ERBB4 as a potential therapeutic target in cancer

Abstract

ABSTRACT

EGFR/ERBB/HER family of receptor tyrosine kinases are frequently mutated, and hence, aberrantly active in cancer. Currently, numerous ERBB-targeted therapies are used to treat various types of cancer, using activating mutations or amplification of EGFR and ERBB2 as predictive biomarkers. Yet, it remains unknown whether cancer patients with activating ERBB4 mutations could benefit from ERBB4-targeted therapy. This is despite previous reports on activating ERBB4 mutations that may drive cancer growth and the availability of clinically used second-generation pan-ERBB inhibitors that potently block also ERBB4. The unclear role of ERBB4 in cancer is largely due to the highly context-dependent and partly opposing functions of the different ERBB4 isoforms, as well as due to the high diversity of cancer-associated ERBB4 mutations lacking obvious mutational hotspots.

The aim of this thesis was to clarify the role of ERBB4 in cancer and to evaluate the potential of using ERBB4 mutations as predictive biomarkers. To elucidate ERBB4 signaling mechanisms in cancer, the interactome of the two cancer-predominant isoforms of ERBB4 was analyzed in breast cancer cells. VAV3 was identified as a novel effector of ERBB4-mediated signaling promoting cancer cell migration. To address the clinical significance of the hundreds of different ERBB4 mutations found in cancer patients, two complementary approaches were employed: an unbiased high-throughput screen and a focused functional characterization of the newly emerging hotspot ERBB4 mutations, of which many are paralogous to known oncogenic mutations in other ERBB genes. These two approaches identified 14 novel gain-of-function ERBB4 mutations of which the five most potent were mechanistically characterized. These most potential activating driver mutations were also targetable with clinically used pan-ERBB inhibitors, and thus, could potentially serve as predictive biomarkers.

Taken together, the results of this thesis have clarified the rationale for targeting ERBB4 in cancer. These findings can facilitate clinical interpretation of ERBB4 mutations and warrant further studies of using activating ERBB4 mutations as predictive biomarkers for pan-ERBB inhibitor therapy.

KEYWORDS: ERBB4, cancer, signaling, activating mutation, screen, tyrosine kinase inhibitor, predictive biomarker

TIIVISTELMÄ

Syövän kasvua lisäävät EGFR/ERBB/HER-reseptorityrosiinikinaasien toimintaa yliaktivoivat mutaatiot ovat yleisiä syöpätyypeissä. Lukuisia ERBB-reseptoreihin kohdennettuja täsmälääkkeitä onkin tällä hetkellä kliinisessä käytössä eri syöpien hoitoon, missä EGFR:n tai ERBB2:n aktivoivia mutaatioita tai monistumia käytetään ennusteellisina biomarkkereina hoidoille. Myös ERBB4 aktivoivien mutaatioiden on näytetty voivan lisätä syövän kasvua ja ERBB4:n toimintaa estäviä toisen sukupolven pan-ERBB-estäjiä on jo kliinisessä käytössä. Tästä huolimatta ei kuitenkaan vielä tiedetä, voisivatko potilaat, joilla on aktivoiva ERBB4-mutaatio, hyötyä ERBB4-reseptorin kohdennetusta hoidosta. ERBB4:n epäselvä rooli syövässä johtuu suurelta osin siitä, että sen toiminta on hyvin kontekstiriippuvaista ja ERBB4:n eri alamuotojen toiminta on osittain jopa toisiinsa nähden vastakkaista. Lisäksi syövässä esiintyvien erilaisten ERBB4-mutaatioiden määrä on suuri, eivätkä mitkään niistä erotu selvästi erityisen toistuvina, toisin kuin muiden ERBB-reseptoreiden kohdalla.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selventää ERBB4:n roolia syövässä sekä arvioida ERBB4-geenin aktivoivien mutaatioiden ennusteellisuutta täsmälääkehoidolle. Tutkimuksessa selvitettiin ERBB4:n kahden syövässä eniten esiintyvän alamuodon soluviestinnän mekanismeja. VAV3 löydettiin uutena ERBB4:n soluviestinnän välittäjänä, minkä näytettiin lisäävän syöpäsolujen liikkumista. Lisäksi selvitettiin ERBB4-geenin syövässä esiintyvien mutaatioiden kliinistä merkitystä kahdella toisiaan täydentävällä lähestymistavalla. Näin löydettiin 14 uutta aktivoivaa ERBB4-mutaatiota, joista viiden parhaiten solujen kasvua lisäävän mutaation mekanismi selvitettiin. Nämä viisi potentiaalisinta ”ajajamutaatiota” olivat myös herkkiä kliinisessä käytössä oleville pan-ERBB-estäjille ja voisivat siten mahdollisesti toimia ennusteellisina biomarkkereina.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että ERBB4 on potentiaalinen täsmälääkehoidon kohde syövässä. Tulokset auttavat ERBB4-mutaatioiden kliinistä tulkintaa ja tukevat jatkotutkimuksia niiden ennusteellisuudesta pan-ERBB-estäjähoidon teholle potilaissa.

AVAINSANAT: ERBB4, syöpä, soluviestintä, aktivoiva mutaatio, seulonta, tyrosiinikinaasin estäjä, ennusteellinen biomarkkeri