Project Funding Details

Problem description: Many aggressive cancers, including high-grade serous ovarian cancers, are characterized by high levels of genomic instability and ensuing cancer heterogeneity. These cancers typically harbor TP53 mutations, and consequently have defective cell cycle control. As a result, these tumors depend on residual cell cycle control, to some extent governed by the Wee1 kinase. The small molecule compound AZD1775 (formerly called MK1775) selectively inhibits Wee1 and was shown to be preferentially cytotoxic in TP53-mutant cancer cells. A phase-2 study in patients with TP53-mutant platinum-resistant ovarian cancer showed impressive tumor responses and long-lasting clinical benefit of AZD1775 in about 50% of the patients (1). These results represent an exciting new avenue, as this approach highlights the first signs of clinical success of drugging cell cycle checkpoint dependence, a hallmark that is shared by many difficult-to-treat cancer types.   Increasingly, it becomes clear that mutation of TP53 is important, but not sufficient to induce sensitivity of cancer cells to Wee1 inhibition. Notably, preclinical and clinical data showed that p53-defective cancers respond heterogeneously to AZD1775 treatment. Thus, other factors determine Wee1 inhibitor sensitivity. Elucidation of these factors, and uncovering the cellular wiring that controls Wee1 activity, can lead to a better use of Wee1 inhibitors in cancer therapy, and may lead to the identification of additional drug targets. Although we previously identified a set of genes that affect Wee1 inhibitor sensitivity in TP53 mutant cancer cells, a comprehensive overview of the genetic factors that promote Wee1 inhibitor sensitivity in ovarian cancers is not available. Understanding why certain patients respond to Wee1 inhibition is essential to be able to select patients with ovarian cancer, as well as tumor types with similar molecular features, that benefit from Wee1 inhibitor treatment.   Research direction & Aim: The overall aim of this consortium project is to identify and validate genetic factors that determine Wee1 inhibitor sensitivity to guide optimal treatment of patients with high-grade ovarian cancer, and tumors with similar molecular characteristics. Specifically, we will:   Characterize Wee1 sensitivity in genetically-characterized, patient-derived models of ovarian cancer. Identify and validate genetic factors that determine Wee1 inhibitor sensitivity using in vitro and in vivo human ovarian cancer models. Uncover pathways that control Wee1 expression and activity in human tumor cells. Genetically characterize patient samples from Wee1 inhibitor clinical trials, and validate previously and newly identified genetic determinants of Wee1 inhibitor sensitivity in patient material and patient-derived ovarian cancer models. Explore the sensitivity of triple-negative breast cancer (TNBC) models for Wee1 inhibition, and determine whether genetic determinants for Wee1 sensitivity also apply to human TNBC models.   Plan of investigation: In this project, we apply diverse parallel approaches to gain insight into the factors that affect the sensitivity of cancer cells to Wee1 inhibitors. To have maximal translational impact, this consortium project will rely substantially on analysis of patient material and patient-derived cancer models. Specifically, we will characterize tumor samples of patients that responded or did not respond to Wee1 inhibition treatment. We will analyze Wee1 inhibitor responses in panels of genetically characterized patient-derived ovarian cancer organoids and xenografts, reflecting the heterogeneous responses observed in patients. The underlying mechanisms of how the identified factors modulate Wee1 inhibitor sensitivity will be studied at the molecular level in established cell lines and in ovarian cancer organoids. We will further use genetic approaches to identify factors that promote or antagonize Wee1 inhibitor sensitivity, and to identify regulators of Wee1 abundance and activity. We will in addition test the potential of combination therapies, and examine if identified genetic factors also affect combination treatment efficacy using patient-derived ex vivo and in vivo models. Finally, we will test the susceptibility to Wee1 inhibitor treatment of TNBC, a tumor subtype that is difficult to threat and highly resembles serous ovarian cancer at the molecular level.   Expected outcome and relevance: The results emerging from this consortium project will provide a better understanding about how Wee1 is regulated in cancer cells, and which genetic factors, beyond TP53, determine cancer cell responses to Wee1 inhibition. Analysis of clinical samples from AZD1775-treated patients will show whether identified genetic factors associate with responses. Combined, the results from this project can be applied to improve patient selection for Wee1 inhibitor treatment of ovarian cancer as well as other cancers with similar molecular characteristics, such as TNBCs.

