cisplatin resistance and opportunities for precision medicine

43
8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 1/43 Accepted Manuscript Title: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine Author: Lauren Amable PII: S1043-6618(16)00002-5 DOI:  http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.phrs.2016.01.001 Reference: YPHRS 3027 To appear in:  Pharmacological Research Received date: 28-12-2015 Accepted date: 1-1-2016 Please cite this article as: Amable Lauren.Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine.Pharmacological Research http://dx.doi.org/10.1016/j.phrs.2016.01.001 This is a PDF  file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. Themanuscriptwill undergo copyediting,typesetting,andreview oftheresultingproof before it is published in its  final form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain.

Upload: tig

Post on 07-Jul-2018

213 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 1/43

Accepted Manuscript

Title: Cisplatin Resistance and Opportunities for PrecisionMedicine

Author: Lauren Amable

PII: S1043-6618(16)00002-5

DOI:   http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.phrs.2016.01.001

Reference: YPHRS 3027

To appear in:   Pharmacological Research

Received date: 28-12-2015Accepted date: 1-1-2016

Please cite this article as: Amable Lauren.Cisplatin Resistance

and Opportunities for Precision Medicine.Pharmacological Research

http://dx.doi.org/10.1016/j.phrs.2016.01.001

This is a PDF  file of an unedited manuscript that has been accepted for publication.

As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript.

The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proof 

before it is published in its  final form. Please note that during the production process

errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers thatapply to the journal pertain.

Page 2: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 2/43

Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine 

Lauren Amable, Ph.D. 

Corresponding author: 

Lauren Amable, Ph.D. 

National Institute on Minority Health and Health Disparities 

National Institutes of  Health 

9000 Rockville Pike 

Bethesda, MD 20892 

Email: [email protected] 

Phone: (301) 451‐6629 

Fax: (301) 480‐4490 

Page 3: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 3/43

Page 4: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 4/43

Abstract 

Cisplatin is one of  the most commonly used chemotherapy drugs, treating a wide range of  cancer types. 

Unfortunately, many cancers initially respond to platinum treatment but when the tumor returns, drug 

resistance  frequently  occurs.  Resistance  to  cisplatin  is  attributed  to  three  molecular  mechanisms: 

increased DNA repair, altered cellular accumulation, and increased drug inactivation. The use of  precision 

medicine to make informed decisions on a patient’s cisplatin resistance status and predicting the tumor 

response would  allow  the  clinician  to  tailor  the  chemotherapy program based on  the biology of   the 

disease.  In this review, key biomarkers of  each molecular mechanism will be discussed along with  the 

current  clinical  research. Additionally,  known polymorphisms  for each biomarker will be discussed  in 

relation to their influence on cisplatin resistance. 

Abbreviations 

ABC,  ATP‐binding  cassette;  ASE‐1,  anti‐sense  ERCC1;  ATP7A,  ATPase  copper‐transporting,  alpha 

polypeptide;  ATP7B,  ATPase  copper‐transporting,  beta  polypeptide;  CAST,  T‐cell  receptor  complex 

subunit CD3

‐associated

 signal

 transducer;

 CTR1,

 copper

 transporter

 1;

 CTR2,

 copper

 transporter

 2;

 

ERCC1,  excision  repair  cross‐complementation  group  1  gene;  GSH,  glutathione;  GST,  glutathione‐s‐

transferase; MRP, multidrug resistance associated protein; MT, metallothionein; NER, nucleotide excision 

repair; NSCLC, non‐small cell lung cancer; OCT, organic ionic transporter; PCNA, Proliferating cell nuclear 

antigen; Pol, polymerase; SLC, solute carrier; TFIIH, transcription  factor  II H; UTR, untranslated region; 

XPA,  xeroderma  pigmentosum  group  A;  XPB,  xeroderma  pigmentosum  group  B;  XPD,  xeroderma 

pigmentosum group

 D;

 XPE,

 xeroderma

 pigmentosum

 group

 E;

 XPF,

 xeroderma

 pigmentosum

 group

 F;

 

XPG, xeroderma pigmentosum group G; 

Keywords: cisplatin resistance, nucleotide excision repair, ERCC1, copper transporters, ABC transporters, 

glutathione 

Page 5: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 5/43

1.0  Introduction 

Rosenberg and colleagues first discovered in E. coli that the byproducts from platinum electrode activity 

resulted in the inhibition of  cell division [1, 2]. Within 15 years, cisplatin was approved for the treatment 

of  cancer by the FDA. Cisplatin  is one of  the most widely used anticancer drugs  in North America and 

Europe [3], treating a variety of  cancers including: testicular, ovarian, non‐small cell lung cancer (NSCLC), 

head and neck cancer, bladder, gastric, and other malignancies  [4]. The main  issue with obtaining the 

optimum cisplatin cancer treatment is the significant interpatient variability with outcome, efficacy, and 

toxicity. 

There are two problems associated with cisplatin usage in the clinic: toxicity and resistance. Cisplatin has 

a numerous  toxicities  including  renal damage, deafness,  and peripheral neuropathy,  thus  the overall 

efficacy of  the drug could not be reached due  to  the side effects. This has  led to the development of  

cisplatin analogs that would be clinically effective but without the toxicity. Carboplatin and oxaliplatin, 

figure 1,  are  the most popular  analogs and  reached  FDA  approval  for usage.  Interestingly,  there  is  a 

variation in the cancers treated by the cisplatin analogs. Carboplatin is not as effective in treating germ 

cell 

malignancies 

compared 

to 

cisplatin. 

Oxaliplatin 

is 

very 

effective 

for 

the 

treatment 

of  

colon 

cancer, 

cancer where cisplatin  is not effective. Understanding  the molecular basis  for  the difference between 

these three compounds could provide new insights and unlock novel mechanisms into how cancer cells 

counteract the effects of  DNA‐damaging drugs. While the analogs show hope for a better response with 

less toxicity the scope of  this review will not cover cisplatin analog resistance. For a review on cisplatin 

analog resistance, the author directs the reader to a recent review from Perego & Robert [5]. 

The second issue associated with cisplatin treatment is resistance to therapy. Initially the tumor responds 

to cisplatin but then the tumor comes back and is frequently refractory to further platinum therapy. There 

are two forms of  resistance found in the clinic: innate and acquired. Innate resistance is resistance without 

Page 6: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 6/43

out any prior drug exposure. Acquired resistance  is a result of  drug exposure. The differences between 

innate  and  acquired  resistance  are  not  clear  but  it  is  generally  thought  that  each  operates  through 

different signaling pathways. This review will only focus on resistance as a whole since discerning between 

the two requires further studies. 

In the clinic, the definition of  whether a patient is sensitive or resistant to cisplatin is generally as follows. 

If  a patient is more than two years from the last platinum dose, the patient is considered sensitive. There 

is a greater than 70% likelihood that the patient will respond to treatment with platinum‐based therapy 

[6]. The percentage of  patients who will respond to cisplatin decreases with the shortening of  the disease 

free period. Patients who have disease recurrence within the first  months after the recent platinum dose 

will have  a  low  likelihood of   treatment  response with  cisplatin  and  are  considered  to have platinum 

resistant disease. 

When  cisplatin  is  transported  into  the  cell,  cisplatin has  several  fates,  figure 2.  Frist,  cisplatin  can be 

exported from the cell using a transmembrane transporter system. Second, cisplatin can be chemically 

neutralized 

by 

binding 

sulfhydryl 

groups 

in 

proteins 

such 

as 

glutathione 

or 

metallothioneins. 

Finally, 

cisplatin nonspecifically reacts with a variety of  subcellular components: proteins, RNA, and DNA. RNA is 

most sensitive to react with cisplatin, followed by DNA, and then protein. The primary and widely accepted 

mechanism of  action for cisplatin is the binding to cellular DNA, resulting in DNA‐platinum adducts. This 

prevents the cell from replicating its DNA until the damage is repaired. If  the cell cannot repair the DNA 

or the damage is too severe, then the cell dies. 

Resistance to cisplatin occurs by the following molecular mechanisms: altered cellular accumulation of  

drug, altered DNA repair, and cytosolic inactivation of  drug. The processes of  resistance were studied in 

L1210 mouse leukemia cells and human ovarian cancer cells [7‐10]. The observations were similar in both 

Page 7: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 7/43

cell models: all  three components  contributed  to  cisplatin  resistance. There were differences of  each 

mechanism  regarding the  relative contributions. At  low  levels of  cisplatin resistance, about 10‐15  fold 

above baseline, the primary mechanism of  resistance was DNA repair. Intermediate levels of  resistance, 

up to 40‐50 fold over baseline, was due to reduced cellular cisplatin accumulation. At very high levels of  

resistance, cytosolic inactivation of  cisplatin was the primary mechanism. However, in many cell lines it 

has been observed that more than one mechanism can be in play here. 

The goal of  precision medicine is to generate better responses in the clinic. Making an informed decision 

on predicting the tumor response to cisplatin as well as the type of  resistance that is occurring allows for 

tailoring  the chemotherapy program based on  the biology of   the disease. Here  in  this  review, we will 

comprehensively  discuss  the  mechanisms  of   cisplatin  resistance‐ altered DNA  repair,  altered  cellular 

accumulation, and drug inactivation. For each mechanism, the most promising biomarkers identified so 

far will be discussed and are summarized in table 1. Polymorphisms of  each biomarker that correlate with 

cisplatin resistance from current clinical studies will also be presented, and are summarized in table 2. 

2.0 Altered DNA Repair 

Once inside the cell, cisplatin binds to DNA and forms adducts. The primary form of  DNA damage are N7‐

d(GpG)  and  N7‐d(ApG)  intrastrand  DNA‐platinum  adducts.  These  bulky  adducts  result  in  substantial 

kinking of  the DNA (12), which is recognized and repaired by the nucleotide excision repair (NER) 

pathway, shown

 in

 figure

 3.

