RAS RAF MEK ERK Der MAPK-Signalweg. Übersicht Der MAPK-Signalweg: –Übersicht...

RAS

RAF

MEK

ERK

Der MAPK-Signalweg

Übersicht• Der MAPK-Signalweg:

– Übersicht– Signaltransduktion

• Dysregulierter MAPK-Signalweg– Bei Tumorkrankungen allgemein– Beim Melanom

• BRAF-Inhibition beim Melanom mit BRAFV600-Mutation• Resistenzmechanismen gegen die BRAF-Inhibition beim Melanom mit

BRAFV600-Mutation– Mechanismen der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs– Resistenzmechanismen gegen BRAF-Inhibitoren unabhängig von

der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs• Paradoxe Aktivierung des MAPK-Signalwegs durch BRAF-Inhibitoren• Kombination aus BRAF- und MEK-Inhibitoren beim metastasierten

Melanom• Glossar

2

MAPK-Signalweg: Übersicht

1. Robinson MJ, Cobb MH. Curr Opin Cell Biol 1997;9:180–6; 2. McCubrey JA, et al. Biochim Biophys Acta 2007;1773:1263–84; 3. Dhillon AS et al. Oncogene 2007;26(22):3279–90; 4. Zhang W, Liu HT. Cell Res 2002;12(1):9–18; 5. Yoon S, Seger R. Growth Factors 2006;24:21–44; 6. Wellbrock C et al. Nat Rev Mol Cell Biol 2004;5(11):875–85.

Durch die MAPK-Signalkaskade werden extrazelluläre Signale an intrazelluläre Effektoren übermittelt1,2

Der ERK-Signalweg ist der bei Säugetieren der meist untersuchte MAPK-Signalweg und spielt insbesondere bei Tumorerkrankungen eine wichtige Rolle3,4

Die wichtigsten signalübermittelnden Komponenten des MAPK-Signalwegs sind RAS, RAF, MEK, ERK1-3

Bindung des Wachstumsfaktors

Überleben Proliferation

RTK

Grb2

SOSNormale Zellen

Extrazelluläre Wachstumsfaktoren aktivieren Rezeptortyrosinkinasen (RTKs)2–4

Aktivierung des MAPK-Signalwegs über sequenzielle Aktivierung von RAS, RAF, MEK

und ERK (vermittelt durch Phosphorylierung) 2–4

Das aktivierte ERK reguliert wesentliche Zellfunktionen, einschließlich:2–6 • Wachstum, Proliferation und Migration von

Zellen• Zellzyklusprogression,

Apoptose/Überleben oder Differenzierung3

Der MAPK-Signalweg: Signaltransduktion

1. Durch die Bindung eines z.B. Wachstumsfaktors an RTK wird eine Phosphorylierung der intrazellulären Rezeptordomäne ausgelöst1,2

2. Dadurch entsteht eine Bindungsstelle für GRB2 und durch dessen Bindung an aktivierte Rezeptoren wird SOS zur Plasmamembran rekrutiert1,2

3. SOS bindet daraufhin membrangebundene RAS-Proteine, die an der inneren Oberfläche der Membran verankert sind, und stimuliert den Austausch von GDP gegen GTP > aktiver RAS-GTP-Komplex2,3

4. Aktives GTP-gebundenes RAS bewirkt Konformationsänderungen von RAF, die dessen Dimerisierung und Rekrutierung vom Zytosol zur Plasmamembran ermöglichen3,4

Initiiert durch verschiedene extrazelluläre Substanzen durch die Aktivierung von RTKs oder G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, führt zur Aktivierung von RAS-

Kinasen1

41. Wolf I, Seger R. Isr Med Assoc J 2002;4(8):641–7; 2. Hwang D, Rhee SH. Am J Clin Nutr 1999;70(4):545–56; 3. Wellbrock C et al. Nat Rev Mol Cell Biol 2004;5(11):875–85; 4. Cantwell-Dorris ER et al. Mol Cancer Ther 2011;10:385–94.

