erblichen BrustkrebsesHäufigkeit des erblichen BrustkrebsesHäufigkeit des erblichen BrustkrebsesHäufigkeit des erblichen Brustkrebses

4000

4500

5000Früherkennung !!!!

PARP-Inhibítoren ?

3000

3500

4000

familiär

BRCA2

BRCA1

1500

2000

2500

500

1000

1500

0 erbl. MD

armL

ungeC

ervixN

HL

Leukä

HLFam. Mammakarzinom ist eine der

häufigsten Erberkrankungen !! MaC

am

e x-Ca

ämie

häufigsten Erberkrankungen !!

Ei hl ßk it i fü BRCA Di tikEinschlußkriterien für BRCA-Diagnostik:

1. Drei oder mehr Fälle an BC, 2 <51 (A = 35-40%)2 D i d h Fäll BC 1 51 (B 6 8%)2. Drei oder mehr Fälle an BC, 1<51 (B = 6-8%)3. Genau zwei Fälle an BC, 2<51 (C = 20-25%)4. Genau zwei Fälle an BC, 1<51 (D = 7-9%)

5. Mind. ein BC, mind. ein OC (E, H = 55-70%), ( , )6. Zwei oder mehr Fälle OC (F = 55%)

7 Ein Fall BC <36 (G = 8-10%)7. Ein Fall BC <36 (G = 8-10%)8. Eine Frau bil. BC, 1x <51 (I = 25-30%)

Monogene BrustkrebsMonogene Brustkrebs--assoziierte Geneassoziierte Gene

BRCA1

19941994

17q21

5589 bp5589 bp

1863 aa

BRCA2

1995

13q12

10254 b10254 bp,

3418 aa

B t ili t d DNS R tBeteiligt an ds-DNS-Reparatur

Jedoch: Familiäre Fälle von Brustkrebs Jedoch: Familiäre Fälle von Brustkrebs werden nur zum Teil durch Mutationen werden nur zum Teil durch Mutationen

in in BRCA1/2BRCA1/2 erklärt: erklärt: in in BRCA1/2BRCA1/2 erklärt: erklärt:

1 M h Fäll B tk b ( 3) d i 1. Mehrere Fälle an Brustkrebs (>3) davon zwei vor dem 51. Lebensjahr: appr. 35-40%

2 M h Fäll B t d Ei t k k b2. Mehrere Fälle von Brust- und Eierstockskrebs:appr. 55-70%

3 F ili it i d t i Fäll 3. Familien mit mindestens zwei Fällen von Eierstockskrebs: appr. 50%

4 F ili “ it i Fäll B tk b (1 51) 4. „Familien“ mit genau zwei Fällen Brustkrebs (1 vor 51) oder 1 Frau vor 36 erkrankt: ca. 8-10%

Paradigma der letzten Jahre:Paradigma der letzten Jahre:die familiären Fälle ohne BRCA1/2-Mutationenkönnen durch die kombinierte Wirkung von sog.

Niedrigrisikovarianten erklärt werden:Niedrigrisikovarianten erklärt werden:

G W i A i i S di-> Genom-Weite Assoziations-Studien:bis jetzt ca. 15 Varianten, davon aber vermutlich nur

vier bis fünf als „Modifier“ in Familien relevant-> mehrere Nat. Genet. Publikationen, z. T. unter > mehrere Nat. Genet. Publikationen, z. T. unter

Beteiligung deutscher Gruppen:FALSCH !FALSCH !

RICHTIG:1. Polygene Vererbung:

d t t t M t ti d i lmoderat penetrante Mutationen und vieleNiedrigrisikovarianten)Niedrigrisikovarianten)

2. Extreme monogenetische Heterogenitäthochpenetrante Mutationen in noch

unbekannten Genen und wenigeunbekannten Genen und wenigeNiedrigrisikovarianten („Modifier“)

1a. Moderat penetrante Gene !1a. Moderat penetrante Gene !pp

Neu:Neu: Höhere ORs für moderat penetrante Höhere ORs für moderat penetrante Neu:Neu: Höhere ORs für moderat penetrante Höhere ORs für moderat penetrante Mutationen im familiären Kontext: Mutationen im familiären Kontext:

(2.34 vs. 4.8)(2.34 vs. 4.8)