 In

 this

 pathway,

 which

 requires

 more

 than

 30

 proteins,

 the

 DNA

‐platinum

 

adduct is first recognized by XPE and XPC‐DDB1/2. The transcription factor II H (TFIIH) complex verifies 

the damage and assembles the pre‐incision complex: RPA, XPA, and XPG. The DNA is then unwound by 

the XPB and XPD helicases. ERCC1‐XPF and XPG endonucleases create an excision several bases upstream 

Page 8: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 8/43

and downstream from the DNA‐platinum adduct. This releases the oligonucleotide containing the adduct. 

The gap is filled in by the DNA repair synthesis complex containing RPA, RFC, PCNA, and Pol 

/. In the final step, the DNA is ligated by DNA ligase I, thus completing the DNA repair. The balance of  

DNA damage and DNA repair dictates death versus survival after cisplatin therapy [11]. Changes in the 

ability to repair the DNA adducts results in changes in cisplatin sensitivity. 

2.1 ERCC1 

ERCC1  is one of  the most highly studied biomarkers  for cisplatin  resistance  to date. The DNA damage 

excision step is catalyzed by the ERCC1‐XPF dimer is the rate limiting step in the NER pathway. High ERCC1 

levels  are  associated  with  increased  removal  of   DNA‐platinum  adducts  and  resulting  in  increased 

resistance to cisplatin [12]. There is a linear correlation of  ERCC1 expression and cisplatin sensitivity, with 

resistant cells expressing more ERCC1 compared to sensitive. It was first demonstrated in ovarian cancer 

that ERCC1 levels are increased in cancer tissue in comparison to normal [13]. Even higher levels of  ERCC1 

mRNA are found  in patients with clinically resistant cancer. Lower  levels are found  in patients that are 

clinically sensitive

 to

 platinum

 therapy.

 In

 another

 study

 comparing

 the

 six

 histologic

 types

 of 

 ovarian

 

cancer, there is an upregulation of  NER genes that correlates with cisplatin resistance. Clear cell tumors 

are known to be the most chemoresistant to cisplatin, and they displayed the highest levels of  ERCC1 [14]. 

The evaluation of  ERCC1’s potential role as a cisplatin resistance biomarker has been explored  in other 

cancers. High ERCC1  levels that correlate with  increased resistance to cisplatin have been observed  in: 

ovarian [15, 16], NSCLC [15, 17‐23], nasopharyngeal [24, 25], esophageal [26], cervical [27, 28], head and 

neck squamous

 carcinoma

 [29,

 30],

 liver

 [31],

 osteosarcoma

 [32],

 lung

 adenocarcinoma

 [33],

 advanced

 

biliary tract adenocarcinoma [34], mesothelioma [35], pulmonary adenocarcinoma [36], and gastric [11]. 

Thus, the expression of  ERCC1 makes an attractive biomarker for cisplatin resistance since the increased 

expression has been observed in a variety of  cancer types. 

Page 9: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 9/43

There are two polymorphisms of  ERCC1 that appear to have clinical significance with sensitivity to cisplatin 

treatment. The first polymorphism, rs11615, is located in codon 118, that codes for the same amino acid‐

asparagine, was first described by Reed and colleagues [37, 38]. A point to note for this polymorphism: 

there is a discrepancy in the literature on whether the change is from C to T or T to C. The reader should 

take  caution  in evaluating  studies, as  these alleles are  switched  in  the analyses. Here  this  review  the 

rs11615 polymorphism is from C to T. The rs11615, or N118N, polymorphism was originally thought to 

result in reduced levels of  ERCC1 mRNA and protein, as the codon is an infrequently used codon [37‐39]. 

A clinical molecular correlative study in ovarian cancer was confirmatory [40] but in another recent study 

it was  shown  to not  change  the  expression or  function of   ERCC1 but  rather may be  linked  to other 

causative variants  [41]. There are conflicting data as to whether or not this polymorphism determines 

sensitivity  to  cisplatin.  In  ovarian  cancer,  the  T  allele  was  associated with  an  increased  response  to 

cisplatin  therapy  [40].  This  was  also  observed  in  colorectal  cancer  [42],  pancreatic  cancer  [43], 

osteosarcoma [44] and NSCLC [45]. Yet in another study, C allele was associated with a higher response 

rate 

to 

cisplatin, 

progression 

free 

survival, 

and 

overall 

survival 

[46, 

47]. 

Thus 

two 

opposite 

results 

have 

been observed. 

The second ERCC1 polymorphism relating to cisplatin sensitivity is C8092A. This polymorphism was first 

identified  in  gliomas  and  is  located  in  the  3’ UTR of   ERCC1  [48].  The A  allele  is  thought  to  result  in 

decreased mRNA  stability of  ERCC1. This polymorphism  results  in  an A  substitution  in  two additional 

genes, nucleolar

 protein

 ASE

‐1 and

 t‐cell

 receptor

 complex

 subunit

 CD3

‐associated

 signal

 transducer

 

(CAST) [48]. Thus the exact role of  this polymorphism is not fully understood as these genes may have an 

effect  that has not been evaluated. Studies  in  the C8092A polymorphism are  few and are additionally 

associated with conflicting data. The clinical  implication of  the C8092A ERCC1 polymorphism has been 

Page 10: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 10/43

studied  in  lung  [49] and esophageal cancer  [50] and both  studies demonstrated  the A polymorphism 

results in increased cisplatin response. There is also conflicting data as to the A allele and clinical resistance 

to platinum‐based therapy. In a nasopharyngeal cancer study, the A allele of  C8092A was associated with 

an  increased  risk  of   disease  progression  with  patients  on  cisplatin‐based  chemotherapy  [51].  In  a 

malignant pleural mesothelioma study,  the A polymorphism of  C8092A was associated with a shorter 

progression free survival [35].  Yet, in a meta‐analysis of  39 NSCLC studies, there was no relationship of  

survival and sensitivity to treatment with platinum‐based chemotherapy [52]. 

2.2 Other NER genes 

While the majority of  the studies have focused on ERCC1, there are several studies that suggest other NER 

genes are involved in cisplatin resistance. Dabholkar et al., showed that other NER genes are additionally 

upregulated  in patients who responded to cisplatin therapy [53]. XPA, which  is part of  the pre‐incision 

complex, and XPB, a helicase, displayed increased expression in cisplatin resistant ovarian cancer tumors 

[53,  54]. However,  this has not been  explored  further  in other  clinical  studies. Neither  XPA nor  XPB 

polymorphisms 

have 

been 

discovered 

that 

correlate 

with 

cisplatin 

resistance. 

It is logical to think that XPF would be an additional cisplatin resistance marker since it is dimerizes with 

ERCC1 to catalyze the incision of  the damaged DNA strand. However, XPF has been overlooked in many 

studies as to whether or not it is a valid biomarker for cisplatin resistance. In ovarian and colon cancer cell 

lines,  the  increased protein expression of  XPF was correlated with  increased cisplatin  resistance  [55]. 

There have

 only

 been

 two

 clinical

 studies

 that

 have

 examined

 XPF

 [56,

 57].

 Both

 studies

 examined

 head

 

and  neck  cancer  and  increased  XPF  expression  was  correlated  with  cisplatin  resistance.  Vaezi  and 

colleagues  went  on  further  to  examine  XPF  polymorphisms,  however  the  four  polymorphisms  they 

Page 11: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 11/43

10 

identified showed marginal association with treatment failure [57]. Further studies, examining the role of  

XPF in other cancers are needed. 

The helicase XPD was additionally identified to have a strong correlation between increased expression 

and  cisplatin  resistance  in NSCLC  and  glioma  cell  lines  [58, 59].  The expression of  XPD has not been 

evaluated  in  clinical  samples.  The  majority  of   the  clinical  studies  have  examined  the  effects  of   XPD 

polymorphisms on cisplatin resistance. Two polymorphisms in XPD have been identified, Asp312Asn and 

Lys751Gln, both result in decreased DNA repair capacity. Both polymorphisms were found to be potentials 

markers  for  clinical outcome  in  osteosarcomas  and  lung  cancers  treated with  cisplatin  [44,  60].  The 

Asp312Asn polymorphism was associated with a better survival  in osteosarcoma patients treated with 

cisplatin  [61].  The  Lys751Gln  polymorphism  was  associated  with  longer  progression  free  survival  in 

pancreatic and NSCLC [62, 63]. 

3.0 Altered accumulation of  cisplatin 

The 

second 

mechanism 

of  

cisplatin 

resistance 

is 

altered 

cellular 

accumulation 

of  

cisplatin. 

It 

has 

long 

been 

noted  that  cisplatin  resistant  cells  tend  to  exhibit  decreased  levels  of   cisplatin  [64].  Tissue  platinum 

concentrations are  correlated with percent  reduction of   the  tumor, meaning  reduced  tissue platinum 

concentrations are associated with resistance [65]. Altered accumulation of  cisplatin is the result of  two 

independent cellular pathways: decreased uptake or increased export. 

3.1 Decreased

 cellular

 uptake

 of 

 cisplatin

 

Cisplatin has a simple chemistry, the core is a single platinum metal bound to two amino groups and two 

chlorides, figure 1. At physiologic pH, the chlorides of  cisplatin are replaced with  –OH molecules, resulting 

in a neutral charge. This it makes it possible for diffusion across the cellular membrane, flowing from the 

Page 12: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 12/43

11 

high concentration of  cisplatin outside to the lower concentration inside the cell. Thus, cisplatin uptake 

was  first  thought  to  be  via  passive  diffusion  as  uptake  was  not  saturated  against  time  or  drug 

concentrations, up to 3 mM [66, 67]. However, it was discovered that cisplatin mostly enters the cell by 

membrane  transporters. This would explain why  it has been observed  that  low  levels of   transporters 

correlate  with  decreased  levels  of   cellular  cisplatin.  Cisplatin  uptake  is  performed  by  the  copper 

transporters CTR1 and CTR2, as well as the organic cationic transporter (OCT) family [68]. 

3.1.1 Copper transporters CTR1 and CTR2 

Copper transporter protein 1 (CTR1) was shown to be one of  the primary cisplatin transporters. It was first 

discovered in yeast, noting that knocking down CTR1 resulted  in reduced uptake  in cisplatin [69]. CTR1 

primarily  transports  copper,  which  is  important  in  a  variety  of   biological  functions  within  a  cell. 

