title: Entschlüsselung der metastatischen Evolution von Urothelkarzinomen - Proteom- und Transkriptom-Profilierung zur Ermittlung von Therapieresistenzmechanismen
Creators: name: Eckstein, Markus
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2025
Subjects: subject: Urothelial cancer, metastasis, immunology, immunotherapy, tumor evolution

description: Hintergrund und Ziele: Die metastatische Evolution des Urothelkarzinoms, die zu klonaler Heterogenität durch den Erwerb verschiedener neuer (Treiber-)Veränderungen bzw. Veränderungen der Tumormikroumgebung führt ist ein aktueller Forschungsschwerpunktes des Feldes. Zahlreiche bisherige Arbeiten indizieren eine erhebliche molekulare Heterogenität und Evolution zwischen Primärtumoren und Fernmetastasen, die einerseits intrinsisch aber auch extrinsisch (z.B. Therapiedruck) angetrieben wird. In aktuellen klinischen und translationalen Studien wird der metastatischen Evolution häufig allerdings wenig Beachtung geschenkt, und in der Regel werden für die Bestimmung „präzisiononkologischer“ Biomarker innerhalb dieser Studien Primärtumorproben verwendet, die den aktuellen molekularen und genetischen Krankheitsstatus nur inadäquat widerspiegeln. Diese Verzerrung erklärt möglicherweise auch die eingeschränkte Wertigkeit von Biomarkern, die in anderen Tumorentitäten bereits standardmäßig für die Therapieprädiktion eingesetzt werden (z.B. molekulare Subtypen beim Brustkrebs, PD-L1 bei Lungenkrebs). Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher gewesen, besser zu verstehen, wie sich bestimmte Tumoreigenschaften während der Metastasierung verändern, insbesondere das immunologische Microenvironment, molekluare Subypten und die Expression von wichtigen Oberflächenmolekülen wie NECTIN-4; und wie die Veränderungen dieser biologischen Faktoren das Ansprechen auf Immuntherapien, Chemotherapien und neue smarte Chemotherapien (Antikörper- Drug-Konjugate) beeinflussen. Patienten und Methoden: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden metastatische Gewebeproben von 154 Patienten mit metastasiertem Urothelkarzinom (bei 138 Patienten mit verfügbaren gematchten Primärtumoren und Fernmetastasen) untersucht. Mittels verschiedener Untersuchungstechnologien (Immunhistochemie, räumliche Proteomik, RNAseq) wurden die gematchten Gewebeproben auf Veränderungen ihrer immunologischen Mikroumgebungen (inkl. wichtiger Immuncheckpointproteine wie PDL1), ihrer molekularen Subtypen und ihres NECTIN-4 Oberflächenproteinexpressionsstatus untersucht. Zusätzlich wurde eine Kohorte von n=47 Patienten auf den NECTIN-4 Oberflächenexpressionsstatus untersucht, die mit dem gegen NECTIN-4 gerichteten Antikörper-Drug-Konjugat Enfortumab Vedotin behandelt wurden. Die Analyseresultate wurden mit Ansprechraten und dem Outcome der Patienten unter Chemotherapie, Immuntherapie und unter Enfortumab Vedotin korreliert. Ergebnisse und Beobachtungen: Das immunologische Microenvironment inklusive der Expression von PD-L1 auf Tumor- und Immunzellen unterscheidet sich deutlich zwischen gematchten Primärtumoren und Fernmetastasen. Während der immunologische Primärtumorstatus für das Ansprechen auf moderne Immuntherapien und Chemotherapien weder prädiktiv noch prognostisch ist, ist der immunologische Status der Metastase für das Ansprechen und für Langzeiterfolge unter Chemotherapie und Immuntherapie entscheidend. Korrespondierend dazu konnten wir beobachten, dass basale und luminale molekulare Tumorzellsubtypen/Lininedifferenzierungen während der metastatischen Evolution stabil bleiben, aber die Tumore ihre Mikroumgebung (z.B. das tumorassoziierte Bindegewebe oder das immunologische Microenvironment) in Fernmetastasen stark remodellieren. Ebenso unterliegt auch der Expressionsstatus des Oberflächenmarkers NECTIN-4 (Zelladhäsionsmolekül) einer relevanten Dynamik während der metastatischen Evolution (Reduktion), und ist, wenn er an Metastasen bestimmt wird, im Falle einer starken membranären Expression positiv prädiktiv für gute Ansprechraten und lange Ansprechdauern auf Enfortumab Vedotin. Schlussfolgerungen und Diskussion: Biologische Kerneigenschaften wie die immunologische Mikroumgebung und die Oberflächenexpression von Angriffspunkten für moderne Antikörper-Drugkonjugate wie NECTIN-4 verändern sich während der metastatischen Evolution substantiell, während molekulare Kerneigenschaften wie die molekulare Liniendifferenzierung (molekulare Tumorzellsubtypen) relativ stabil bleiben. Die hoch dynamische Veränderung immunologischer Eigenschaften und der Expression von NECTIN-4 in Fernmetastasen korreliert zudem stark mit dem Ansprechen auf Immuntherapien und Enfortumab Vedotin. Wir schlussfolgern daher, dass die Bestimmung präzisionsonkologischer Biomarker, insbesondere, wenn es sich dabei um Marker der Zell-Zell-Interaktion handelt, in Fernmetastasengewebe bestimmt werden sollte, und nicht in wenig repräsentativem Primärtumormaterial. Unsere vorliegenden Ergebnisse müssen allerdings in Zukunft prospektiv validiert werden.