Mutationen im CHEK2-Gen:1 1100d lC 10 9/5161. 1100delC = exon 10: 9/516

2. del exon 9-10: 5/5163. IVS2+1g->a: 2/516

4 mehrere missense mutations“ (UVs) 4. mehrere „missense mutations“ (UVs) in exon 3: 7/516

Protein-truncating and „missense mutations“ in PALB2

X C f

s 15

X

38X

(2x

) *

9I f

s 1X

(3x

) *

3X (

3x)

*

C fs

29X

(3x

) *

X(2

x) *

H fs

10X

I fs

7X

X(2

x)

Q fs

9X

fs

99X

L fs

4X

I fs

13X

1 2 53 4 6 98 107 11 12 13 3‘UTR5‘UTR

ATG TAA

G79

6X

A99

5C

W10

3N

1039

Y11

83

L53

1C

Q25

1X

Q35

0HK

353I

Q77

5X

T84

1Q

C77

V

Exon:

X

published trunc. mutations:

V23

3L

R17

0I

R41

4X

D71

5E fs

1X

novel trunc and ms mutations:

L11

43P

screened by sequencing (108 fam):

R75

3X

Q98

8X

novel trunc. and ms mutations:

G10

43A

screened by dHPLC (710 fam):

R Q

novel trunc. and ms mutations:

_M10

67

26X

3X

screened by dHPLC (820 spo):

Del

L10

40_

T11

36K

fs

P11

53T

fs

novel trunc. and ms mutations:

T10

30I

screened by dHPLC (820 spo):

(Hellebrand et al., Manuscript submitted)

1b1b NiedrigrisikovariantenNiedrigrisikovarianten1b.1b. NiedrigrisikovariantenNiedrigrisikovarianten

Kollaborationen mit Kollaborationen mit BCACBCAC und und CIMBACIMBA::CC ::

Bis jetzt, konnten 14 unterschiedliche Bis jetzt, konnten 14 unterschiedliche Niedrigrisikovarainten gefunden werden z B ein Niedrigrisikovarainten gefunden werden z B ein Niedrigrisikovarainten gefunden werden, z. B. ein Niedrigrisikovarainten gefunden werden, z. B. ein

intronischer SNP im intronischer SNP im FGFR2FGFR2--Gen:Gen:

a)a) Higher OR in familial casesHigher OR in familial casesb) Modifier in b) Modifier in BRCA1/2BRCA1/2 mutation carriersmutation carriers

Niedrigrisikovarianten in FamilienNiedrigrisikovarianten in FamilienNiedrigrisikovarianten in FamilienNiedrigrisikovarianten in Familienund Mutationsträgerinnen:und Mutationsträgerinnen:

E. g. FGFR2 (German GWAS):H t t P l 1 24E 12 OR 1 43 (1 26)Heterozygot: P-value: 1.24E-12; OR=1,43 (1,26)Homozygot: P-value: 2.33E-12; OR=2,05 (1,63)

E TNRC9 (CGEMS)E. g. TNRC9 (CGEMS):Heterozygot: P-value: 1,54E-07; OR=1,33 (1,20)H t P l 1 00E 04 OR 1 63 (1 39)Homozygot: P-value: 1,00E-04; OR=1,63 (1,39)

Wi hti FGFR2 h M difi “ i BRCA2Wichtig: FGFR2 auch „Modifier“ in BRCA2-Mutations-trägerinnen (Antoniou et al. and

GCHBOC, AJHG, 2008)

Weitere „Modifier“:Weitere „Modifier“:

BRCA1-Modifier:GWA-Studie: 1193 BRCA1-Mutation carrier vs. 1190

gesunden Kontrollen: 19p13 mit drei Genen (OR = 1,26, P-value = 2.3 x 10-9): ABHD8, ANKLE1, C19orf62 !!!

Aber: Letzteres kodiert für MERIT40 (Mediator of Rap80 Interactions and Targeting 40 kb): Bestandteil des

BRCA1-Komplexes und assoziiert mit triple-negativen Tumoren !

(Antoniou A, several authors, Schmutzler RK, Wappenschmidt B, Engel C, Meindl A Preisler-Adams S Arnold N Niederacher D Sutter C Meindl A, Preisler-Adams S, Arnold N, Niederacher D, Sutter C,

several authors, Nat. Genet. October 2010).