Interestingly, resistance to cisplatin  is accompanied by resistance to copper and cisplatin resistant cells 

display reduced levels of  copper [70]. Cisplatin resistant cells show decreased levels of  CTR1 mRNA and 

decreased cisplatin uptake [71, 72]. In the clinic, CTR1 has been evaluated in two cancer types, ovarian 

and 

lung, 

both 

resulting 

in 

the 

same 

observation. 

In 

ovarian 

cancer 

patients 

treated 

with 

cisplatin 

chemotherapy, high levels of  CTR1 mRNA expression was correlated with increased disease free survival 

[73]. In NSCLC, the same pattern has emerged, high CTR1 protein levels were associated with a favorable 

cisplatin response [74, 75]. 

Only one study has examined the relationship of  CTR1 polymorphisms with cisplatin resistance.  Xu et al. 

found two

 polymorphisms

 in

 CTR1

 that

 correlate

 with

 platinum

 resistance

 and

 survival:

 rs7851395

 and

 

rs12686377 [76]. These two polymorphisms are located in the intron region of  CTR1 and are hypothesized 

to  play  a  role  in  the  epigenetic  regulation  of   CTR1.  Currently,  it  is  not  known  what  effect  these 

polymorphisms have on the function of  CTR1, as this article was the first to describe them. 

Page 13: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 13/43

12 

Cisplatin  is also transported by another copper transporter, CTR2. While CTR2  is  in the same family as 

CTR1, they only share a 33% homology on the protein level [77]. CTR2 is found on the cellular membrane 

like CTR1, but  it  is also  found on  intracellular organelle membranes and may have alternative cellular 

functions [78]. The opposite effect has been observed with CTR2 in terms of  its correlation with cisplatin 

resistance. Unlike CTR1, knockdown of  CTR2  in cells results  in  increased uptake,  increased cytotoxicity, 

and increased sensitivity to cisplatin [79]. In two clinical studies, lower levels of  CTR2 are associated with 

a better outcome to cisplatin therapy [80, 81]. Interestingly, it has been suggested that the CTR1/CTR2 

ratio may be a useful biomarker for identifying tumors which may be more sensitive to cisplatin than on 

one of  the transporters alone [81]. No CTR2 polymorphisms have been  identified to  influence cisplatin 

sensitivity. 

3.1.2 Organic cation transporters 

The solute carrier (SLC) transporter family, specifically the SLC22 family members, also transport cisplatin 

into 

cells. 

Members 

of  

this 

family, 

OCT1, 

OCT2, 

and 

OCT3, 

have 

been 

shown 

to 

uptake 

platinum‐

compounds into cells, but vary in the expression and substrate for each transporter [68]. OCT1 has been 

indicated  to  transport cisplatin, however  the evidence  is weak  [68]. OCT1 does  transport  the cisplatin 

analogs carboplatin and oxaliplatin. OCT3 is known to primarily transport oxaliplatin. 

Cisplatin is primarily transported by OCT2, or SLC22A2, and this transporter is found in the kidney. OCT2 

transfection into

 cells

 results

 in

 increased

 cellular

 levels

 of 

 cisplatin

 [82].

 There

 is

 not

 a lot

 of 

 clinical

 studies

 

examining OCT2’s role in cisplatin resistance, primarily due to the fact it is expressed in the kidney. In the 

NCI‐60 panel of  cancer cell  lines, OCT2 was  the most  frequently expressed gene but  its expression  in 

clinical  ovarian  cancer  specimens  was  low  and  did  not  correlate  with  the  treatment  outcome  of   a 

Page 14: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 14/43

13 

platinum‐based  regimen  [83].  In  one  gastric  cancer  study,  higher  levels  of   OCT2  were  observed  in 

responders to cisplatin‐based neoadjuvant therapy in comparison to non‐responders [84]. The majority 

of  OCT2 polymorphism studies have primarily focused on the effect on nephrotoxicity. There is one study 

in lung cancer that evaluated the OCT2 polymorphisms. The polymorphisms rs195854 and rs186941 were 

associated with increased response to cisplatin [85]. 

3.2 Increased cellular export of  cisplatin 

The export of  cisplatin has been suggested to occur via passive efflux, however the issue with studies to 

examine this phenomena are performed with high concentration of  cisplatin. Thus it is thought that export 

of  cisplatin from cells occurs via membrane transporters. There are two major pathways in which cisplatin 

is  removed  from  the  cell:  removal by P‐type ATPase  transporters or  removal by ATP‐binding  cassette 

transporters. 

3.2.1 P‐type ATPase transporters 

Cisplatin 

is 

exported 

by 

ATP7A 

and 

ATP7B, 

which 

belong 

to 

the 

transporter 

family 

of  

P‐

type 

ATPases 

which 

use ATP to export. These transporters are associated with removing excessive copper from cells. Under 

normal  conditions  within  the  cell,  ATP7A  and  ATP7B  are  found  in  the  trans‐Golgi  network  and  are 

trafficked  to  the  cell membrane  to  remove  copper. As mentioned earlier,  copper  levels  are  lower  in 

cisplatin resistant cells which is additionally regulated by ATP7A and ATP7B. Defects in these transporters 

are associated with diseases with excessive copper accumulation: ATP7A is defective in Menkes disease 

while ATP7B

 is

 defective

 in

 Wilson’s

 disease

 [86].

 

ATP7A is found is most tissues, aside from the liver. Increased ATP7A expression is found in cancer cells 

but not in normal tissue [87]. Increased expression of  ATP7A in cells renders the cells resistant to cisplatin 

Page 15: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 15/43

14 

but interestingly this was not due to altered cisplatin export [88, 89]. There are only a few clinical studies 

evaluating  the  role of  ATP7A and  cisplatin  resistance.  In NSCLC  and ovarian  cancer,  increased ATP7A 

expression is associated with a poorer response to cisplatin [87, 89]. ATP7A levels are additionally higher 

in NSCLC tumors that are resistant to cisplatin [90]. No ATP7A polymorphisms have been identified with 

sensitivity to cisplatin, though studies are very limited in examining ATP7A polymorphisms in general [91]. 

ATP7B is found mostly in the liver, kidney and brain. Similar observations found with ATP7A in terms of  

cisplatin resistance have also been observed with ATP7B. ATP7B was first proposed to be a biomarker of  

cisplatin  resistance,  as  transfection  of  ATP7B  into  cells  resulted  in  an  increase  in  cisplatin  resistance 

accompanied by reduced cisplatin accumulation [92]. Increased expression of  ATP7B  is associated with 

poorly differentiated tumors and are poor responders to cisplatin therapy in a variety of  cancers including: 

gastric, hepatocellular, esophageal, oral, breast, endometrial, lung, and ovarian [93‐101]. Currently, there 

are no identified ATP7B polymorphisms that are associated with cisplatin resistance. 

3.2.2 

ATP‐

binding 

cassette 

(ABC) 

transporters 

Multidrug  resistance‐associated  proteins  (MRPs),  belong  to  the ABCC  subfamily  of  ABC  (ATP  binding 

cassette) transporters and been implicated in cisplatin resistance [102]. MRPs are membrane transporters 

responsible for the efflux of  glutathione‐platinum conjugates,  in an ATP‐dependent fashion. MRP1 was 

first explored as a cisplatin transporter as it was found that cisplatin resistant cells displaying increased 

levels  of   glutathione  concurrently  had  increased  levels  of   MRP1  [103].  Reports  from  other  groups 

suggested that

 MRP1

 alone

 was

 not

 enough

 to

 confer

 cisplatin

 resistance

 and

 there

 is

 no

 relationship

 

between MRP1 and cisplatin accumulation and cytotoxicity  [104‐106]. There are no polymorphisms of  

MDR1 associated with cisplatin response as well. Thus, MRP1  is generally not thought to play a role  in 

cisplatin resistance. 

Page 16: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 16/43

15 

MRP2, also known as cMOAT  (canalicular multispecific organic anion transporter),  is the most favored 

MRP  transporter contributing  to cisplatin  resistance. Overexpression of  MRP2  is  found  in a variety of  

cisplatin resistant cells lines [107‐109]. The expression of  MRP2 is induced by cisplatin as well [110]. In the 

clinic,  there are different observations of  correlating MRP2 expression with cisplatin sensitivity, which 

may reflect the tissue specific nature of  the transporter.  Increased MRP2 expression  is associated with 

cisplatin resistance in colorectal, esophageal, and hepatocellular cancers [111‐113]. However, in ovarian 

and lung cancer, MRP2 did not predict cisplatin response [100, 114, 115]. One polymorphism in MRP2, C‐

24T, has been correlated with increased response to platinum‐based chemotherapy in lung cancer [116, 

117]. The C‐24T polymorphism is found in the promoter of  MRP2 and its function is not currently known. 

4.0 Cytosolic inactivation of  cisplatin 

Finally, the last resistance mechanism is cytosolic inactivation of  cisplatin. This inactivation results in the 

inability of  cisplatin to react with DNA. Less damage  is produced and the cancer cell survives the drug 

treatment. 

The 

primary 

form 

of  

inactivation 

is 

conjugation 

of  

cisplatin 

with 

glutathione 

(GSH), 

resulting 

in 

cellular export by the MRP transporters, discussed in the prior section. The secondary form of  inactivation 

is by binding to metallothioneins. 

4.1 Inactivation by glutathione conjugation 

Glutathione‐S‐transferases  (GSTs)  catalyze  the  conjugation  of   glutathione  (GSH)  to  cisplatin.  The 

formation of 

 platinum

‐glutathione

 conjugates

 inactivates

 the

 drug

 by

 increasing

 its

 solubility,

 leading

 to

 

excretion. Inside the cell, glutathione acts as antioxidant. It maintains the redox environment by keeping 

reduced  sulfhydryl  groups  [118].  Depletion  of   cellular  GSH  in  cisplatin  resistant  cells  enhances  the 

cytotoxicity of  cisplatin [119]. However, the cisplatin sensitivity is not restored to levels of  the parental 

Page 17: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 17/43

16 

cell lines. In ovarian cancer cells,  increased levels of  GSH were observed  in platinum resistant cell  lines 

[120].  There are two families of  GST enzymes involved in cisplatin detoxification‐ GSTP1 and GSTM. 