(1)

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(4)

Grb2

SOS

RAF

MEK

ERK

RAS

Ligand:WachstumsfaktorenHormone Neurotransmitter1

RTK

Der MAPK-Signalweg: Signaltransduktion

5. Die RAS-vermittelte Rekrutierung von RAF zur Membran begünstigt Phosphorylierungsänderungen bei RAF, die dessen Serin-/Threoninkinasedomäne aktivieren2

6. Aktiviertes RAF phosphoryliert und aktiviert MEK1 und MEK2 (dualspezifische Proteinkinasen)2–9

7. Aktiviertes MEK1 und MEK2 aktivieren ERK1 und ERK2 (Serin-/Threoninkinasen)2–9

8. ERK1 und ERK2 regulieren Wachstumsfaktor-responsive Zielmoleküle und Transkriptionsfaktoren,4,7–9 so dass letztlich eine Wachstumsfaktor-abhängige Regulation von Transkription, Metabolismus und zytoskelettalem Rearrangement erfolgen kann7

RAS aktiviert ein konserviertes dreistufiges Kinase-Signalmodul bestehend aus RAF, MEK und ERK,

die durch sequenzielle aktivierende Phosphorylierungsereignisse das Signal übertragen2,3

51. Wolf I, Seger R. Isr Med Assoc J 2002;4(8):641–7; 2. Cantwell-Dorris ER et al. Mol Cancer Ther 2011;10:385–94; 3. Dhillon AS et al. Oncogene 2007 ;26(22):3279–90; 4. Michaloglou C et al. Oncogene 2008;27:877–95; 5. Sharma A et al. Cancer Res 2005;65:2412–21; 6. Cseh B et al. FEBS Lett 2014;588:2398-406; 7. Wellbrock C et al. Nat Rev Mol Cell Biol 2004;5(11):875–85; 8. Schulze A et al. Mol Biol Cell 2004;15:3450–63; 9. Roskoski R, Jr. Pharmacol Res 2012;66:105–43; 10. Jilaveanu LB et al. Clin Cancer Res 2009; 15(18):5704–13.


(1)

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(3)

(4)

RTK

Grb2

SOS

RAF

MEK

ERK

(5)

(6)

PP

P P

(7)

(8)

RAS

Zytoplasmatische, zytoskelettale und nukleäre

Zielstrukturen

• Es gibt drei Isoformen von RAF: ARAF, BRAF und CRAF2,4,7

• Die Isoformen von RAF haben unterschiedliche Funktionen und eine unterschiedliche zelluläre Verteilung6,10

• BRAF ist der stärkste MEK-Aktivator aller drei Isoformen10

(1)

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Grb2

SOS

BRAF

MEK

ERK

(5)

(6) P

P

P P

(7)

(8)

RAS

Dysregulierter MAPK-Signalweg bei Tumoren

• Schätzungen zufolge ist der RAS/BRAF/MEK/ERK-Signalweg bei 30 % aller Tumorarten mutiert2

• Mutationen des BRAF-Gens finden sich bei rund 8 % aller Tumorarten3

• Eine fehlregulierte ERK-Aktivierung kann Proliferation, Migration, Überleben und Invasion von Zellen sowie Metastasen begünstigen4,5

Eine Fehlregulation der MAPK-Signalübertragung wird mit mehreren Tumorarten in Verbindung gebracht2,4,5

BRAF-MutationMelanom, Schilddrüsen- und Kolorektalkarzinom6,9

MEK-MutationMelanom13

RAS-MutationPankreas-, Schilddrüsen-, Bronchial-, Leber-, Blasen-, Nieren- und Kolorektalkarzinom, AML, MDS und Melanom6–8

Rezeptorveränderungen (z. B. Genamplifikation und darauf folgende Überexpression und aktivierende Mutationen)6,10–12

61. Wolf I, Seger R. Isr Med Assoc J 2002;4(8):641–7; 2. Garnett M, Marais R. Cancer Cell 2004;6:313–9; 3. Holderfield M et al. Nat Rev Cancer 2014;14(7):455–67; 4. Smalley KS. Int J Cancer 2003;104(5):527–32; 5. .Inamdar GS et al. Biochem Pharmacol 2010;80(5):624–37; 6. Dhillon AS et al. Oncogene 2007;26:3279–90; 7. Pylayeva-Gupta Y, et al. Nature Rev Cancer 2011;11:761–72; 8. Prenen H et al. Clin Cancer Res 2010;16(11):2921–6; 9. Rahman MA, et al. Exp Mol Pathol 2013;95:336–42; 10. Peters S, Adjei AA. Nature Rev Clin Oncol 2012;9:314–26; 11. Christensen JG et al. Cancer Lett 2005;225(1):1–26; 12. Yewale C, et al. Biomaterials 2013;34:8690–707; 13. Emery CM et al. Proc Natl Acad Sco USA 2009;106:20411–6.