18. April 2010

Novel gene: „Novel gene: „BRCA3BRCA3““

• Mutiert in BC und OvCafamilien (6 in 480)• Mutiert in BC- und OvCafamilien (6 in 480)• Hoch penetrant, aber evtl. milderer Verlauf• Tumor-Suppressor-Gen mit LOH Tumor-Suppressor-Gen mit LOH • Histologie ähnlich zu BRCA2• Moderat penetrante „Missense“-Mut. (16 in 480)ode at pe et a te „ sse se ut. ( 6 80)

FIGURE 3

Supplementary Figure 4A Multiple Sequence Alignment of RAD51C: G125V+A126T L138F D159N V169A Homo sapiens 82 HKKCTALELLEQEHTQGFIITFCSALDDILGGGVPLMKTTEICGAPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVAGEAVFIDTEGSFMVDRVVDLATACIQHLQ 181 Pan troglodytes 127 RKKCTALELLEQEHTQGFIITFCSALDDILGGGVPLMKTTEICGAPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVAGEAVFIDTEGSFMVDRVVDLATACIEHLQ 226 Canis lupus fam 73 GKKCTALELLEQEHTQSFIITFCSALDNILGGGIPLTKTTEICGVPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVEGEAVFIDTEGSFMVDRVVDLATACIQHLH 172 Bos taurus 197 GRKCTALELLEQEHTQNFIITFCSALDNILGGGIPLTKTTEICGAPGVGKTQLCMQLAIDVQIPECFGGVEGEAVFIDTEGSFMVDRVVDLATACIQHLQ 296 M l 73 NEKCTALELLEQEHTQGFIITFCSALDNILGGGIPLMKTTEVCGVPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVAGEAVFIDTEGSFMVDRVVSLATACIQHLH 172Mus musculus 73 NEKCTALELLEQEHTQGFIITFCSALDNILGGGIPLMKTTEVCGVPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVAGEAVFIDTEGSFMVDRVVSLATACIQHLH 172 Rattus norvegicus 109 NKKCTALELLEQEHTQGFIITFCSALDNILGGGIPLMKTTEVCGVPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVAGEAVFIDTEGSFMVDRVVSLATACIQHLH 208 Gallus gallus 73 TRKCTALELLEEEQTQGFIITFCSALDNILGGGVQLTKITEICGAPGVGKTQLCMQLAVDVQIPECFGGVAGEAVFIDTEGSFMVDRAADIATACVRHCQ 172 Danio rerio 71 ---VTALDLLHQEQTLGSIVTFCSGLDDAIGGGVPVGKTTEICGAPGVGKTQLCMQLAVDVQIPVFFGGLGGKALYIDTEGSFLVQRVADMAEAAVQHCT 167 Arabidopsis thaliana 90 K---NAWDMLHEEESLPRITTSCSDLDNILGGGISCRDVTEIGGVPGIGKTQIGIQLSVNVQIPRECGGLGGKAIYIDTEGSFMVERALQIAEACVEDME 186 Oryza sativa 75 Q---NAWDMLSDEQSRRHINTGSADLNNILGGGIHCKEVTEIGGVPGVGKTQLGIQLAINVQIPVEYGGLGGKAVYIDTEGSFMVERVYQIAEGCISDIL 171 G264V+ R258H G264S T287A Homo sapiens 242 DGIAFPFRHDLDDLSLRTRLLNGLAQQMISLANNHRLAVILTNQMTTKIDRNQALLVPALGESWGHAATIRLIFHWDRKQRLATLYKSPSQKECTVLFQI 341 Pan troglodytes 327 