description: Background and Objectives: The metastatic evolution of urothelial carcinoma, leading to clonal heterogeneity through the acquisition of various new (driver) alterations or changes in the tumor microenvironment, is a current research focus of the field. Numerous previous studies indicated a significant molecular heterogeneity and evolution between primary tumors and distant metastases, driven both intrinsically and extrinsically (e.g., by therapy pressure). In current clinical and translational studies, however, the metastatic evolution is often given little attention, and primary tumor samples are typically used to determine "precision oncology" biomarkers, what inadequately reflects the current molecular and genetic disease status. This may also explain the limited value of biomarkers that are already routinely used for therapy prediction in other tumor entities (e.g., molecular subtypes in breast cancer, PD-L1 in lung cancer). Therefore, the aim of this study was to better understand how certain tumor characteristics change during metastasis, especially the immunological microenvironment, molecular subtypes, and the expression of important surface molecules like NECTIN-4; and how changes in these biological factors influence the response to immunotherapies, chemotherapies, and new smart chemotherapies (antibody-drug conjugates). Patients and Methods: In the context of this study, metastatic tissue samples from 154 patients with metastatic urothelial carcinoma (with 138 patients having available matched primary tumors and distant metastases) were examined. Using various examination technologies (immunohistochemistry, spatial proteomics, RNAseq), the matched tissue samples were examined for changes in their immunological environments (including important immune checkpoint proteins like PD-L1), their molecular subtypes, and their NECTIN-4 surface protein expression status. Additionally, a cohort of n=47 patients was examined for the NECTIN-4 surface expression status, who were treated with the anti- NECTIN-4 antibody-drug conjugate Enfortumab Vedotin. The analysis results were correlated with response rates and patient outcomes under chemotherapy, immunotherapy, and Enfortumab Vedotin. Results and Observations: The immunological microenvironment, including the expression of PD-L1 on tumor and immune cells, differs significantly between matched primary tumors and distant metastases. While the immunological status of the primary tumor is neither predictive nor prognostic for the response to modern immunotherapies and chemotherapies, the immunological status of the metastasis is crucial for the response and long-term success under chemotherapy and immunotherapy. Correspondingly, we observed that basal and luminal molecular tumor cell subtypes/line differentiations remain stable during metastatic evolution, but the tumors strongly remodel their microenvironment (e.g., the tumor-associated connective tissue or the immunological microenvironment) in distant metastases. Similarly, the expression status of the surface marker NECTIN-4 (cell adhesion molecule) undergoes relevant dynamics during the metastatic evolution (reduction), and, when determined on metastases, is positively predictive of good response rates and long durations of response to Enfortumab Vedotin in case of strong membranous expression. Conclusions and Discussion: Biological core properties such as the immunological microenvironment and the surface expression of targets for modern antibody-drug conjugates like NECTIN-4 change substantially during the metastatic evolution, while molecular core properties such as molecular lineage differentiation (molecular tumor cell subtypes) remain relatively stable. The highly dynamic change in immunological properties and the expression of NECTIN-4 in distant metastases correlates strongly with the response to immunotherapies and Enfortumab Vedotin. Therefore, we conclude that the determination of precision oncological biomarkers, especially when it comes to markers of cell-cell interaction, should be made in distant metastasis tissue, and not in less representative primary tumor material. However, our current results must be prospectively validated in the future.