EGFR and BRAF fusion as a novel mechanism of resistance to lazertinib, 3rd-generation EGFR-TKI, in EGFR-mutant NSCLC

Abstract

EGFR-TKI is an established first-line therapy for NSCLC with activating EGFR mutations. Lazertinib (YH25448), 3rd-generation EGFR-TKI, has been reported as an outstanding drug that had similar efficacy as osimertinib which was investigated as a first-in-class drug. Apart from its significant clinical benefits, it inevitably triggers an acquired drug resistance. Diverse resistance mechanisms to 3rd-generation EGFR TKI have been reported including loss of EGFR T790M, acquirement of EGFR C797S mutation, Met amplification, activation of other bypass pathway. However, a large part of the resistance mechanisms remains unknown so far. To explore the mechanism of resistance to lazertinib, I established lazertinib-resistant cell lines with four NSCLC cells including the patient-derived cell line (PDC), patient-derived tumor xenograft cell line (PDTC) and ATCC cell lines. I found that the EGFR/BRAF fusion mRNA and protein were specifically upregulated in an established lazertinib-resistant cell line. Consistently, I detected the EGFR/BRAF fusion gene expression in patient-derived xenografts obtained from patients who experienced acquired resistance to lazertinib. Most notably, combination treatment of lazertinib and MEK inhibitor obviously overcame lazertinib-acquired resistance with EGFR/BRAF fusion in vitro and in vivo. These findings indicate that the combination therapy of EGFR and MEK inhibitors might be a promising therapeutic option for overcoming lazertinib-acquired resistant NSCLC patients with EGFR/BRAF fusion gene in clinic.

전 세계적으로 폐암은 암 관련 사망의 주요 원인 중 하나입니다. 비소 세포 폐암 (NSCLC) 중에서 표피 성장 인자 수용체 (EGFR) 돌연변이는 폐암 원인의 상당 부분을 차지합니다. 이에 따라 EGFR 돌연변이를 갖는 NSCLC 환자에서 moleculartargeted therapy 인 EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKIs) 에 대한 연구가 활발해졌습니다. EGFR TKI 는 EGFR 돌연변이를 활성화하는 NSCLC 에 대해 확립된 first-line therapy 입니다. NSCLC 에서 EGFR 돌연변이의 약 85 %를 차지하는 Exon 19 deletion 과 Exon 21 missense mutation (L858R) 은 1 세대 및 2 세대 EGFR TKI 에 반응합니다. 초기의 좋은 치료효과에도 불구하고 대부분의 환자는 치료 9-13 개월 후 불가피하게 disease progression 이 진행되게 됩니다. 환자의 약 50-60 %는 1 세대 및 2 세대 EGFR TKI 에 대한 후천적 내성 기전으로써 T790M 돌연변이를 갖게 되며, 이에 따라 3 세대 EGFR TKI 가 T790M 돌연변이 NSCLC 을 타겟 하여 개발되었습니다. Lazertinib 은 3 세대 EGFR TKI 중 하나이며 T790M 내성 돌연변이로 활성화된 EGFR 을 선택적으로 차단합니다. 또한 Lazertinib 은 임상 I / II 상 dose-escalation 연구에서 훌륭한 치료효과를 보였고, 현재 EGFR 돌연변이를 갖는 locally advanced 혹은 metastatic NSCLC 환자에서 first-line treatment 로써의 lazertinib 의 효능과 안전성을 평가하기 위해 진행중인 임상 3 상 연구가 진행 중입니다. Lazertinib 은 임상에서 뛰어난 효과를 보였지만 필연적으로 다른 EGFR TKI와 마찬가지로 내성을 갖게 될 것입니다. Lazertinib 에 대한 내성 기전을 조사하기 위해, 6 개월 이상의 기간 동안 ATCC, PDC, PDX cell line 에서 lazertinib 에 대한 내성 세포주를 만들었습니다. 기존의 세포주와 비교하여 만들어진 내성세포주(YH1R)에서 새로이 생기는 genetic level, molecular level, drug screening 의 세가지 측면에서 연구를 진행하였습니다. 그 결과 RNA-seq 분석을 통해 genetic alteration, gene expression level 을 확인하는 과정에서 타겟을 발굴하였습니다. PC9GR_YH1R 세포주에서 새로운 EGFR / BRAF fusion transcript 를 발견하였고, EGFR / BRAF fusion mRNA 및 protein 이 lazertinib 내성 세포주에서 특이적으로 발현되었습니다. 흥미롭게도 EGFR / BRAF fusion gene 이 lazertinib 에 대한 내성을 갖는 환자로부터 얻은 환자 유래 샘플(PDTX)에서 또한 발견되었습니다. 마지막으로 lazertinib 과 MEK inhibitor 의 병용 치료가 EGFR/BRAF fusion 을 갖는 lazertinib resistant model 에서 resistant 를 극복할 수 있다는 것을 in vitro 및 in vivo study 를 통해 증명하였습니다. 본 연구를 통해 lazertinib 에 대한 후천적 내성을 가진 NSCLC 세포에서 lazertinib 의 내성기전으로서 새로운 EGFR / BRAF fusion gene 을 발견했습니다. 또한 lazertinib 으로 획득한 내성 NSCLC model 에서 강력한 항 종양 효과를 보여준 lazertinib 과 trametinib 의 병용 치료를 제시합니다. 이러한 발견은 EGFR 과 MEK inhibitor 의 병용 요법이 임상에서 lazertinib 에 의한 내성을 갖는 NSCLC 환자를 위한 유망한 치료 옵션 일 수 있음을 나타냅니다.