Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is the sixth most common malignancy worldwide with an incidence of more than 650 000 cases per year and 330 000 cancer deaths worldwide. These tumors mainly arise in the squamous epithelium within the oral cavity, pharynx and salivary glands. Major risk factors are smoking, alcohol consumption and infection with human papilloma virus (HPV). Surgery or radiotherapy (RT) serve as a standard treatment for early stage tumors, while locoregionally advanced tumors are treated with radical surgery followed by subsequent adjuvant RT/chemoradiotherapy (CRT) or primary CRT. Despite advances in CRT, survival rates still remain poor with locoregional recurrences in up to 40% of patients. Novel therapeutic strategies like the administration of immune checkpoint inhibitors (ICI) in the recurrent and metastatic setting have been recently approved by the FDA. Tumor mutational burden (TMB) estimated from whole exome sequencing (WES) or comprehensive gene panels has previously been established as predictive factor of response to ICI. In the present study, TMB and its predictive value for the efficacy of concurrent chemoradiation (cCRTX), a potential combination partner of ICI was investigated.
The accuracy of TMB estimation by an in-house head and neck cancer-specific 327-gene panel was established in the Cancer Genome Atlas (TCGA) HNSCC WES dataset. A high accuracy of TMB estimation by the 327-gene panel could be observed. Subsequently, the interference of TMB with outcome after cCRTX was determined in a multicenter cohort including 158 patients with locally advanced HNSCC uniformly treated with cCRTX. Targeted next-generation sequencing (tNGS) was successfully applied in 101 formalin-fixed, paraffin-embedded pretreatment tumor samples. In a subset of cases (n=40), tumor RNA was used for immune related gene expression profiling by the nanoString platform. TMB was correlated with TP53 genotype, HPV status, immune expression signatures and survival parameters. Results were validated in the TCGA HNSCC cohort.
High TMB was significantly associated with an increased prevalence of TP53 mutations and immune gene expression patterns unrelated to T cell-inflamed gene expression profiles. Kaplan-Meier analysis revealed significantly reduced overall survival in the patient group with high TMB which remained significant after correcting for confounding factors in the multivariate model. The prognostic value of TMB was confirmed in the TCGA HNSCC cohort.
In summary, it could be demonstrated that high TMB identifies HNSCC patients with poor outcome after cCRTX who might potentially benefit from CRTX-ICI combination.Das Plattenepithelkarzinom im Kopf-Hals Bereich zählt zu den sechs häufigsten bösartigen Tumoren weltweit mit einer Inzidenz von mehr als 650.000 Fällen pro Jahr und 330.000 Sterbefälle weltweit. Tumore, die sich in einem frühen Stadium befinden, werden primär operiert oder bestrahlt. Lokal fortgeschrittene Tumore werden mit einer radikalen Resektion, gefolgt von einer adjuvanten Radiotherapie (RT)/ Radiochemotherapie (RCT) oder einer primären RCT behandelt, wobei die lokoregionäre Rezidivrate bei 40% liegt. Die Gabe von Immuncheckpoint-Inhibitoren (ICI) stellt derzeit einen neuen Therapieansatz für Patienten mit rezidivierender, metastasierter Erkrankung dar. Ein wichtiger prädiktiver Faktor für das Ansprechen auf diese Therapie ist die Tumormutationslast (TML), welche entweder mittels Whole-Exome Sequenzierung (WES) oder Gen-Panels bestimmt werden kann. In der vorliegenden Studie wurde der prädiktive Wert der TML für die Wirksamkeit einer definitiven Radiochemotherapie (cCRTX-englisch: concurrent chemoradiation), welche als potentieller Kombinationspartner von ICI gesehen werden kann, untersucht.
Ein 327 Gene umfassendes und spezifisch für die Analyse von Tumoren im Kopf-Hals Bereich (HNSCC – englisch: head and neck squamous cell carcinoma) designtes Gen Panel wurde im Rahmen dieser Arbeit etabliert. Um die Präzision der TML Berechnung mittels eines Gen-Panels zu bestimmen, wurde zuerst der WES HNSCC Datensatz aus dem Cancer Genome Atlas (TCGA) verwendet. Anhand des 327-Gen Panel konnte die TML mit einer hohen Präzision berechnet werden. In einer multizentrischen Kohorte von Patienten mit lokal fortgeschrittenem HNSCC, welche einheitlich mittels cCRTX behandelt wurde, wurde die Interferenz der TML mit der Wirksamkeit einer cCRTX bestimmt. Von den insgesamt 158 Patienten konnten 101 Formalin-fixierte Paraffin-eingebettete (FFPE) Tumorproben, welche vor der Behandlung entnommen wurden, mittels gezielter Next Generation Sequenzierung (tNGS) analysiert werden. In 40 Fällen wurde zudem aus der Tumor RNA ein Genexpressionsprofil von Immun-assoziierten Genen mittels der nanoString Plattform erstellt.
Die TML wurde mit dem TP53 Genotyp, dem HPV-Status, der Immun-Expressions- Signatur und verschiedenen Überlebensparametern korreliert. Auch für die Validierung der Ergebnisse wurde die TCGA HNSCC Kohorte verwendet.
Eine hohe TML zeigte eine signifikante Assoziation mit einer erhöhten Prävalenz von Mutationen im TP53 Gen und Immungen-Expressionsmustern, welche unabhängig vom inflammatorischen T-Zell Genexpressionsprofil waren. Außerdem zeigte sich eine signifikante Reduktion im Gesamtüberleben in der Patientengruppe mit hoher TML, was auch im multivariaten Modell bestätigt werden konnte. Der prognostische Wert der TML konnte in der TCGA HNSCC Kohorte bestätigt werden.
Zusammenfassend konnte in dieser Doktorarbeit gezeigt werden, dass HNSCC Patienten mit hoher TML eine schlechte Wirksamkeit der cCRTX aufweisen und womöglich von einer CRTX-ICI Kombinationsbehandlung profitieren würden