Zytoplasmatische, zytoskelettale und nukleäre

Zielstrukturen


RTK

Fehlregulierter MAPK-Signalweg beim Melanom: BRAF-Mutationen• BRAF-Mutationen finden sich in ~40–67 % aller Melanome1–5; diese Zahl ist

höher als bei anderen Tumorarten1

• Dies könnte mit der Rolle von BRAF in Melanozyten zusammenhängen1

– Das Vorliegen von BRAF-Mutationen ist mit einer schlechten Prognose assoziiert6,7

• Bei Melanomen mit BRAF-Mutation ist die häufigste Mutation die Substitution eines einzelnen Nukleotids, bei der Valin (V) in Codon 600 durch Glutaminsäure (E) ersetzt wird (V600E). Dies wird in 92 % der Fälle beobachtet1

– V600K-, V600R- oder V600D-Substitutionen treten an dieser Stelle deutlich seltener auf8

• BRAFV600-Mutationen verleihen BRAF eine unabhängige, konstitutive Kinaseaktivität, ohne dass es durch GTP-gebundenes RAS zur Plasmamembran rekrutiert werden muss1,9–11

1. Davies H et al. Nature 2002;417:949–54; 2. Shinozaki M et al.Clin Cancer Res 2004;10:1753–57; 3. Libra M et al. Cell Cycle 2005;4:1382–84; 4. Omholt K et al. Clin Cancer Res 2003;9:6483–88; 5. Maldonado JL et al. J Natl Cancer Inst 2003;95:1878–90; 6. Long GV et al. J Clin Oncol. 2011;29(10):1239–46; 7. Mann GJ et al. J Invest Dermatol 2013;133(2):509–17; 8. Heinzerling L et al. Br J Cancer 2013;108(10):2164–71; 9. Cantwell-Dorris ER et al. Mol Cancer Ther 2011;10:385–94; 10. Wan PT et al. Cell 2004;116:855–67; 11. Mercer KE, Pritchard CA. Biochim Biophys Acta 2003;1653:25–40.

7

GlutaminsäureAsparaginsäureLysinArginin

Konservierte Regionen („conserved regions“, CR)Ras-bindende Domäne („RAS-binding domain“, RBD)Zystein-reiche Domäne („cysteine-rich domain“, CRD)

N-RegionATP-bindende DomäneAktivierungssegment

Substitution von Valin durch:

Fehlregulierter MAPK-Signalweg beim Melanom: BRAF-Mutationen

• Eine hohe Frequenz von BRAF-Mutationen wurde bei benignen Nävi, primären Melanomen und Metastasen identifiziert, was darauf schließen lässt, dass diese Veränderungen zur Tumorprogression beitragen2–6

• Die Onkogenität von BRAFV600E wurde in zahlreichen Mausmodellen für verschiedene Krebsarten bestätigt7

• Eine Signalübertragung durch onkogenes BRAFV600E war assoziiert mit erhöhter und unkontrollierter Zellproliferation und Apoptoseresistenz in Melanomzelllinien und humanen Melanozyten, vermittelt durch die Regulation des Transkriptionsfaktors MITF8

• Die BRAFV600-Mutation spielt bei verschiedenen der Tumorgenese des Melanoms zugrunde liegenden Mechanismen eine Rolle.9–11 Die meisten hiervon sind mit der fehlregulierten, von vorgeschalteten Ereignissen des MAPK-Signalwegs unabhängigen Aktivierung von MEK1 und MEK2 verbunden9,12,13

BRAFV600-Mutationen sind ein maßgeblicher Onkogenitätsfaktor beim Melanom1,10

1. Wang AX, Qi XY. Life. 2013;65:748–58; 2. Shinozaki M et al.Clin Cancer Res 2004;10:1753–57; 3. Libra M et al. Cell Cycle 2005;4:1382–84; 4. Pollock PM et al. Nat Genet 2003;33:19–20; 5. Uribe P et al. Am J Dermatopathol 2003;25:365–70; 6. Kumar R et al. J Invest Dermatol 2004;122:342–48; 7. Holderfield M et al. Nat Rev Cancer. 2014 ;14(7):455–67; 8. Wellbrock C et al. PLoSOne 2008;3(7):e2734; 9. Cantwell-Dorris ER et al. Mol Cancer Ther 2011;10:385–94; 10. Davies H et al. Nature 2002;417:949–54; 11. Gray-Schopfer VC et al. Cancer Metastasis Rev 2005;24:165–83; 12. Michaloglou C et al. Oncogene 2008;27:877–95; 13. Sharma A et al. Cancer Res 2005;65:2412–21.