4.1.1 Glutathione‐S‐transferase Pi 1 

GSTP1, also called GST Pi 1, is expressed in different epithelial tissues. The cellular and clinical studies of  

GSTP1 are inconclusive as to whether or not it is an indicator of  cisplatin resistance. In colon, lung, and 

glioblastoma cancer cell  lines,  the  levels of  GSTP1 are correlated between high GSTP1 expression and 

cisplatin resistance [121]. In ovarian and head and neck carcinoma patient samples, there is a correlation 

between high expression of  GSTP1 and  cisplatin  resistance  [122‐124].  Several  studies  in NSCLC have 

demonstrated that  low  levels of  GSTP1 are associated with  increased sensitivity to cisplatin [125‐129]. 

However, in other clinical studies of  ovarian and cervical cancer there was no association of  GSTP1 levels 

and response to cisplatin chemotherapy [130‐132]. 

GSTP1  has  two  polymorphisms:  rs1695  and  rs1138272.  Similar  to  the  expression  data,  GSTP1 

polymorphism 

data 

is 

conflicting 

and 

inconclusive. 

The 

rs1695 

polymorphism 

affects 

the 

ability 

of  

GSTP1 

to conjugate GSH to cisplatin [133].  Studies in NSLC have yielded multiple responses for the GSTP1 rs1695 

polymorphism:  associated with  a  favorable  response  to  cisplatin  therapy  [116,  134],  associated with 

reduced  survival  to  cisplatin  therapy  [135],  and  no  association  with  survival  [136].  The  rs1138272 

polymorphism additionally has different responses to cisplatin therapy: one study found it was associated 

with greater median survival [136] and another study correlated to the polymorphisms to a shorter event 

free survival

 and

 shorter

 overall

 survival

 in

 osteosarcoma

 patients

 [61].

 

Page 18: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 18/43

17 

4.1.2 Glutathione‐S‐transferase Mu 

GSTM, or GST Mu, is the other GST involved in the inactivation of  cisplatin. GSTM is more known for the 

detoxification of  xenobiotics thus there is little research in evaluating GSTM in cisplatin resistance. There 

are five GSTM genes: GSTM1, GSTM2, GSTM3, GSTM4, and GST5. Earlier studies showed that there was 

no difference and no contribution by GSTMs to cisplatin resistance [137‐139]. However, recent data using 

a paired cisplatin sensitive/resistant breast cancer cell line demonstrated decreased GSTM3 and GSTM4 

levels were  found  in cisplatin  resistant cells compared  to  sensitive cells  [140, 141]. This has not been 

investigated further as one would assume that decreased levels of  GSTs would show decreased resistance 

to  cisplatin,  like  observed with GSTP1. However,  pharmacologic  inhibition  of  GSTM1  resulted  in  the 

increased sensitivity of  cells to cisplatin [142]. There are no clinical studies examining the relationship of  

GSTM levels with cisplatin sensitivity. 

The majority of  GSTM polymorphism studies have focused on the susceptibility to cancer and not so much 

on  the  relationship  with  cisplatin  resistance.  GSTM2  and  GSTM5  do  not  have  any  reported 

polymorphisms. 

Polymorphisms 

for 

GSTM3 

and 

GSTM4 

have 

not 

been 

evaluated 

for 

their 

relationship 

with cisplatin resistance. There are few studies with polymorphisms of  GSTM1. Wheeler et al. showed 

that the rs10431718 GSTM1 polymorphism was associated with the cisplatin IC50 [143]. In a NSCLC meta‐

analysis, the GSTM1 null genotype was associated with improved response to platinum therapy [144]. 

4.2 Inactivation by metallothionein binding 

Finally, cisplatin

 is

 also

 inactivated

 by

 binding

 to

 metallothionein

 (MT)

 proteins.

 MT

 proteins

 are

 cysteine

rich, low molecular weight proteins that bind to metals such as copper, zinc, cadmium, and mercury. While 

there  are  multiple  MTs,  mostly  MTI  and  MTII  have  studied  since  they  are  ubiquitously  expressed. 

However, it is not always evident which MT is being examined. MTs function as regulators of  cellular metal 

Page 19: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 19/43

18 

homeostasis as well as detoxification of  heavy metal exposure  in cells.  In terms of  cisplatin resistance, 

MTs serve as a heavy‐metal detoxifier of  cisplatin in tumors. Overexpression of  metallothionein has been 

observed in several cell lines that are resistant to cisplatin [145‐147]. Additionally, the overexpression of  

MTII confers resistance to cisplatin in cancer cells [148]. Cisplatin treatment also induces the expression 

of  MT [149].  In germ cell tumors, MT expression was higher  in cell  lines and tumors, but there was no 

difference between patients who  responded  to  cisplatin based  therapy  compared  to non‐responders 

[150]. In esophageal cancer, expression of  MT was associated with a shorter survival rate after cisplatin 

therapy [151]. This was additionally observed in ovarian cancer patients receiving cisplatin based therapy 

[123]. There are no MT polymorphisms that are associated with cisplatin resistance. 

5.0 Summary 

Cisplatin  is a  clinical mainstay  for  the  treatment of  a variety of   cancers. Unfortunately, many  tumors 

develop resistance and are  refractory  to  treatment. Resistance stems  from  three overall mechanisms‐

increased DNA repair, altered drug cellular accumulation, and increased drug cytosolic inactivation. In this 

review, 

potential 

biomarkers 

and 

their 

known 

polymorphisms 

for 

each 

resistance 

mechanism 

were 

examined and are summarized in tables 1 and 2. While ERCC1 represents the most promising biomarker 

for  cisplatin  resistance,  as  it  has  been  extensively  studied  in  a  variety  of   cancers,  there  are  several 

opportunities and areas ripe for further study. Other components of  NER, CTR1 and CTR2, OCT2, ATP7A 

and ATP7B, GSTs, and metallothioneins have the potential to be valid cisplatin biomarkers as well, and 

would benefit from additional clinical studies. 

While this list is comprehensive, there are several things to consider. Not all biomarkers were examined 

in a multitude of  cancer types, so some may be tumor specific. Many biomarkers displayed conflicting 

evidence with their role in cisplatin resistance. Some of  the conflicting data reflects the fact that many 

Page 20: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 20/43

19 

studies  maybe  underpowered  for  the  analyses,  and  would  benefit  from  having  larger  sample  sizes. 

Because resistance to cisplatin is multilayered and multifactorial, different mechanisms are  likely to be 

activated depending on the cancer type and stage. It is highly likely that multiple resistance mechanisms 

will be activated within a patient. While one biomarker may not be completely informative for all cancers, 

a  combination  of   biomarker  expression  and  polymorphism  screening  may  yield  a  comprehensive 

approach to elucidate the resistance status of  a patient. 

The method by which patients are screened  is critical. The type of  biospecimen used  in the evaluation 

(blood,  tissue,  etc.),  the  expression  type  (DNA,  mRNA,  protein),  and  the  method  used  to  examine 

expression (PCR‐based, IHC, etc.) will all need to be standardized for analysis of  resistance. The definition 

of  what is considered high versus low expression, as well as the cutoff  points between the categories, will 

also require standardization. A recent paper described the challenge of  biomarker based screening. In a 

round  robin analysis of   three  independent commercial  labs, 18  tumor blocks were  sent  for  testing of  

ERCC1 status, and the results were inconsistent and unreliable [152]. Only 4 of  18 blocks tested were fully 

concordant 

with 

ERCC1 

status 

between 

all 

three 

labs. 

Thus 

further 

evaluation 

and 

standardization 

are 

needed before these assays become clinical standard‐of ‐care. 

Precision medicine serves two purposes for cisplatin resistance: to determine if  resistance is occurring and 

to determine the nature of  the activated resistance mechanism(s). Screening the patient prior to initiation 

of  treatment, and during  the course of   treatment, allows  for the  improvement of  cancer diagnosis by 

predicting tumor

 response.

 Personalizing

 this

 therapy

 will

 increase

 the

 efficacy

 and

 decrease

 the

 toxicity

 

of  platinum‐based chemotherapy. While there is a long road ahead, several of  the biomarkers listed here 

may serve as a foundation for larger, prospective studies to determine which biomarker, or combination 

of  biomarkers, would result in the best prediction of  cisplatin sensitivity and resistance in patients. 

Page 21: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 21/43

20 

Conflict of  interest. 

The author has no conflict of  interest. 

Acknowledgements 

The  research  was  supported  by  the  Intramural  Research  Program  of   the  NIH,  National  Institute  on 

Minority Health and Health Disparities. This manuscript is dedicated to my former mentor, Dr. Eddie Reed. 

Page 22: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 22/43

21 

References 

1.  Rosenberg,  B.,  L.  Vancamp,  and  T.  Krigas,  Inhibition  of   Cell   Division  in  Escherichia  Coli   by  

Electrolysis Products  from a Platinum Electrode. Nature, 1965. 205: p. 698‐9. 

2.  Rosenberg, B., et al., Platinum compounds: a new  class of   potent  antitumour  agents. Nature, 1969. 

222(5191): p. 385‐6. 

3.  Reed,  E.,  Cisplatin,  Carboplatin,  and   Oxaliplatin.,  in  Cancer   Chemotherapy   and   Biotherapy: 

Principles  and   Practice,  4th  Edition,  B.A.  Chabner  and  D.L.  Longo,  Editors.  2006,  Lippincott, 

Williams, & Wilkins: Philadelphia. p. 332‐343. 

4.  Reed,  E.  and  B.A.  Chabner,  Platinum   Analogues,  in  Cancer   Chemotherapy   and   Biotherapy: 

Principles  and   Practice,  5th  edition,  B.A.  Chabner  and  D.L.  Longo,  Editors.  2011,  Lippincott, 

Williams and Wilkins: Philadelphia. p. 310‐322. 

