Mechanisms of resistance to anti-HER2 drugs used in breast cancer

Abstract

Breast cancer is the most diagnosed cancer among women worldwide and the development of various molecular technologies has allowed the creation of a classification system into different molecular subtypes. The HER2-overexpressing subtype occurs in 15-20% of all breast cancers, being associated with the overexpression of HER2. HER2 is a member of the human epidermal growth factor receptor (HER) family, which has been involved in cancer genesis and progression. HER2 became an important therapeutic target for the treatment of HER2-positive breast cancer. Recently, a new group of anti-HER2 therapies emerged, the Antibody-Drug Conjugates, or ADCs. These molecules, comprised of an antibody attached to a cytotoxic payload via a linker, are specifically designed to selectively direct a chemotherapeutic agent and its cytotoxic effects to cancer cells that express a specific target on the cell surface. Several efforts have been made to identify potential mechanisms of resistance to ADCs, especially to T-DM1. However, little is known about the mechanisms of resistance to the recently approved T-DXd. For that reason, we aimed to identify those mechanisms using T-DXd-resistant cell models, as well as to study the effect of this drug in T-DM1-resistant cells. In this study, we first analyzed the effect of T-DXd in T-DM1 and T-DXd-resistant cells (BT-TDM1R#1 and BT-DxRpool, respectively) and detected that T-DM1-resistant cells were also partially resistant to T-DXd. Because of this, we proceeded with the use of these two models of resistance for our studies and identified that both BT-TDM1R#1 and BT-DxRpool cells accumulated T-DM1 and T-DXd in intracellular vesicles, coinciding with lysosomes. However, this accumulation was more evident in BT-TDM1R#1 cells, pointing to different mechanisms of resistance to both drugs. To better study the mechanisms of resistance to T-DXd, we generated several resistant clones to this drug and identified that different clones may have different mechanisms of resistance to T-DXd, as some of them accumulated the drug similar to BT-TDM1R#1 cells, and others did not. Also, some of these clones showed partial resistance to T-DM1. Our data indicated that different resistant cells could present different resistance mechanisms to T-DXd. In addition, since both T-DM1 and T-DXd share the initial steps of internalization, they could also share some mechanisms of resistance.

Cancro da mama é o tipo de cancro mais diagnosticado nas mulheres em todo o mundo e o desenvolvimento de diferentes tecnologias moleculares permitiu a criação de um sistema de classificação em diferentes subtipos moleculares. O subtipo que apresenta sobre-expressão de HER2 ocorre em 15-20% do total de casos de cancro da mama. HER2 é um membro da família de recetores de fatores de crescimento epidérmico, que tem sido associada ao desenvolvimento e progressão de cancro. HER2 tornou-se um alvo terapêutico importante no tratamento de cancro da mama HER2-positivo. Recentemente, surgiu um novo grupo de fármacos anti-HER2, designado Conjugados Anticorpo-Droga (ADC). Estas moléculas, constituídas por um anticorpo conectado a um agente citotóxico por um linker, são especificamente desenhadas para direcionar um agente quimioterápico e os seus efeitos citotóxicos a células cancerígenas que expressam à superfície um determinado alvo. Vários esforços foram feitos para identificar mecanismos de resistência aos ADCs, especialmente a T-DM1. No entanto, pouco se sabe sobre possíveis mecanismos de resistência ao ADC recém-aprovado T-DXd. Por esta razão, o nosso objetivo foi identificar esses mecanismos, usando modelos celulares resistentes a T-DXd, assim como estudar o efeito deste fármaco em células resistentes a T-DM1. No presente estudo, começamos por analisar o efeito de T-DXd em células resistentes a T-DM1 e a T-DXd (BT-TDM1R#1 e BT-DxRpool, respetivamente) e detetamos que células resistentes a T-DM1 também eram parcialmente resistentes a T-DXd. Por esta razão, prosseguimos os nossos estudos usando estas duas linhas celulares como modelos de resistência a T-DM1 e a T-DXd e identificamos que acumulavam os dois fármacos em vesículas intracelulares, identificadas como lisossomas. No entanto, esta acumulação foi mais evidente nas células BT-TDM1R#1, apontando para diferentes mecanismos de resistência a T-DM1 e a T-DXd. Para estudar melhor os mecanismos de resistência a T-DXd, geramos diferentes clones resistentes e identificamos que diferentes clones possivelmente apresentam diferentes mecanismos de resistência a T-DXd. Alguns clones também acumulavam tanto T-DM1 como T-DXd de forma semelhante a BT-TDM1R#1, demonstrando também resistência parcial a T-DM1. Os nossos resultados indicam que diferentes células resistentes podem apresentar diferentes mecanismos de resistência a T-DXd. Adicionalmente, uma vez que T-DM1 e T-DXd partilham a etapa inicial de internalização, é possível que estas células partilhem também alguns mecanismos de resistência.