8

RTK

BRAF

MEK

ERK

RAS

Bei aktivierenden BRAF-Mutationen ist keine Wachstumsfaktor-aktivierung erforderlich10

Neben BRAF-Mutationen führen auch Rezeptorveränderungen zu einer Fehlregulation der MAPK-Signalübertragung beim Melanom • Der MAPK-Signalweg wird primär durch Mutationen der BRAF- und

RAS-Gene aktiviert. Bei Melanomen, die diese Mutationen nicht aufweisen,1 können Melanomwachstum, -invasion und/oder -metastasen auf folgendes zurückzuführen sein:

– Überexpression,2,3 chromosomale Zugewinne4 und aktivierende Mutationen von cMET, einem Rezeptor für den Hepatozyten-Wachstumsfaktor (HGF)5

– Überexpression des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR), verbunden mit chromosomalen Zugewinnen6

– Expressionsänderungen, Mutation und Aktivierung mehrerer anderer RTKs7,8

91. Inamdar GS et al. Biochem Pharmacol 2010;80(5):624–37; 2. Natali PG et al. Br J Cancer 1993;68:746–50; 3. Cruz J et al. Oncology 2003;65:72–82; 4. VanBrocklin et al. Pigment Cell Melanoma Res 2009;22(4):454–60; 5. Puri N et al. Clin Cancer Res 2007;13:2246–53; 6. Bastian BC et al. Cancer Res 1998;58:2170–75; 7. Easty DJ et al. Pigment Cell Melanoma Res 2011;24(3):446–61; 8. Schlegel J et al. J Clin Invest 2013;123(5):2257–67.

Neben BRAF-Mutationen führen auch MEK-Mutationen zu einer Fehlregulation der MAPK-Signalübertragung beim Melanom• MEK-Mutationen sind bei humanen Tumorarten selten1

• Die Inzidenz somatischer MEK-Mutationen beim humanen Melanom ist niedrig (3–8 %)2,3

• Einige MEK-Mutationen bewirken eine konstitutive Phosphorylierung von ERK3 und können zur Resistenz gegen die BRAF-Inhibition führen4,5

• MEK-Inhibitoren haben sich bei Melanompatienten mit BRAFV600-Mutation als wirksame Therapiestrategie erwiesen6,7

• Allerdings können Mutationen von MEK14,5,8 und MEK23 auch mit einer Resistenz gegen die MEK-Inhibition verbunden sein

101. Wangari-Talbot J, Chen S. Front Genet. 2013;3:330; 2. Murugan AK et al. Cell Cycle. 2009 ; 8(13):2122–4; 3. Nikolaev SI et al. Nat Genet 2011; 44(2):133–9; 4. Wagle N et al. J Clin Oncol 2011;29:3085–96; 5. Emery CM et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2009;106:20411–16; 6. Gilmartin AG, et al. Clin Cancer Res. 2011; 17(5):989–1000; 7. Kim K. Et al J Clin Oncol 2013;31(4):482-9. 8. Trunzer K et al. J Clin Oncol 2013;31(14):1767–74.

Neben BRAF-Mutationen führen auch RAS-Mutationen zu einer Fehlregulation der MAPK-Signalübertragung beim Melanom • Bestimmte Isoformen von RAS sind bei bestimmten Tumorarten besonders häufig

mutiert1

• Die meisten RAS-Mutationen bei Melanomen sind NRAS-Mutationen2,3 – konstitutiv aktivierende Mutationen bei NRAS finden sich bei 15–25 % der metastasierten Melanome4

– KRAS-und HRAS-Mutationen werden nur selten festgestellt und haben in der Regel nur eine schwache onkogene Wirkung beim Melanom2

• Onkogene RAS-Mutationen führen zur Stabilisierung der GTP-Bindung und zur konstitutiven Aktivierung von RAS und den nachgeschalteten Kinasen5

• Der NRAS-Mutationsstatus hat sich als unabhängiger Prädiktor für ein kürzeres Überleben nach Diagnose eines Melanoms im Stadium IV erwiesen6

• Alle Versuche, Moleküle zu entwickeln, die auf die biologische Aktivität von mutiertem RAS einwirken, waren bislang erfolglos7

1. Castellano E, Santos E. Genes Cancer 2011;2(3):216–31; 2. Platz A et al. Mol Oncol 2008;1(4):395–405; 3. Tsao H et al. Genes Dev 2012;26(11):1131–55; 4. Thumar J et al. Mol Cancer 2014;13:45; 5. Samatar AA, Poulikakos PI. Nat Rev Drug Discov 2014;13(12):928–42; 6. Jakob JA et al. Cancer 2012;118(16):4014–23; 7. Gysin S et al. Genes Cancer 2011;2(3):359–72; 8. Prior IA et al. Cancer Res 2012;72(10):2457–67.