5.  Perego, P. and J. Robert, Oxaliplatin in the era of   personalized  medicine:  from mechanistic studies 

to clinical  efficacy. Cancer Chemother Pharmacol, 2015. 

6.  Markman, M., et  al.,  Second ‐line  platinum  therapy   in  patients with  ovarian  cancer   previously  

treated  

with 

cisplatin. 

Clin 

Oncol, 

1991. 

9(3): 

p. 

389‐

93. 

7.  Eastman,  A.  and  N.  Schulte,  Enhanced   DNA  repair   as  a  mechanism  of   resistance  to  cis‐

diamminedichloroplatinum(II). Biochemistry, 1988. 27(13): p. 4730‐4. 

8.  Richon,  V.M.,  N.  Schulte,  and  A.  Eastman,  Multiple  mechanisms  of   resistance  to  cis‐

diamminedichloroplatinum(II) in murine leukemia L1210 cells. Cancer Res, 1987. 47(8): p. 2056‐

61. 

9. 

Ferry, K.V.,

 T.C.

 Hamilton,

 and

 S.W.

 Johnson,

 Increased 

 nucleotide

 excision

 repair 

 in

 cisplatin

resistant  ovarian cancer  cells: role of  ERCC1‐ XPF. Biochem Pharmacol, 2000. 60(9): p. 1305‐13. 

10.  Johnson, S.W., et al., Role of   platinum‐DNA adduct   formation and  removal  in cisplatin resistance 

in human ovarian cancer  cell  lines. Biochem Pharmacol, 1994. 47(4): p. 689‐97. 

Page 23: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 23/43

22 

11.  Metzger,  R.,  et  al.,  ERCC1  mRNA  levels  complement   thymidylate  synthase  mRNA  levels  in 

 predicting response and  survival   for  gastric cancer   patients receiving combination cisplatin and  

 fluorouracil  chemotherapy. J Clin Oncol, 1998. 16(1): p. 309‐16. 

12.  Li, Q., et al.,  Association between the level  of  ERCC ‐1 expression and  the repair  of  cisplatin‐induced  

DNA damage in human ovarian cancer  cells. Anticancer Res, 2000. 20(2A): p. 645‐52. 

13.  Dabholkar, M.,  et  al.,  ERCC1  and   ERCC2  expression  in malignant   tissues  from  ovarian  cancer  

 patients. J Natl Cancer Inst, 1992. 84(19): p. 1512‐7. 

14.  Reed, E., et al., Clear  cell  tumors have higher  mRNA levels of  ERCC1 and   XPB than other  histological  

types of  epithelial  ovarian cancer. Clin Cancer Res, 2003. 9(14): p. 5299‐305. 

15.  Ulker, M., et al., ERCC1 and  RRM1 as a  predictive  parameter   for  non‐small  cell   lung, ovarian or  

 pancreas cancer  treated  with cisplatin and/or  gemcitabine. Contemp Oncol (Pozn), 2015. 19(3): 

p. 207‐13. 

16.  Deloia, J.A., et al., Comparison of  ERCC1/XPF  genetic variation, mRNA and   protein levels in women 

with advanced  stage ovarian cancer  treated  with intraperitoneal   platinum. Gynecol Oncol, 2012. 

126(3): 

p. 

448‐

54. 

17.  Cubukcu, E., et al.,  Immunohistochemical  expression of  excision  repair   cross‐complementing 1 

(ERCC1) in non‐small ‐cell  lung cancer: implications  for   patient  outcome. Clin Transl Oncol, 2011. 

13(11): p. 826‐30. 

18.  Xie, K.J., et al., Expression of  ERCC1, MSH2 and  PARP1 in non‐small  cell  lung cancer  and   prognostic 

value in  patients treated  with  platinum‐based  chemotherapy. Asian Pac J Cancer Prev, 2014. 15(6): 

p. 2591

‐6.

 

19.  Li,  Z.,  et  al.,  Predictive  value  of   APE1,  BRCA1,  ERCC1  and   TUBB3  expression  in  patients with 

advanced   non‐small   cell   lung  cancer   (NSCLC)  receiving   first ‐line   platinum‐ paclitaxel  

chemotherapy. Cancer Chemother Pharmacol, 2014. 74(4): p. 777‐86. 

Page 24: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 24/43

23 

20.  Yamashita, F., et al., Prognostic value of  EGFR mutation and  ERCC1 in  patients with non‐small  cell  

lung cancer  undergoing  platinum‐based  chemotherapy. PLoS One, 2013. 8(8): p. e71356. 

21.  Li, C., et al., ERCC1 and  the efficacy  of  cisplatin in  patients with resected  non‐small  cell  lung cancer. 

Tumour Biol, 2014. 35(12): p. 12707‐12. 

22.  Tiseo, M., et al., ERCC1/BRCA1 expression and  gene  polymorphisms as  prognostic and   predictive 

 factors in advanced  NSCLC  treated  with or  without  cisplatin. Br J Cancer, 2013. 108(8): p. 1695‐

703. 

23.  Lord, R.V., et al.,  Low  ERCC1 expression  correlates with  prolonged   survival  after   cisplatin  plus 

gemcitabine chemotherapy  in non‐small  cell  lung cancer. Clin Cancer Res, 2002. 8(7): p. 2286‐91. 

24.  Huang,  P.Y.,  et  al.,  Expression  of   ERCC1  predicts  clinical   outcome  in  locoregionally   advanced  

nasopharyngeal   carcinoma  treated   with  cisplatin‐based   induction  chemotherapy.  Oral  Oncol, 

2012. 48(10): p. 964‐8. 

25.  Zhang, Z., C. Jiang, and L. Hu, Low  expression of  excision repair  cross‐complementation group‐1 

 protein  predicts better  outcome in  patients with locally  advanced  nasopharyngeal  cancer  treated  

with 

concurrent  

chemoradiotherapy. 

Tumori, 

2014. 

100(3): 

p. 

328‐

32. 

26.  Huang, J., et al.,  A  phase II study  of  biweekly   paclitaxel  and  cisplatin chemotherapy   for  recurrent  

or   metastatic  esophageal   squamous  cell   carcinoma:  ERCC1  expression   predicts  response  to 

chemotherapy. Med Oncol, 2013. 30(1): p. 343. 

27.  Bai,  Z.L.,  et  al.,  ERCC1  mRNA  levels  can   predict   the  response  to  cisplatin‐based   concurrent  

chemoradiotherapy  of  locally  advanced  cervical  squamous cell  carcinoma. Radiat Oncol, 2012. 7: 

p. 221.

 

28.  Zwenger, A.O., et al., Expression of  ERCC1 and  TUBB3 in locally  advanced  cervical  squamous cell  

cancer  and  its correlation with different  therapeutic regimens. Int J Biol Markers, 2015. 30(3): p. 

e301‐14. 

Page 25: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 25/43

24 

29.  Xuelei, M., et al., ERCC1  plays an  important  role  in  predicting survival  outcomes and  treatment  

response  for   patients with HNSCC: a meta‐analysis. Oral Oncol, 2015. 51(5): p. 483‐92. 

30.  Ciaparrone, M.,  et  al.,  Predictive  Role  of   ERCC1  Expression  in Head   and  Neck   Squamous  Cell  

Carcinoma  Patients  Treated   with  Surgery   and    Adjuvant   Cisplatin‐Based   Chemoradiation. 

Oncology, 2015. 89(4): p. 227‐34. 

31.  Ueda, S., et al., Evaluation of  ERCC1 expression  for  cisplatin sensitivity   in human hepatocellular  

carcinoma. Ann Surg Oncol, 2011. 18(4): p. 1204‐11. 

32.  Hattinger, C.M., et al., Excision repair  cross‐complementation group 1  protein expression  predicts 

survival   in  patients  with  high‐grade,  non‐metastatic  osteosarcoma  treated   with  neoadjuvant  

chemotherapy. Histopathology, 2015. 67(3): p. 338‐47. 

33.  Lai, T.C., et al., Expression of   xeroderma  pigmentosum complementation group C   protein  predicts 

cisplatin resistance in lung adenocarcinoma  patients. Oncol Rep, 2011. 25(5): p. 1243‐51. 

34.  Hwang, I.G., et al., Different  relation between ERCC1 overexpression and  treatment  outcomes of  

two  platinum  agents  in  advanced   biliary   tract   adenocarcinoma  patients.  Cancer  Chemother 

Pharmacol, 

2011. 

68(4): 

p. 

935‐

44. 

35.  Ting, S., et al., ERCC1, MLH1, MSH2, MSH6, and  betaIII‐tubulin: resistance  proteins associated  with 

response and  outcome to  platinum‐based  chemotherapy  in malignant   pleural  mesothelioma. Clin 

Lung Cancer, 2013. 14(5): p. 558‐567 e3. 

36.  Lee, S.H., et al., Thymidylate synthase and  ERCC1 as  predictive markers in  patients with  pulmonary  

adenocarcinoma treated  with  pemetrexed  and  cisplatin. Lung Cancer, 2013. 81(1): p. 102‐8. 

37. 

Yu, J.J.,

 et

 al.,

  A

 nucleotide

  polymorphism

 in

 ERCC1

 in

 human

 ovarian

 cancer 

 cell 

 lines

 and 

 tumor 

 

tissues. Mutat Res, 1997. 382(1‐2): p. 13‐20. 

Page 26: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 26/43

25 

38.  Yu, J.J., et al., Comparison of  two human ovarian carcinoma cell   lines (A2780/CP70 and  MCAS) 

that  are equally  resistant  to  platinum, but  differ  at  codon 118 of  the ERCC1 gene. Int J Oncol, 2000. 

16(3): p. 555‐60. 

39.  Reed, E., ERCC1 and  clinical  resistance to  platinum‐based  therapy. Clin Cancer Res, 2005. 11(17): 

p. 6100‐2. 

40.  Smith, S., et al., ERCC1 genotype and   phenotype in epithelial  ovarian cancer  identify   patients likely  

to benefit   from  paclitaxel  treatment   in addition to  platinum‐based  therapy. J Clin Oncol, 2007. 

25(33): p. 5172‐9. 