Achtergrond en probleemstelling: Veel agressieve tumoren, waaronder hooggradige eierstokkanker, vertonen een hoge mate van genoom-instabiliteit. Dit houdt in dat zulke tumorcellen tijdens de celdeling continue veranderingen oplopen in hun DNA, wat bijdraagt aan een grillig tumorgedrag en het ontstaan van ongevoeligheid voor medicamenteuze therapie. Zulke tumoren hebben vaak een mutatie in het p53 gen, wat ervoor zorgt dat de controle op celdeling gedeeltelijk defect is. Dergelijke kankercellen zijn erg afhankelijk van de resterende controle-mechanismen tijdens celdeling. Een belangrijke component in de resterende controle-mechanismen is het Wee1 enzym. Recent is een medicijn ontwikkeld dat Wee1 remt (genaamd AZD1775). Zoals verwacht is deze Wee1 remmer vooral effectief in kankercellen met een p53 mutatie. Onlangs is een Fase-2 studie afgerond in het NKI/AvL, waarin veelbelovende resultaten gezien zijn in patiënten met eierstokkanker die niet meer reageerden op de standaardtherapie. Ongeveer 50% van de patiënten reageerden op deze nieuwe therapie met Wee1 remmer. In toenemende mate beseffen we dat een p53 mutatie wel een rol speelt in de gevoeligheid voor Wee1 remmers, maar dat het niet voldoende is om patiënten alleen op basis van p53 mutatie te selecteren voor behandeling met Wee1 remmer. Uit de klinische studie bleek bijvoorbeeld dat een deel van de tumoren met een p53 mutatie niet reageren op Wee1 remming. Blijkbaar zijn er additionele factoren die bepalen of tumoren gevoelig zijn voor behandeling met een Wee1 remmer. Een beter inzicht in hoe Wee1 gereguleerd wordt, en het systematisch ontrafelen welke gen mutaties ervoor zorgen dat tumorcellen wel of niet gevoelig zijn voor Wee1 remming kan ervoor zorgen dat Wee1 remmers zinvoller ingezet kunnen worden in de behandeling van kanker. Uit eerder onderzoek hebben we al een aantal genen gevonden die de gevoeligheid van tumorcellen voor Wee1 remmer bepalen. Een volledig overzicht ontbreekt echter, en het is ook nog onduidelijk of de reeds ontdekte genen ook de gevoeligheid voor Wee1 remmer in eierstokkanker bepalen. Als we begrijpen waarom sommige tumoren wel of niet gevoelig zijn voor Wee1 remmer, zal dat een betere patiënt selectie mogelijk maken, niet alleen voor eierstokkanker, maar ook voor tumoren met vergelijkbare kenmerken, waaronder triple-negatieve borstkanker.   Onderzoeksrichting: In dit project willen we genen in tumoren identificeren en valideren die de gevoeligheid bepalen voor Wee1 remming, om de behandeling te verbeteren van hooggradige eierstokkanker, en tumoren met vergelijkbare eigenschappen.   Onderzoeksvragen: In dit onderzoeksproject willen we vijf specifieke onderzoeksvragen beantwoorden: Wat is de gevoeligheid voor Wee1 remmer in een panel van eierstokkanker modellen? Welke genetische factoren bepalen of eierstokkanker cellen gevoelig of resistent zijn voor behandeling met Wee1 remmer? Welke cellulaire signaleringsroutes bepalen de aanwezigheid en activiteit van het Wee1 kinase in tumorcellen? Zijn de geïdentificeerde genen geassocieerd met Wee1 gevoeligheid in tumorsamples of tumorstamcelkweken (organoïden) van patienten met eierstokkanker? Zijn triple-negatieve borstkankers (TNBC) ook gevoelig voor Wee1 remming, en spelen de geïdentificeerde genen ook in TNBC een rol?   Onderzoeksopzet: In dit consortium project willen we ophelderen welke genetische afwijkingen bepalen of tumoren gevoelig of resistent zijn voor behandeling met een Wee1 remmer. We zijn ervan overtuigd dat Wee1 remming een veelbelovende therapeutische optie is, en dat significante vooruitgang alleen te boeken is wanneer we gebruik maken van patiënt samples en experimentele modellen die afgeleid zijn uit patiënt samples. Dit consortium bevindt zich in de unieke positie om dit te doen vanwege een aantal redenen: Allereerst is er binnen dit consortium een unieke complementaire expertise, en de beschikking over een gecombineerde biobank opgezet met experimentele modellen die afgeleid zijn van patiëntmateriaal: organoïden en zogenaamde patient-derived xenografts (PDX-modellen). Deze biobank maakt het mogelijk de variëteit in tumoreigenschappen van eierstokkanker te incorporeren, iets dat niet lukt met één enkel experimenteel model. In dit panel eierstokkanker modellen zal de gevoeligheid voor Wee1 remmer worden bepaald, en zal gekeken worden of de gevoeligheid samenhangt van specifieke tumoreigenschappen. Ook zal worden gekeken of de reeds geïdentificeerde genen samenhangen met gevoeligheid voor Wee1 remming. Daarnaast is in dit consortium een unieke methode ontwikkeld, die het mogelijk maakt om genoom-breed genen te identificeren die de aanwezigheid en de activiteit van Wee1 beïnvloeden. Deze methode zal voor het eerst inzichtelijk maken hoe Wee1 gecontroleerd wordt, en er zal onderzocht worden of de geïdentificeerde mechanismen ook de variatie in Wee1 in tumor samples bepaald. We zullen trachten nieuwe factoren te identificeren die bepalen of tumorcellen gevoelig of ongevoelig zijn vaar Wee1 remming. Niet alleen zullen we ons hierbij richten op gen-defecten, maar ook op genen die hyperactief zijn.  Tenslotte zullen we onderzoeken of tumoren met vergelijkbare kenmerken als hooggradig eierstokkanker ook gevoelig zijn voor Wee1 remmers. Binnen dit project richten we ons daarom ook op het ‘triple-negatief’ mammacarcinoom. Patiënten met triple-negatieve borstkanker komen niet in aanmerking voor hormonale behandeling en hebben als groep een slechtere prognose vergeleken met andere borstkanker patiënten. Omdat triple-negatieve borstkanker sterke gelijkenis vertonen met hooggradige eierstokkanker op moleculair niveau, zullen we onderzoeken of deze tumoren ook gevoelig zijn voor Wee1 remming, en of de geïdentificeerde genen ook bij deze tumoren een rol spelen in de Wee1 remmer gevoeligheid.   In dit project verwachten we belangrijke kennis te verkrijgen over hoe Wee1 gereguleerd wordt, en welke genetische factoren de gevoeligheid voor Wee1 remmers bepalen. We verwachten dat deze kennis bij zal dragen aan een verbetering van de patiënt selectie voor Wee1 remmers, niet alleen voor patiënten met eierstokkanker, maar ook voor patiënten met tumoren met vergelijkbare eigenschappen, zoals triple-negatieve borstkanker. Omdat de betrokken onderzoekers in dit consortium s betrokken zijn bij de klinische studies met Wee1 remmer, is de verwachting dat de opgedane kennis vertaalt en geïmplementeerd kan worden naar de kliniek.