11

Schematische Darstellung der Isoformen des RAS-Proteins und häufiger Mutationen. Die wichtigsten onkogenen Mutationen befinden sich in der Region, die bei den 3 Isoformen identisch ist. Nahezu alle der 44 Punktmutationen, die bei den Isoformen von RAS beschrieben wurden, treten in den Codons 12, 13 und 61 auf.8

Sequenzidentität der Isoformen Funktionelle Domänen

Häufige Mutationen

Mg2+/Nukleotidbindung

Effektorbindung

Membranbindung/-trafficking

BRAF-Inhibition beim Melanom mit BRAFV600-Mutation

• Tumoranalysen bei Patienten mit metastasiertem Melanom, die im Rahmen einer klinischen Phase-I-Studie mit einem BRAF-Inhibitor (BRAFi) behandelt wurden, haben gezeigt, dass Melanome mit BRAFV600-Mutation sehr stark von der Aktivierung des MAPK-Signalwegs abhängig sind

• Eine Inhibition von mehr als 80 % der ERK-Phosphorylierung/Kinaseaktivität korrelierte mit einem klinischen Ansprechen1

• In klinischen Phase-III-Studien zeigte eine Behandlung mit einer BRAFi-Monotherapie im Vergleich zu konventioneller Chemotherapie bei zuvor unbehandelten Patienten mit nicht resezierbarem, lokal fortgeschrittenem oder metastasiertem Melanom mit BRAFV600-Mutation:2,3

• Eine feststellbare Antitumoraktivität2,3 • Einen verbesserten klinischen Nutzen

bezüglich RR, PFS2,3 und OS2

• BRAFi hat nur bei Melanompatienten mit BRAFV600-Mutation einen klinischen Nutzen4,5

1. Bollag G et al. Nature 2010;467(7315):596–9; 2. Chapman PB et al. N Engl J Med 2011;364:2507–16; 3. Hauschild A et al. Lancet 2012;380:358–65; 4. Joseph EW et al. Proc Natl Acad Sci US A 2010;107(33):14903–8; 5. Flaherty KT et al. N Engl J Med 2010;363(9):809–19.

12

RTK

BRAF

MEK

ERK

RAS

Blockierung des Signalwegs mit einem BRAFi

Bei aktivierenden BRAF-Mutationen ist keine Wachstumsfaktor-aktivierung erforderlich

Resistenzmechanismen gegen BRAFi beim Melanom mit BRAFV600-Mutation

• Letztendlich entwickelt sich bei Melanompatienten mit BRAFV600-Mutation eine Resistenz, die zur Krankheitsprogression führt1–3

• Resistenzmechanismen4–6

1. Reaktivierung des MAPK-Signalwegs2. Erhöhte Signalübertragung durch den

PI3K/AKT-Signalweg

Eine Reaktivierung des MAPK-Signalwegs wird in 70 % der BRAFV600-Melanome beobachtet,

die eine Resistenz gegen BRAFi entwickeln6

1. Chapman PB et al. N Engl J Med 2011;364:2507–16; 2. Hauschild A et al. Lancet 2012;380:358–65; 3. Roche. Zelboraf Summary of product characteristics. 2012; 4. Nazarian R et al. Nature 2010;468:973–7; 5. Paraiso KH et al. Cancer Res 2011;71:2750–60; 6. Shi H et al. Cancer Discov 2014;4:80–93.

Mechanismen bei progressiven Melanomen6

52%

18%4%

26%

Nur MAPK-AktivierungMAPK-Aktivierung und erhöhte AKT-SignalübertragungNur erhöhte PI3K-PTEN-AKT-SignalübertragungUnbekannt

13

RTK

BRAF

MEK

ERK

RAS

PI3K-AKT-Signalweg

CRAF

Resistenz gegen BRAFi durch Reaktivierung über CRAF oder Aktivierung des PI3K-AKT-Signalwegs4-6

Resistenz gegen BRAFi

Mechanismen der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs – NRAS-Aktivierung

1. Lito P et al. Nat Med 2013;19:1401–9. 14

RTK

BRAF

MEK

ERK

NRASQ61

Durch aktivierende

NRAS-Mutationen kann die

Notwendigkeit einer BRAF-Aktivierung

umgangen werden1

CRAFBlockierung des Signalwegs mit einem BRAFi


Mechanismen der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs – BRAF-Splice-Varianten