41.  Gao, R., et al., The ERCC1 N118N  polymorphism does not  change cellular  ERCC1  protein expression 

or   platinum sensitivity. Mutat Res, 2011. 708(1‐2): p. 21‐7. 

42.  Viguier, J., et al., ERCC1 codon 118  polymorphism is a  predictive  factor   for  the tumor  response to 

oxaliplatin/5‐ fluorouracil  combination chemotherapy  in  patients with advanced  colorectal  cancer. 

Clin Cancer Res, 2005. 11(17): p. 6212‐7. 

43.  Kamikozuru, H., et al., ERCC1 codon 118  polymorphism is a useful   prognostic marker  in  patients 

with 

 pancreatic 

cancer  

treated  

with 

 platinum‐

based  

chemotherapy. 

Int 

Oncol, 

2008. 

32(5): 

p. 

1091‐6. 

44.  Hao, T., et al.,  Association of   four  ERCC1 and  ERCC2 SNPs with survival  of  bone tumour   patients. 

Asian Pac J Cancer Prev, 2012. 13(8): p. 3821‐4. 

45.  Shi,  Z.H.,  G.Y.  Shi,  and  L.G.  Liu,  Polymorphisms  in  ERCC1  and    XPF   gene  and   response  to 

chemotherapy  and  overall  survival  of  non‐small  cell  lung cancer. Int J Clin Exp Pathol, 2015. 8(3): 

p. 3132

‐7.

 

46.  Cheng,  J., et  al.,  A C118T   polymorphism of   ERCC1  and   response  to  cisplatin  chemotherapy   in 

 patients with late‐stage non‐small  cell  lung cancer. J Cancer Res Clin Oncol, 2012. 138(2): p. 231‐

8. 

Page 27: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 27/43

26 

47.  Ryu, J.S., et al.,  Association between  polymorphisms of  ERCC1 and   XPD and  survival  in non‐small ‐

cell   lung cancer   patients treated  with cisplatin combination chemotherapy. Lung Cancer, 2004. 

44(3): p. 311‐6. 

48.  Chen, P., et al.,  Association of  an ERCC1  polymorphism with adult ‐onset  glioma. Cancer Epidemiol 

Biomarkers Prev, 2000. 9(8): p. 843‐7. 

49.  Zhou, W., et al., Excision  repair  cross‐complementation group 1  polymorphism  predicts overall  

survival   in  advanced   non‐small   cell   lung  cancer    patients  treated   with   platinum‐based  

chemotherapy. Clin Cancer Res, 2004. 10(15): p. 4939‐43. 

50.  Wang, Y., et al., Genetic  polymorphisms of  ERCC1 and  their  effects on  the efficacy  of  cisplatin‐

based  chemotherapy  in advanced  esophageal  carcinoma. Oncol Rep, 2011. 25(4): p. 1047‐52. 

51.  Chen,  C.,  et  al.,  Polymorphisms  in  ERCC1  C8092A   predict    progression‐ free  survival   in 

metastatic/recurrent   nasopharyngeal   carcinoma  treated   with  cisplatin‐based   chemotherapy. 

Cancer Chemother Pharmacol, 2013. 72(2): p. 315‐22. 

52.  Xu, T.P., et al.,  Association of  ERCC1‐C118T  and  ‐C8092A  polymorphisms with lung cancer  risk  and  

survival  

of  

advanced ‐

stage 

non‐

small  

cell  

lung 

cancer  

 patients 

receiving 

 platinum‐

based  

chemotherapy: a  pooled  analysis based  on 39 reports. Gene, 2013. 526(2): p. 265‐74. 

53.  Dabholkar, M., et al., Increased  mRNA levels of   xeroderma  pigmentosum complementation group 

B (XPB) and  Cockayne's syndrome complementation group B (CSB) without  increased  mRNA levels 

of  multidrug‐resistance gene  (MDR1) or  metallothionein‐II  (MT ‐II)  in  platinum‐resistant  human 

ovarian cancer  tissues. Biochem Pharmacol, 2000. 60(11): p. 1611‐9. 

54. 

Yu, J.,

 et

 al.,

 Platinum

‐sensitive

 and 

  platinum

‐resistant 

 ovarian

 cancer 

 tissues

 show 

 differences

 in

 

the relationships between mRNA levels of   p53, ERCC1 and   XPA. Int J Oncol, 1996. 8(2): p. 313‐7. 

55.  Stevens, E.V., et  al., Predicting  cisplatin and   trabectedin  drug  sensitivity   in ovarian  and   colon 

cancers. Mol Cancer Ther, 2008. 7(1): p. 10‐8. 

Page 28: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 28/43

27 

56.  Koberle, B., et al., Metastases of  squamous cell  carcinoma of  the head  and  neck  show  increased  

levels  of   nucleotide  excision  repair    protein   XPF   in  vivo  that   correlate  with  increased  

chemoresistance ex  vivo. Int J Oncol, 2010. 36(5): p. 1277‐84. 

57.  Vaezi, A., et al.,  XPF  expression correlates with clinical  outcome in squamous cell  carcinoma of  the 

head  and  neck. Clin Cancer Res, 2011. 17(16): p. 5513‐22. 

58.  Weaver, D.A., et al.,  ABCC5, ERCC2,  XPA and   XRCC1 transcript  abundance  levels correlate with 

cisplatin chemoresistance in non‐small  cell  lung cancer  cell  lines. Mol Cancer, 2005. 4(1): p. 18. 

59.  Aloyz, R., et al., Regulation of  cisplatin resistance and  homologous recombinational  repair  by  the 

TFIIH subunit   XPD. Cancer Res, 2002. 62(19): p. 5457‐62. 

60.  Spitz, M.R., et al., Modulation of  nucleotide excision repair  capacity  by   XPD  polymorphisms in lung 

cancer   patients. Cancer Res, 2001. 61(4): p. 1354‐7. 

61.  Goricar, K., et al., Genetic variability  of  DNA  repair  mechanisms and  glutathione‐S‐transferase 

genes influences treatment  outcome in osteosarcoma. Cancer Epidemiol, 2015. 39(2): p. 182‐8. 

62.  Peters, G.J., et al., Predictive role of  repair  enzymes  in the efficacy  of  Cisplatin combinations  in 

 pancreatic 

and  

lung 

cancer. 

Anticancer 

Res, 

2014. 

34(1): 

p. 

435‐

42. 

63.  Ludovini,  V.,  et  al.,  Association  of   cytidine  deaminase  and   xeroderma  pigmentosum  group D 

 polymorphisms with  response,  toxicity, and   survival   in cisplatin/gemcitabine‐treated  advanced  

non‐small  cell  lung cancer   patients. J Thorac Oncol, 2011. 6(12): p. 2018‐26. 

64.  Gately, D.P. and S.B. Howell, Cellular  accumulation of  the anticancer  agent  cisplatin: a review. Br 

J Cancer, 1993. 67(6): p. 1171‐6. 

65. 

Kim, E.S.,

 et

 al.,

 Tissue

  platinum

 concentration

 and 

 tumor 

 response

 in

 non

‐small 

‐cell 

 lung

 cancer.

 

J Clin Oncol, 2012. 30(27): p. 3345‐52. 

66.  Eichholtz‐Wirth, H. and B. Hietel, The relationship between cisplatin sensitivity  and  drug uptake 

into mammalian cells in vitro. Br J Cancer, 1986. 54(2): p. 239‐43. 

Page 29: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 29/43

28 

67.  Gale, G.R., et al., Binding of  an antitumor   platinum compound  to cells as influenced  by   physical  

 factors and   pharmacologically  active agents. Cancer Res, 1973. 33(4): p. 813‐8. 

68.  Hall, M.D., et al., The role of  cellular  accumulation  in determining sensitivity  to  platinum‐based  

chemotherapy. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2008. 48: p. 495‐535. 

69.  Lin, X., et al., The copper  transporter  CTR1 regulates cisplatin uptake in Saccharomyces cerevisiae. 

Mol Pharmacol, 2002. 62(5): p. 1154‐9. 

70.  Katano, K., et al.,  Acquisition of  resistance to cisplatin is accompanied  by  changes in the cellular  

 pharmacology  of  copper. Cancer Res, 2002. 62(22): p. 6559‐65. 

71.  Zisowsky,  J., et al., Relevance of  drug uptake and  efflux   for  cisplatin  sensitivity  of   tumor   cells. 

Biochem Pharmacol, 2007. 73(2): p. 298‐307. 

72.  Liang, Z.D., et al., Mechanistic basis  for  overcoming  platinum resistance using copper  chelating 

agents. Mol Cancer Ther, 2012. 11(11): p. 2483‐94. 

73.  Ishida, S., et al., Enhancing tumor ‐specific uptake of  the anticancer  drug cisplatin with a copper  

chelator. Cancer Cell, 2010. 17(6): p. 574‐83. 

74. 

Chen, 

H.H., 

et 

al., 

Predictive 

and  

 prognostic 

value 

of  

human 

copper  

transporter  

(hCtr1) 

in 

 patients  with  stage  III  non‐small ‐cell   lung  cancer   receiving  first ‐line   platinum‐based   doublet  

chemotherapy. Lung Cancer, 2012. 75(2): p. 228‐34. 

75.  Kim, E.S., et al., Copper  transporter  CTR1 expression and  tissue  platinum concentration  in non‐

small  cell  lung cancer. Lung Cancer, 2014. 85(1): p. 88‐93. 

76.  Xu,  X.,  et  al.,  Genetic  polymorphism  of   copper   transporter   protein  1  is  related   to  platinum 

resistance in

 Chinese

 non

‐small 

 cell 

 lung

 carcinoma

  patients.

 Clin

 Exp

 Pharmacol

 Physiol,

 2012.

 

39(9): p. 786‐92. 

77.  Wee,  N.K.,  et  al.,  The  mammalian  copper   transporters  CTR1  and   CTR2  and   their   roles  in 

development  and  disease. Int J Biochem Cell Biol, 2013. 45(5): p. 960‐3. 

