Prediction of Poor Response to Neoadjuvant Chemoradiation in Patients With Rectal Cancer Using a DNA Repair Deregulation Score: Picking the Losers Instead of the Winners
Authors: Jimenez Leandro , Perez Rodrigo O. , São Julião Guilherme Pagin , Vailati Bruna Borba , Fernandez Laura M. , Gama-Rodrigues Joaquim , Habr-Gama Angelita , DeVecchio Jennifer , Kalady Matthew F. , Camargo Anamaria A. 
Published: December 2019

BACKGROUND:

Patients with rectal cancer may undergo neoadjuvant chemoradiation even in early stages in an attempt to achieve complete clinical response and undergo organ preservation. However, prediction of tumor response is unavailable. In this setting, accurate identification of poor responders could spare patients with early stage disease from potentially unnecessary chemoradiation.

OBJECTIVE:

This study focused on development/test of a score based on DNA repair gene expression to predict response to neoadjuvant chemoradiation in patients with rectal cancer.

DESIGN:

Pretreatment biopsy samples from patients with rectal cancer undergoing neoadjuvant chemoradiation were collected and underwent gene expression analysis using RNA-Seq (test cohort). A score was constructed using 8 differentially expressed DNA repair genes between good (complete clinical) and poor responders (incomplete clinical) to treatment. The score was validated in 2 independent cohorts of patients undergoing similar treatment strategies and using quantitative polymerase chain reaction and microarray gene expression data.

SETTINGS:

This was a retrospective analysis of gene expression data from 3 independent institutions.

PATIENTS:

Patients with rectal cancer undergoing neoadjuvant chemoradiation (50.4–54.0 Gy and 5-fluorouracil–based chemotherapy) were eligible. Patients with complete clinical response, complete pathological response, or ≤10% residual cancer cells were considered good responders. Patients with >10% residual cancer cells were considered poor responders. The test cohort included 25 patients (16 poor responders). Validation cohort 1 included 28 patients (18 poor responders), and validation cohort 2 included 46 patients (22 poor responders).

MAIN OUTCOMES MEASURES:

Response was correlated with the DNA repair score calculated using the expression levels of 8 DNA repair genes. DNA repair score sensitivity, specificity, and positive and negative predictive values were determined in test and validation cohorts.

RESULTS:

Poor responders had significantly lower DNA repair scores when compared with good responders across all 3 cohorts, regardless of the gene expression platform used. A low score correctly predicted poor response in 93%, 90%, and 71% in test, validation 1, and validation 2 cohorts.

LIMITATIONS:

This study was limited by its small sample size, different gene expression platforms, and treatment regimens across different cohorts used.

CONCLUSIONS:

A DNA repair gene score may predict patients likely to have poor response to chemoradiation. This score may be a relevant tool to be investigated in future studies focused on chemoradiation used in the context of organ preservation. See Video Abstract at http://links.lww.com/DCR/B104.

PREDICCIÓN DE RESPUESTA DEFICIENTE A LA RADIO-QUIMIOTERAPIA NEOADYUVANTE EN PACIENTES CON CÁNCER RECTAL UTILIZANDO UNA PUNTUACIÓN DE DESREGULACIÓN DE REPARACIÓN DE ADN: ESCOGER LOS PERDEDORES EN LUGAR DE LOS GANADORES

ANTECEDENTES:

Los pacientes con cáncer rectal pueden someterse a radio-quimioterapia neoadyuvante incluso en estadios tempranos en el intento por lograr una respuesta clínica completa y permitir una preservación de órgano. Sin embargo, aun no existen herramientas disponible para la prediccion de la respuesta tumoral al tratamiento. En este contexto, la identificación precisa de los tumores con mala respuesta al tratamiento podría evitar que los pacientes con enfermedad en estadio temprano sean sometidos a radio-quimioterapia potencialmente innecesaria.

OBJETIVO:

Desarrollo / testeo de una puntuación basada en la expresión genes reparadores del ADN para predecir la respuesta a la nCRT en pacientes con cáncer rectal.

DISEÑO:

Se recogieron muestras de biopsia de pre-tratamiento de pacientes con cáncer rectal sometidos a radio-quimioterapia neoadyuvante y se les realizó un análisis de expresión génica utilizando RNAseq (cohorte de prueba). Se construyó una puntuación utilizando 8 genes de reparación de ADN expresados diferencialmente entre buenos (respuesta clinica completa) y pobres respondedores (respuesta clinica incompleta) al tratamiento. La puntuación se validó en 2 cohortes independientes de pacientes sometidos a estrategias de tratamiento similares y utilizando qPCR y datos de expresión de genes en chips ADN (biotecnología -microarrays).

AJUSTES:

Análisis retrospectivo de los datos de expresión génica de 3 instituciones independientes.

PACIENTES:

Fueron incluidos aquellos pacientes con cáncer rectal sometidos a radio-quimioterapia neoadyuvante (50,4-54 Gy y quimioterapia basada en 5FU). Los pacientes con respuesta clínica completa, respuesta patológica completa o ≤10% de células cancerosas residuales se consideraron buenos respondedores. Los pacientes con> 10% de células cancerosas residuales se consideraron de respuesta deficiente. La cohorte de prueba incluyó a 25 pacientes (16 respondedores pobres). La cohorte de validación n. ° 1 incluyó a 28 pacientes (18 respondedores pobres) y la cohorte de validación n. ° 2 incluyó a 46 pacientes (22 respondedores pobres).

PRINCIPALES RESULTADOS:

La respuesta se correlacionó con la puntuación de reparación de ADN calculada utilizando los niveles de expresión de 8 genes de reparación de ADN. La sensibilidad del puntaje de reparación del ADN, la especificidad, los valores predictivos positivos y negativos se determinaron en las cohortes de prueba y validación.

RESULTADOS:

Los malos respondedores tuvieron puntuaciones de reparación de ADN significativamente más bajas en comparación con los buenos respondedores en las 3 cohortes, independientemente de la plataforma de expresión génica utilizada. Una puntuación baja predijo correctamente una respuesta pobre en el 93%, 90% y 71% en las cohortes de prueba, validación n. ° 1 y validación n. ° 2, respectivamente.

LIMITACIONES:

Pequeño tamaño de la muestra, diferentes plataformas de expresión génica y regímenes de tratamiento en diferentes cohortes utilizadas.

CONCLUSIONES:

La puntuacion basada en genes de reparación del ADN puede predecir los pacientes con respuesta pobre a la radio-quimioterapia. Esta puntuación puede ser una herramienta relevante para investigar en futuros estudios centrados en la radio-quimioterapia utilizada en el contexto de la preservación de órganos. Consulte Video Resumen en http://links.lww.com/DCR/B104. (Traducción—Dr. Xavier Delgadillo and Dr. Laura Melina Fernandez)