DGIAFPFRHDLDDLSLRTRLLNGLAQQMISLANNHRLAVILTNQMTTKIDRNQALLVPALGESWGHAATIRLIFHWDRKQRLATLYKSPSQKECTVLFQI 426 Canis lupus fam 227 --------------------------------------VLLTNQMTTKIDRNQALLVPALGESWGHAATIRLIFHWDQKQRLATLYKSPSQKESTVLFQI 288 Bos taurus 357 DGIAFPFRHDLDDLSLRTRLLNGLAQQMISLANNHRLAVILTNQMTTKFDRNQALLVPALGESWGHAATIRLIFHWDQKQRLATLYKSPSQKESTVPFQI 456 Mus musculus 233 DGIAFPFRHDLEDLSLRTRLLNGLAQQMISLANNHRLAVILTNQMTTKIDKNQALLVPALGESWGHAATIRLIFHWEQKQRFATLYKSPSQKESTIPFQI 332 Rattus norvegicus 269 DGIAFPFRHDLDDLFLRTRLLNGLAQQLISLANKHRLAVILTNQMTTKIDKNQASLVPALGESWGHAATIRLIFHWEQKQRFATLYKSPSQKESTVPFQI 368 Gallus gallus 233 DGIAFPFRHDFEDLSLRTRLLNGLAQQLIIIANDHKSAVVLTNQMTTRFGQNQSMLVPALGESWGHAATVRLIFHWDNTQRLATLYKSPSQKESTIPYNI 332 Danio rerio 225 DSIAFPFRHDFEDLSQRTRLLNGLAQQLIQLATQHRVAVVLTNQMTTRVSNGQSKLVPALGESWGHAATQRLILHWEGQRRLASLYKSPSQMEATVQYQI 324 Arabidopsis thaliana 246 DSITFHFRQDYDDLAQRTRVLSEMALKFMKLAKKFSLAVVLLNQVTTKFSEGSFQLALALGDSWSHSCTNRVILYWNGDERYAYIDKSPSLPSASASYTV 345 Oryza sativa 231 DSVTFHFRQDFDDMALRTRVLSGLSLKLMKLSKAYNLAVVLLNQVTTKFTEGSFQLTLALGDSWSHSCTNRLILYWNGNERYGFLDKSPSLPVASAPYAV 330 R366QQHomo sapiens 342 KPQGFRDT----VVTSACSLQTEGSLSTRKRSRDPEEEL---- 376 Pan troglodytes 427 KPQGFRDT----VVTSACSWQTEGSLSTRKRSRDPEEEL---- 461 Canis lupus fam 289 TPQGFRDA----VVVTACSLQTEGSLNSRKRSRESEEEQESKD 327 Bos taurus 457 TPQGFRDA----IVATAYSLQTEGSLNSRKRSRDSEEEQESKD 495 Mus musculus 333 TPQGFRDA----VVTAASS-QTESSLNFRKRSREPEEEC---- 366 Rattus norvegicus 369 TPQGFRDA----VVTAASS-QTESSLNFRKRSREPEEEC---- 402 Gallus gallus 333 TPQGFRDV----QPPPVTQNAEGTEMNPRKRPRREEEK----- 366Gallus gallus 333 TPQGFRDV QPPPVTQNAEGTEMNPRKRPRREEEK 366 Danio rerio 325 TVQGFRDSPDEPRPTFDPSEVSSPSANHSKRPRLEDLS----- 362 Arabidopsis thaliana 346 TSRGLRNS-----------------SSSSKRVKMM-------- 363 Oryza sativa 331 TVKGVRDA----------------VNSNSKRVRVM-------- 349 Legend: Multiple sequence alignments of the RAD51C protein homologues from different species (indicated left). The conservation of identified missense mutations is demonstrated by shading in different colours: red shaded: pathogenic mutations and the UCV D159N, which is also partially conserved in the paralogues (see Suppl. Fig. 4b);