Page 30: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 30/43

29 

78.  van  den Berghe,  P.V.,  et  al., Human  copper   transporter   2  is  localized   in  late  endosomes  and  

lysosomes and   facilitates cellular  copper  uptake. Biochem J, 2007. 407(1): p. 49‐59. 

79.  Blair, B.G., et al., Copper   transporter  2  regulates  the  cellular  accumulation and   cytotoxicity  of  

Cisplatin and  Carboplatin. Clin Cancer Res, 2009. 15(13): p. 4312‐21. 

80.  Lee, Y.Y., et  al., Prognostic  value of   the  copper   transporters, CTR1 and  CTR2,  in  patients with 

ovarian carcinoma receiving  platinum‐based  chemotherapy. Gynecol Oncol, 2011. 122(2): p. 361‐

5. 

81.  Yoshida,  H.,  et  al.,  Association  of   copper   transporter   expression  with  platinum  resistance  in 

epithelial  ovarian cancer. Anticancer Res, 2013. 33(4): p. 1409‐14. 

82.  Filipski,  K.K.,  et  al.,  Interaction of  Cisplatin with  the human organic  cation  transporter  2. Clin 

Cancer Res, 2008. 14(12): p. 3875‐80. 

83.  Burger, H., et  al., Differential   transport   of   platinum  compounds  by   the  human organic  cation 

transporter  hOCT2 (hSLC22A2). Br J Pharmacol, 2010. 159(4): p. 898‐908. 

84.  Naka,  A.,  et  al.,  Organic  cation  transporter   2   for    predicting  cisplatin‐based   neoadjuvant  

chemotherapy  

response 

in 

gastric 

cancer. 

Am 

Cancer 

Res, 

2015. 

5(7): 

p. 

2285‐

93. 

85.  Wang,  Y.,  et  al.,  The  association  of   transporter   genes   polymorphisms  and   lung  cancer  

chemotherapy  response. PLoS One, 2014. 9(3): p. e91967. 

86.  Luk, E., L.T. Jensen, and V.C. Culotta, The many  highways  for  intracellular  trafficking of  metals. J 

Biol Inorg Chem, 2003. 8(8): p. 803‐9. 

87.  Li, Z.H., et al., Copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7A)  is associated  with 

 platinum‐resistance

 in

 non

‐small 

 cell 

 lung

 cancer 

 (NSCLC).

 J Transl

 Med,

 2012.

 10:

 p.

 21.

 

88.  Samimi, G., et al., Increased  expression of  the copper  efflux  transporter   ATP7A mediates resistance 

to cisplatin, carboplatin, and  oxaliplatin in ovarian cancer  cells. Clin Cancer Res, 2004. 10(14): p. 

4661‐9. 

Page 31: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 31/43

30 

89.  Samimi, G., et al., Increase in expression of  the copper  transporter   ATP7A during  platinum drug‐

based  treatment  is associated  with  poor  survival  in ovarian cancer   patients. Clin Cancer Res, 2003. 

9(16 Pt 1): p. 5853‐9. 

90.  Inoue, Y., et al.,  Association of   ATP7A expression and  in vitro sensitivity  to cisplatin in non‐small  

cell  lung cancer. Oncol Lett, 2010. 1(5): p. 837‐840. 

91.  Deng,  J.H.,  et  al.,  Clinical   outcome  of   cisplatin‐based   chemotherapy   is  associated   with  the 

 polymorphisms of  GSTP1 and   XRCC1 in advanced  non‐small  cell  lung cancer   patients. Clin Transl 

Oncol, 2015. 17(9): p. 720‐6. 

92.  Komatsu, M., et al., Copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7B) is associated  

with cisplatin resistance. Cancer Res, 2000. 60(5): p. 1312‐6. 

93.  Sugeno, H., et al., Expression of  copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7B) in 

human hepatocellular  carcinoma. Anticancer Res, 2004. 24(2C): p. 1045‐8. 

94.  Ohbu, M., et al., Copper ‐transporting P‐type adenosine  triphosphatase  (ATP7B)  is expressed   in 

human gastric carcinoma. Cancer Lett, 2003. 189(1): p. 33‐8. 

95. 

Higashimoto, 

M., 

et 

al., 

Expression 

of  

copper ‐

transporting 

P‐

type 

adenosine 

triphosphatase 

in 

human esophageal  carcinoma. Int J Mol Med, 2003. 11(3): p. 337‐41. 

96.  Miyashita, H., et al., Expression of  copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7B) 

as a chemoresistance marker  in human oral  squamous cell  carcinoma treated  with cisplatin. Oral 

Oncol, 2003. 39(2): p. 157‐62. 

97.  Kanzaki, A., et al., Copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7B) is expressed  in 

human breast 

 carcinoma.

 Jpn

 J Cancer

 Res,

 2002.

 93(1):

 p.

 70

‐7.

 

98.  Aida, T., et al., Expression of  copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7B) as a 

 prognostic  factor  in human endometrial  carcinoma. Gynecol Oncol, 2005. 97(1): p. 41‐5. 

Page 32: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 32/43

31 

99.  Nakayama, K., et al., Prognostic value of  the Cu‐transporting  ATPase in ovarian carcinoma  patients 

receiving cisplatin‐based  chemotherapy. Clin Cancer Res, 2004. 10(8): p. 2804‐11. 

100.  Nakayama, K., et al., Copper ‐transporting P‐type adenosine triphosphatase (ATP7B) as a cisplatin 

based   chemoresistance marker   in ovarian  carcinoma:  comparative analysis with expression of  

MDR1, MRP1, MRP2, LRP and  BCRP. Int J Cancer, 2002. 101(5): p. 488‐95. 

101.  Inoue, Y., et al.,  ATP7B expression is associated  with in vitro sensitivity  to cisplatin in non‐small  cell  

lung cancer. Oncol Lett, 2010. 1(2): p. 279‐282. 

102.  Burger,  H.,  et  al.,  Drug  transporters  of    platinum‐based   anticancer   agents  and   their   clinical  

significance. Drug Resist Updat, 2011. 14(1): p. 22‐34. 

103.  Ishikawa,  T.,  C.D.  Wright,  and  H.  Ishizuka,  GS‐ X    pump  is   functionally   overexpressed   in  cis‐

diamminedichloroplatinum (II)‐resistant  human leukemia HL‐60 cells and  down‐regulated  by  cell  

differentiation. J Biol Chem, 1994. 269(46): p. 29085‐93. 

104.  Cole, S.P., et al., Pharmacological  characterization of  multidrug resistant  MRP‐transfected  human 

tumor  cells. Cancer Res, 1994. 54(22): p. 5902‐10. 

105. 

Ikuta, 

K., 

et 

al., 

Expression 

of  

multidrug 

resistance 

 proteins 

and  

accumulation 

of  

cisplatin 

in 

human 

non‐small  cell  lung cancer  cells. Biol Pharm Bull, 2005. 28(4): p. 707‐12. 

106.  de Cremoux, P., et  al., Role of   chemotherapy   resistance genes  in outcome of  neuroblastoma. 

Pediatr Blood Cancer, 2007. 48(3): p. 311‐7. 

107.  Taniguchi, K., et al.,  A human canalicular  multispecific organic anion transporter  (cMOAT) gene is 

overexpressed   in cisplatin‐resistant  human cancer  cell   lines with decreased  drug accumulation. 

Cancer Res,

 1996.

 56(18):

 p.

 4124

‐9.

 

108.  Kool, M., et al.,  Analysis of  expression of  cMOAT  (MRP2), MRP3, MRP4, and  MRP5, homologues 

of  the multidrug resistance‐associated   protein gene (MRP1),  in human cancer  cell   lines. Cancer 

Res, 1997. 57(16): p. 3537‐47. 

Page 33: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 33/43

32 

109.  Borst, P., M. Kool, and R. Evers, Do cMOAT  (MRP2), other  MRP homologues, and  LRP  play  a role 

in MDR?  Semin Cancer Biol, 1997. 8(3): p. 205‐13. 

110.  Kaufmann, W.K., et al., TGF ‐alpha sustains clonal  expansion by   promoter ‐dependent, chemically  

initiated  rat  hepatocytes. Carcinogenesis, 1997. 18(7): p. 1381‐7. 

111.  Hinoshita,  E.,  et  al.,  Increased   expression  of   an  ATP‐binding  cassette  superfamily   transporter, 

multidrug resistance  protein 2,  in human colorectal  carcinomas. Clin Cancer Res, 2000. 6(6): p. 

2401‐7. 

112.  Yamasaki, M., et al., Role of  multidrug resistance  protein 2 (MRP2) in chemoresistance and  clinical  

outcome in oesophageal  squamous cell  carcinoma. Br J Cancer, 2011. 104(4): p. 707‐13. 

113.  Korita, P.V., et al., Multidrug resistance‐associated   protein 2 determines the efficacy  of  cisplatin in 

 patients with hepatocellular  carcinoma. Oncol Rep, 2010. 23(4): p. 965‐72. 

114.  Ohishi, Y., et al.,  ATP‐binding cassette superfamily  transporter  gene expression in human  primary  

ovarian carcinoma. Clin Cancer Res, 2002. 8(12): p. 3767‐75. 

115.  Filipits, M., et al., Multidrug resistance  proteins do not   predict  benefit  of  adjuvant  chemotherapy  

in 

 patients 

with 

completely  

resected  

non‐

small  

cell  

lung 

cancer: 

International  

 Adjuvant  

Lung 

Cancer  Trial  Biologic Program. Clin Cancer Res, 2007. 13(13): p. 3892‐8. 

116.  Sun, N., et al., MRP2 and  GSTP1  polymorphisms and  chemotherapy  response  in advanced  non‐

small  cell  lung cancer. Cancer Chemother Pharmacol, 2010. 65(3): p. 437‐46. 

117.  Han, B., et al.,  Association of   ABCC2  polymorphisms with  platinum‐based  chemotherapy  response 

and  severe toxicity  in non‐small  cell  lung cancer   patients. Lung Cancer, 2011. 72(2): p. 238‐43. 

118. 

Rabik, C.A.

 and

 M.E.