Eine Expression von BRAF-Splice-Varianten wie

p61, die keine RAS-bindende Domäne aufweist, aber die

Kinaseaktivität beibehält, kann zur MAPK-Aktivierung

führen1


RTK

p61

MEK

ERK

RAS

Erhöhte MAPK-Signalübertragung



Mechanismen der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs – Amplifikation des mutierten BRAF-Gens

1. Shi H et al. Nat Commun 2012;3:724.16

RTK

BRAFV600

MEK

ERK

RAS



Eine Amplifikation des mutierten BRAF-Gens kann eine Resistenz gegen BRAFi zur Folge haben. Dem kann jedoch durch Erhöhung der

BRAFi-Dosis entgegengewirkt werden1


Mechanismen der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs – MEK-Aktivierung


RTK

BRAF

mut MEK

ERK

RAS



Eine MEK-Mutation kann zur Aktivierung des MAPK-Signalwegs führen, ohne

dass eine BRAF-Aktivierung erforderlich ist1


Mechanismen der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs – COT (TPL2)-Hochregulation

1. Johannessen CM et al. Nature 2010;468:968–72.18

RTK

BRAF

MEK

ERK

RAS



COT/TPL2

COT-Hochregulation • Das „Cancer-Osaka-Thyroid-Onkogen“

(COT) aktiviert ERK primär durch MEK-abhängige Mechanismen, die keine RAF-Signalübertragung erfordern1

• Die COT-Expression ist auch mit einer erworbenen Resistenz in Melanomzellen und Geweben assoziiert, die aus rezidivierten Tumoren nach Behandlung mit MEK- oder RAF-Inhibitoren gewonnen werden1


RTK

BRAF

MEK

ERK

RAS

Resistenz gegen BRAFi ist unabhängig von der Reaktivierung des MAPK-Signalwegs

Erneutes Tumorwachstu

m 1. Shi H et al. Cancer Discov. 2014;4: 69–79; 2. Villanueva J et al. Cancer Cell 2010;18:683–95; 3. Nazarian R et al. Nature 2010;468:973–77.

PI3K

AKT

mTOR

S6K

Hochregulation von RTKs • Die Hochregulation von RTKs wie IGF-1R2

oder PDGFR3 kann eine Resistenz gegen BRAFi zur Folge haben

• In der frühen Phase einer auf den MAPK-Signalweg ausgerichteten Therapie bei Melanomen kann es zu einer adaptiven Hochregulation des PI3K/AKT/mTOR-Signalwegs kommen,. Durch diese Regulation wird die Inhibition des MAPK-Signalwegs kompensiert 1

• Solche genetischen Veränderungen treten bei rund 20 % der Melanome mit BRAF-Mutation auf1

PTEN-Deletion • PTEN ist ein negativer Regulator der

PI3K/AKT/mTOR-Aktivität1

• PTEN-Deletionen führen zur Hochregulation des PI3K/AKT-Signalwegs1

• Bei > 10 % der Melanome mit BRAF-Mutation wird ein Verlust der PTEN-Expression beobachtet1

AKT-Mutation • Mutationen des AKT-Gens führen

zur Hochregulation des PI3K/AKT/mTOR-Signalwegs1

19


Paradoxe Aktivierung des MAPK-Signalwegs durch BRAFi

20

RTK

mut BRAF-Dimer

MEK

ERK

RAS

In Tumorzellen, die BRAFV600E aufweisen, ist die RAS–GTP-Aktivierung gering ausgeprägt und die ERK-Signalübertragung wird vorwiegend durch Dimere der mutierten BRAF-Kinase aktiviert, die durch BRAFi gehemmt werden können6

RTK

mut RAS

CRAF-Dimer

MEK

ERK

WT BRAF-CRAF-Dimer

In BRAF-Wildtyp-Zellen mit mutiertem RAS/aktiviertem RAS werden durch die Bindung eines BRAFi Konformationsänderungen bei BRAF und CRAF induziert.4,7 In einem nicht inhibierten CRAF-Molekül, das mit einem inhibitorgebundenen BRAF- oder CRAF-Molekül dimerisiert ist, führen diese Änderungen zur allosterischen Aktivierung des nicht arzneimittelgebundenen RAF-Moleküls und einer erhöhten ERK-Signalübertragung.4,7 Diese übermäßige Signalübertragung erklärt die Bildung von Hautläsionen und Plattenepithelkarzinomen, die bei Patienten mit Melanom beobachtet werden6