h d d t ti b i i t ll h d d i t di t l t ti i DT40 ll h l G264S d R366Q i ht f d t tgreen shaded: putative benign variants; yellow shaded: intermediate complementation in DT40 cells, however only G264S and R366Q might confer moderate penetrance; turquoise shaded: pathogenic mutation from Vaz et al.5. The G3R variant is located in the N-terminal part of RAD51C poorly conserved in the RAD51C protein homologues.

FA-BRCA DNA repair pathway

Levy-Lahad, Nature Genetics, 5: 368f, 2010 Editorial

Proof of principle for the existence of further high risk genes

Neues zu RAD51CNeues zu RAD51C

• Interaktion von RAD51C auch mit CHEK1 und e a o vo C auc C u d CHEK2 -> damit auch an der Initiation der DNS-Reparatur beteiligtReparatur beteiligt

• Mutationen nicht in allen Populationen (z. B. Frankokanadier)

• RAD51C-Mutationen aber in der spanischen und RAD51C Mutationen aber in der spanischen und in der australischen Population, dort auch neue Mutationen !Mutationen !

Mechanism of PARPinhibition in BRCA1depleted cells

BRCA1 deficient cells plus C de c e t ce s p usPARPi accumulate DNA repair defects which lead to apoptosis

- PARPi

+ PARPiC ll i l

Clark-Knowles et al., 2009

Cell survival

Latest studies with PARPisLatest studies with PARPis• Audeh, MW et al. Lancet 376: 245-251: Oral poly(ADP-ribose) polymerase

inhibitor olabarip in patients with BRCA1 or BRCA2 mutations and recurrent inhibitor olabarip in patients with BRCA1 or BRCA2 mutations and recurrent ovarian cancer: a proof-of-concept trial:

• -> Objective tumor response rate in 33% with 400 mg olaparib twice daily.• -> mild to moderate adverse events.

• Tutt A et al. Lancet 376: 235-244: Oral poly(ADP-ribose) polymerase inhibitor p y( ) p yolabarip in patients with BRCA1 or BRCA2 mutations and advanced breast cancer: a proof-of-concept trial:

• -> Objective tumor responses in 41% of the patients> Objective tumor responses in 41% of the patients• -> also high tolerability

• Now: Clinical phase III studies !!!!

Zusammenfassung Zusammenfassung

• 5,0% aller Brustkrebsfälle sind durch Mutationen in den ,Genen BRCA1 und BRCA2 verursacht.

• Weitere 5,0% entstehen durch Mutationen in „mehreren“ Weitere 5,0% entstehen durch Mutationen in „mehreren BRCA3-Genen, wie z. B. RAD51C !

• Weitere 10% an Brustkrebsfällen sind das Resultat der • Weitere 10% an Brustkrebsfällen sind das Resultat der kombinierten Aktion einer moderat penetranten Mutation (PALB2 ATM CHEK2 BRIP1) und wenigen Mutation (PALB2, ATM, CHEK2, BRIP1) –und wenigen Niedrigrisikovarianten -> höhere ORs für beide in familiären Fällen !!!familiären Fällen !!!

• Klinischer Nutzen: a) Intensivierte Früherkrennung• b) mittelfristig: PARP-Inhibitoren !!!

Zukunft = 2011Zukunft = 2011--2012 2012

• Weitere prädisponierende Gene für Brust-und/oder p pEierstockskrebs können schnell und kostengünstig durch „Exomic Sequencing“ ermittelt werden (sowohl moderate „ q gwie hochpenetrante Mutationen).

• Favorisierte Hypothese ist, dass sich dabei die meisten Favorisierte Hypothese ist, dass sich dabei die meisten Mutationen in weiteren Genen aus dem DNS-Reparatur-Weg finden befinden.Weg finden befinden.

• Ermöglicht individualisierte Therapien, z.B. PARPis !Ab 2015 ( d h ) ti äßi S “ ll • Ab 2015 (oder eher) routinemäßiges „Screenen“ aller 30.000 Gene -> Bioinformatik, Validierung: Abrechnen i l G h i ti h ! einzelner Gene anachronistisch !

AcknowledgementsAcknowledgements

• Deutsches Konsortium für Erbliches Mamma- und Ovarialkarzinom ( i f S ) i i f(Koordinator: Prof. R. K. Schmutzler) Unterstützt durch die Deutsche Krebshilfe

• Frauenklinik am Klinikum rechts der Isar, Abt. Gynäkologische Tumorgenetik: H H ll b d S E D J R D E G D A B D H. Hellebrand, S. Engert, Dr. J. Ramser, Dr. Eva Gross, Dr. A. Baumgärtner, Dr. K. Pfeifer, Prof. M. Kiechle

• Frauenklinik der Ludwig-Maximilians-Universität: Dr. Nina Ditsch, Dr. Ina Rühl Prof Dr Klaus FrieseRühl, Prof. Dr. Klaus Friese

• Universitätsklinik Düsseldorf: Prof. Dr. H. Hanenberg, Prof. Dr. Heiner Schaal• Institut für Humangenetik Würzburg: Prof. Dr. Schindler, C. Neveling

U i i ä f kli ik Dü ld f D D Ni d h E H i h• Universitätsfrauenklinik Düsseldorf: Dr. D. Niederacher, E. Honisch• Universitätsfrauenklinik Köln: Dr. B. Wappenschmidt, Prof. R. Schmutzler• Universitätsfrauenklinik Kiel: Prof. Dr. N. Arnold• Institut für Humangenetik Heidelberg; Dr. C. Sutter, Prof. C. R. Bartram