Pre-clinical and clinical validation of RAD51 as a functional and dynamic biomaker of DNA repair deficiency by Y homologous recombination

Abstract

Introduzione: I PARPi e i sali di platino inducono danni alla doppia elica del DNA e sono particolarmente efficaci nei pazienti con tumori con deficit nel meccanismo di riparazione di ricombinazione omologa (HRR), come i pazienti portatori di mutazione germinale nei geni BRCA1/2 affetti da tumore dell’ovaio (OvC) e/o della mammella (BC). Il deficit di HRR (HRD) può anche associarsi alla perdita di funzione di altri geni HRR o a cause ancora da determinare. Il test del RAD51 è un biomarcatore funzionale di HRD basato su un saggio di immunofluorescenza in grado di stimare l'attività del pathway HRR in modo dinamico. Obiettivi: Il mio progetto di dottorato è volto a: 1) validare il saggio RAD51 come biomarcatore predittivo di risposta agli inibitori di PARP (PARPi), indipendentemente dallo stato geminale di BRCA1/2, in campioni preclinici; 2) testare il test RAD51 su pazienti con BC triplo negativo (TNBC) trattati con chemioterapia neoadiuvante priva di platino; 3) confrontare il saggio RAD51 con i test HRD genomici su campioni di OvC. Risultati: Utilizzando Patient Derived Xenograft (PDX), abbiamo confermato il valore predittivo superiore del test del RAD51 nei modelli preclinici trattati con PARPi rispetto alle mutazioni dei geni dell’HRR, ai test HRD genomici e alla sensibilità al platino. Nei modelli sperimentali, olaparib ha suscitato una risposta immunitaria antitumorale nei tumori sensibili ai PARPi. L'espressione di PD-L1 nei tumori con scarsa risposta ai PARPi e nei linfociti intratumorali (TIL) suggerisce l'uso combinato con la terapia anti-PD-L1. Nei TNBC operabili trattati con chemioterapia (neo)adiuvante priva di platino, il saggio RAD51 è stato in grado di identificare i tumori con alterazioni nell’HRR, oltre a quelli con mutazioni germinali in BRCA1/2, e di selezionare una coorte di pazienti con HRD e pochi TIL con buona prognosi. La nostra analisi, condotta su campioni di pazienti arruolati nello studio MITO16A, ha dimostrato la fattibilità del saggio RAD51 su pazienti con OvC e la capacità del test di ampliare la coorte di pazienti con HRD che possono beneficiare dei PARPi. Conclusioni: Alla luce dei nostri risultati su modelli preclinici e clinici, abbiamo proposto di continuare la validazione analitica e la qualificazione clinica del saggio RAD51 in coorti più ampie di pazienti con BC e OvC trattati con PARPi o sali di platino.

Introduction: PARPi and platinum salts induce Double Strand Breaks DNA damage, thus being particularly active in Homologous Recombination Repair (HRR) deficient tumors like gBRCA1/2-mutated Ovarian Cancer (OvC) and Breast Cancer (BC) patients. HRR deficiency (HRD) could be also due to loss-of-function mutations in other HRR genes or to causes that are still to be determined. RAD51 assay is a functional biomarker based on an immunofluorescence assay capable to estimate the activity of the HRR pathway in a dynamic way. Aims: During my PhD program, we aimed to: 1) validate the RAD51 assay as a predictive biomarker of response to PARP inhibitors (PARPi), independently of gBRCA1/2 status, in pre-clinical samples; 2) test the RAD51 assay on early Triple Negative BC (TNBC) patients administered with platinum-free neoadjuvant chemotherapy; 3) compare the RAD51 assay with genomic HRD assays on OvC samples. Results: Using Patient Derived Xenograft (PDX), we confirmed the superior predictive value of an immunofluorescence-based test detecting RAD51 nuclear foci in preclinical models treated with PARPi when compared to HRR-gene mutations, genomic HRD tests and platinum sensitivity. In experimental models, olaparib elicited an antitumor immune response in PARPi-sensitive tumors. The expression of PD-L1 in tumors with poor responses to PARPi and in intratumoral lymphocytes (TIL) suggested the combined use with anti-PD-L1 therapy. In early TNBC, the RAD51 test was able to identify HRR-altered tumors, beyond gBRCA1/2 mutations, and to select a cohort of HRD/TIL-low patients with good prognosis in a platinum-free (neo)adjuvant chemotherapy setting. Our analysis, conducted on specimens of patients enrolled in the MITO16A trial, suggested the feasibility of RAD51 assay on OvC patients and the ability of the test to expand the HRD patients who may benefit from PARPi. Conclusion: Given the supportive pre-clinical and clinical data, we proposed to continue the analytical validation and the clinical qualification of the RAD51 assay in larger cohorts of BC and OvC patients treated with PARPi or platinum salts.