Die existierenden BRAFi hemmen die ERK-Signalübertragung nur in Tumoren mit BRAF-Mutationen1

BRAF-Wildtyp-Zellen mit aktiviertem RAS zeigen bei Behandlung mit einem BRAFi eine paradoxe Aktivierung der ERK-Signalübertragung1–4

MEK-Inhibitoren (MEKi) blockieren unabhängig vom BRAF-Mutationsstatus die ERK-Signalübertragung5

1. Poulikakos PI et al. Nature 2010;464:427–30; 2. Heidorn SJ et al. Cell 2010;140:209–21; 3. Hatzivassiliou G et al. Nature 2010;464:431–5; 4. Gibney GT et al. Nat Rev Clin Oncol 2013;10(7):390–9; 5. Solit DB et al. Nature 2006;439:358–62; 6. Cichowski K, Jänne PA. Nature 2010;464(7287):358–9; 7. Lito P et al. Nat Med 2013;19(11):1401–9. 7.

Aktivierung von RAF-Kinasen durch BRAFi

Kombination aus BRAFi und MEKi beim metastasierten Melanom

Mit der Kombination aus BRAFi und MEKi soll folgendes vermieden werden:

• Resistenz gegen BRAFi durch die Reaktivierung des MAPK-Signalwegs1

• BRAFi-induzierte Hauttoxizität aufgrund der paradoxen Aktivierung des MAPK-Signalwegs bei nicht-melanomatösen BRAF-Wildtyp-Zellen1

1. Luke JJ, Ott PA. Drug Healthc Patient Saf 2014;6:77–88.

Die Inhibition des MAPK-Signalwegs an mehreren Stellen kann die Resistenzentwicklung verhindern/verzögern und einen größeren

klinischen Nutzen bewirken1

21

RTK

BRAF

MEK

ERK

NRASQ61


CRAF Blockierung des Signalwegs mit einem BRAFi

Blockierung des Signalwegs mit einem MEKi

Kombination aus BRAFi und MEKi beim metastasierten Melanom

1. Larkin J et al. N Engl J Med 2014;371(20):1867–76 ; 2. Long GV et al. N Eng J Med 2014;371(20):1877–88. 3. Ribas A. Oral presentation at the European Society for Medical Oncology, September 26–30, 2014, Madrid, Spain.

Die Inhibition des MAPK-Signalwegs an mehreren Stellen kann die Entwicklung einer Resistenz verhindern bzw verzögern und einen

größeren klinischen Nutzen bewirken1,2

Bei nicht vorbehandelten Patienten mit nicht resezierbarem, lokal fortgeschrittenem oder metastasiertem Melanom mit BRAFV600-Mutation wurde nachgewiesen, dass die Kombination aus einem BRAFi und einem MEKi folgendes bewirkt: • Verbesserung der PFS- und OS-Rate1,2

• Reduktion des Auftretens hyperproliferierender Hautläsionen1,2

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RTK

BRAF

MEK

ERK

NRASQ61


CRAF Blockierung des Signalwegs mit einem BRAFi

Blockierung des Signalwegs mit einem MEKi

Verbesserung hyperproliferierender Hautläsionen bei Zugabe eines MEK-Inhibitors zur Behandlung mit einem BRAF-Inhibitor3

GlossarBegriff Beschreibung

Apoptose Eine Art des Zelltods, der durch eine Reihe molekularer Schritte in der betreffenden Zelle ausgelöst wird. Dies ist der normale Weg des Körpers, nicht benötigte oder abnorme Zellen zu beseitigen. Der Prozess der Apoptose kann in Tumorzellen blockiert sein. Wird auch als programmierter Zelltod bezeichnet.National Cancer Institute. Krebs-Wörterbuch. http://www.cancer.gov/dictionary. Aufgerufen am 28. Juli 2014.

BRAF BRAF gehört zur RAF-Familie der Serin-/Threoninkinasen und bildet einen wesentlichen Bestandteil des MAPK-Signalwegs.

ERK Die Extracellular-Signal-Regulated-Kinase (durch extrazelluläre Signale regulierte Kinase, ERK) ist eine Proteinkinase, die einen Bestandteil des Ras-Raf-Signalwegs bildet. Die ERK ist ein Typ der MAPK. Die Aktivierung von ERK führt zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, die die Expression von Genen bewirken. Diese Gene regulieren die Proliferation und das Überleben von Zellen.

Glutaminsäure (E), Valin (V), Asparaginsäure (D), Lysin (K), Arginin (R)

Proteinogene Aminosäuren, also Aminosäuren, die Vorläufer von Proteinen sind und während der Translation in Proteine eingebaut werden.

GDP Guanosindiphosphat (GDP) ist ein Nukleosiddiphosphat, das bei der Dephosphorylierung von GTP durch GTPasen entsteht, z. B. die an der Signaltransduktion beteiligten G-Proteine; GDP wird mithilfe von Pyruvatkinase und Phosphoenolpyruvat in GTP umgewandelt.

GTP Guanosin-5'-triphosphat (GTP) ist ein Purin-Nukleosidtriphosphat. GTP ist essentiell für die Signaltransduktion, insbesondere bei Beteiligung von G-Proteinen an Second-Messender-Kaskaden, wobei es durch GTPasen in GDP umgewandelt wird

MAPK Mitogenaktivierte Proteinkinasen (MAPKs) sind Enzyme mit Serin-/Threoninkinaseaktivität (z. B. ERK). MAPKs regulieren über nachgeschaltete regulierende zelluläre Zielmoleküle infolge extrazellulärer Stimuli verschiedene zelluläre Prozesse wie Zellproliferation und -differenzierung.

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Melanozyt Melanozyten sind Zellen in der Basalschicht der Epidermis1. Sie produzieren das Pigment Melanin,1–4 vorwiegend in einer als Melanosom bezeichneten zytoplasmatischen Organelle.1,3 Melanin wird infolge von UVR-Einstrahlung in Keratinozyten transportiert4 und über die „sonnenexponierte“ Seite der Zellkerne verteilt, um die Haut vor Strahlenschäden zu schützen3

MEK MEK ist eine Proteinkinase, die einen Bestandteil der MAPK-Signalkaskade bildet. Diese reguliert die Expression einer großen Zahl von Proteinen, die an der Kontrolle der Proliferation, Differenzierung und Apoptose von Zellen beteiligt sind.

MITF Der Mikrophthalmie-assoziierte Transkriptionsfaktor (MITF) ist an der Regulation der zelllinienspezifischen Signalwege vieler Zelltypen einschließlich der Melanozyten beteiligt

PFS Progressionsfreies Überleben (PFS) – gibt in einer klinischen Studie die Länge des Zeitraums an, in dem der Krebs oder Tumor nicht fortschreitet; ist in vielen klinischen Studien ein primärer Endpunkt.

RAF Raf ist eine Proteinkinasefamilie, die bei verschiedenen für die Tumorgenese relevanten zellulären Reaktionen, einschließlich Zellproliferation, Invasion, Überleben und Angiogenese, eine Rolle spielt. Die Raf-Familie besteht aus den drei Mitgliedern ARAF, BRAF und CRAF, die alle eine unterschiedliche Funktion haben und auf verschiedenen Ebenen unterschiedlich reguliert werden.

RAS Ras ist ein GTP-bindendes Protein, das infolge der Bindung von Wachstumsfaktoren, Zytokinen und Hormonen an Rezeptoren auf der Zelloberfläche aktiviert wird. Die GTP-gebundenen Formen von Ras gehen eine direkte Bindung mit Raf ein und rekrutieren es zur Plasmamembran.

RR Ansprechrate („response rate“) – der prozentuale Anteil der Patienten, deren Tumoren nach der Behandlung kleiner werden (partielles Ansprechen) oder ganz verschwinden (komplettes Ansprechen).

241. Cichorek M et al. Postepy Dermatol Alergol. 2013;30(1):30–4; 2. Yaar M, Gilchrest BA. Clin Exp Dermatol. 2001;26(7):583–91; 3. Lin JY, Fisher DE. Nature 2007;445(7130):843–50; 4. Tarafder AK et al J Invest Dermatol 2014;134(4):1056–66.


RTKs Rezeptortyrosinkinasen sind membrandurchspannende Proteine an der Zelloberfläche, die eine extrazelluläre Ligandenbindungsdomäne am N-Terminus und eine intrazelluläre Tyrosinkinasedomäne am C-Terminus aufweisen.McKay MM, Morrison DK. Integration von Signalen von den RTKs zu ERK/MAPK. Oncogene. 2007;26:3113-3121.

OS Gesamtüberleben („overall survival“) – der prozentuale Anteil der Patienten einer Studie, die nach einer bestimmten Zeit im Anschluss an die Studie noch immer am Leben sind.

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Weiterführende Literatur

In den folgenden Artikeln erhalten Sie weitere Informationen über den MAPK-Signalweg und seine Rolle beim Melanom

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