 Dolan,

 Molecular 

 mechanisms

 of 

 resistance

 and 

 toxicity 

 associated 

 with

 

 platinating agents. Cancer Treat Rev, 2007. 33(1): p. 9‐23. 

Page 34: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 34/43

33 

119.  Byun, S.S., et al.,  Augmentation of  cisplatin sensitivity  in cisplatin‐resistant  human bladder  cancer  

cells by  modulating glutathione concentrations and  glutathione‐related  enzyme activities. BJU Int, 

2005. 95(7): p. 1086‐90. 

120.  Godwin, A.K., et al., High resistance to cisplatin  in human ovarian cancer  cell   lines  is associated  

with marked  increase of  glutathione synthesis. Proc Natl Acad Sci U S A, 1992. 89(7): p. 3070‐4. 

121.  Goto, S., et al., Significance of  nuclear  glutathione S‐transferase  pi   in  resistance to anti ‐cancer  

drugs. Jpn J Cancer Res, 2002. 93(9): p. 1047‐56. 

122.  Satoh, T., et al., Expression of  glutathione S‐transferase  pi  (GST ‐ pi) in human malignant  ovarian 

tumors. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol, 2001. 96(2): p. 202‐8. 

123.  Surowiak, P., et al.,  Augmented  expression of  metallothionein and  glutathione S‐transferase  pi  as 

unfavourable  prognostic  factors in cisplatin‐treated  ovarian cancer   patients. Virchows Arch, 2005. 

447(3): p. 626‐33. 

124.  Nishimura,  T.,  et  al.,  Immunohistochemical   staining   for   glutathione  S‐transferase   predicts 

response to  platinum‐based  chemotherapy  in head  and  neck  cancer. Clin Cancer Res, 1996. 2(11): 

p. 

1859‐

65. 

125.  Nakagawa, K., et al., Levels of  glutathione S transferase  pi  mRNA in human lung cancer  cell  lines 

correlate with the resistance to cisplatin and  carboplatin. Jpn J Cancer Res, 1988. 79(3): p. 301‐4. 

126.  Kim, K.H., et al., Clinicopathologic significance of  ERCC1, thymidylate synthase and  glutathione S‐

transferase  P1  expression  for   advanced   gastric  cancer   patients  receiving  adjuvant   5‐FU  and  

cisplatin chemotherapy. Biomarkers, 2011. 16(1): p. 74‐82. 

127. 

Arai, T.,

 et

 al.,

 Correlation

 between

 the

 immunohistochemical 

 and 

 mRNA

 expression

 of 

 glutathione

 

S‐transferase‐ pi  and  cisplatin  plus etoposide chemotherapy  response  in  patients with untreated  

 primary  non‐small  cell  lung cancer. Int J Oncol, 1997. 11(1): p. 127‐31. 

Page 35: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 35/43

34 

128.  Arai, T., et al., Immunohistochemical  expression of  glutathione transferase‐ pi  in untreated   primary  

non‐small ‐cell  lung cancer. Cancer Detect Prev, 2000. 24(3): p. 252‐7. 

129.  Hirano, T., et al., Identification of   postoperative adjuvant  chemotherapy  responders in non‐small  

cell  lung cancer  by  novel  biomarker. Int J Cancer, 2005. 117(3): p. 460‐8. 

130.  Ikeda, K., et al., Multivariate analysis  for   prognostic  significance of  histologic  subtype, GST ‐ pi, 

MDR‐1, and   p53 in stages II‐IV  ovarian cancer. Int J Gynecol Cancer, 2003. 13(6): p. 776‐84. 

131.  van der Zee, A.G., et al., Value of  P‐glycoprotein, glutathione S‐transferase  pi, c‐erbB‐2, and   p53 

as  prognostic  factors in ovarian carcinomas. J Clin Oncol, 1995. 13(1): p. 70‐8. 

132.  Konishi, I., et al., Tumor  response to neoadjuvant  chemotherapy  correlates with the expression of  

P‐glycoprotein and  PCNA but  not  GST ‐ pi  in the tumor  cells of  cervical  carcinoma. Gynecol Oncol, 

1998. 70(3): p. 365‐71. 

133.  Watson, M.A., et al., Human glutathione S‐transferase P1  polymorphisms:  relationship  to  lung 

tissue enzyme activity  and   population  frequency  distribution. Carcinogenesis, 1998. 19(2): p. 275‐

80. 

134. 

Lv, 

H., 

et 

al., 

Genetic 

 polymorphism 

of  

GSTP1 

and  

ERCC1 

correlated  

with 

response 

to 

 platinum‐

based  chemotherapy  in non‐small  cell  lung cancer. Med Oncol, 2014. 31(8): p. 86. 

135.  Wu, X., et al., Germline genetic variations  in drug action  pathways  predict  clinical  outcomes  in 

advanced   lung  cancer   treated  with  platinum‐based   chemotherapy. Pharmacogenet Genomics, 

2008. 18(11): p. 955‐65. 

136.  Lu, C.,  et  al.,  Association  between glutathione  S‐transferase  pi   polymorphisms and   survival   in 

 patients with

 advanced 

 nonsmall 

 cell 

 lung

 carcinoma.

 Cancer,

 2006.

 106(2):

 p.

 441

‐7.

 

137.  Saburi,  Y.,  et  al.,  Increased   expression  of   glutathione  S‐transferase  gene  in  cis‐

diamminedichloroplatinum(II)‐resistant  variants of  a Chinese hamster  ovary  cell  line. Cancer Res, 

1989. 49(24 Pt 1): p. 7020‐5. 

Page 36: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 36/43

35 

138.  Townsend, A.J., C.P. Tu, and K.H. Cowan, Expression of  human mu or  alpha class glutathione S‐

transferases in stably  transfected  human MCF ‐7  breast  cancer  cells: effect  on cellular  sensitivity  to 

cytotoxic agents. Mol Pharmacol, 1992. 41(2): p. 230‐6. 

139.  Waxman, D.J., et al., Gene‐specific oligonucleotide  probes  for  alpha, mu,  pi, and  microsomal  rat  

glutathione S‐transferases: analysis of  liver  transferase expression and  its modulation by  hepatic 

enzyme inducers and   platinum anticancer  drugs. Cancer Res, 1992. 52(20): p. 5797‐802. 

140.  Watson,  M.B.,  et  al.,  Expression  microarray   analysis  reveals  genes  associated   with  in  vitro 

resistance to cisplatin in a cell  line model. Acta Oncol, 2007. 46(5): p. 651‐8. 

141.  Smith, L., et al., The  proteomic analysis of  cisplatin resistance  in breast  cancer  cells. Oncol Res, 

2007. 16(11): p. 497‐506. 

142.  Wang,  C.H.,  et  al.,  Inhibition  of   glutathione  S‐transferase  M1  by   new   gabosine  analogues  is 

essential   for  overcoming cisplatin resistance  in  lung cancer  cells. J Med Chem, 2011. 54(24): p. 

8574‐81. 

143.  Wheeler, H.E., et al., Genome‐wide meta‐analysis identifies variants associated  with  platinating 

agent  

susceptibility  

across 

 populations. 

Pharmacogenomics 

J, 

2013. 

13(1): 

p. 

35‐

43. 

144.  Yang,  Y.  and  L.  Xian,  The  association  between  the  GSTP1   A313G  and   GSTM1  null/present  

 polymorphisms and  the treatment  response of  the  platinum‐based  chemotherapy  in non‐small  cell  

lung cancer  (NSCLC)  patients: a meta‐analysis. Tumour Biol, 2014. 35(7): p. 6791‐9. 

145.  Yang,  Y.Y.,  et  al.,  Human  metallothionein  isoform  gene  expression  in  cisplatin‐sensitive  and  

resistant  cells. Mol Pharmacol, 1994. 45(3): p. 453‐60. 

146. 

Kasahara, K.,

 et

 al.,

 Metallothionein

 content 

 correlates

 with

 the

 sensitivity 

 of 

 human

 small 

 cell 

 lung

 

cancer  cell  lines to cisplatin. Cancer Res, 1991. 51(12): p. 3237‐42. 

147.  Siegsmund,  M.J.,  et  al.,  Cisplatin‐resistant   bladder   carcinoma  cells:  enhanced   expression  of  

metallothioneins. Urol Res, 1999. 27(3): p. 157‐63. 

Page 37: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 37/43

36 

148.  Kelley,  S.L.,  et  al.,  Overexpression  of   metallothionein  confers  resistance  to  anticancer   drugs. 

Science, 1988. 241(4874): p. 1813‐5. 

149.  Theocharis, S.E., A.P. Margeli, and A. Koutselinis, Metallothionein: a multifunctional   protein  from 

toxicity  to cancer. Int J Biol Markers, 2003. 18(3): p. 162‐9. 

150.  Meijer, C., et al., Role of  metallothionein in cisplatin sensitivity  of  germ‐cell  tumours. Int J Cancer, 

2000. 85(6): p. 777‐81. 

151.  Hishikawa,  Y.,  et  al.,  Overexpression  of   metallothionein  correlates  with  chemoresistance  to 

cisplatin and   prognosis in esophageal  cancer. Oncology, 1997. 54(4): p. 342‐7. 

152.  Schneider,  J.G., et al., Commercial   laboratory   testing of  excision  repair  cross‐complementation 

group 1 expression in non‐small  cell  lung cancer. Oncologist, 2014. 19(5): p. 459‐65. 

Page 38: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 38/43

37 

Figure legends 

Figure 1. Cisplatin and analogs. 

Figure 2. Cellular  fate of  cisplatin  (Pt). Cisplatin crosses  the cell membrane by passive diffusion or by 

transmembrane  transporters. CTR1, CT2,  and OCT2 have been  identified  as  transporters  that  import 

cisplatin  into the cell. Once  inside the cell, cisplatin binds to DNA to cause DNA‐platinum adducts. The 

damage  is  repaired  by  ERCC1  and  members  of   the  NER  pathway.  Cisplatin  is  also  inactivated  by 

glutathione‐s‐transferase, which add a glutathione (GSH) to cisplatin. The conjugated cisplatin‐GSH is then 

exported  via  the  MRP2  transporters.  Cisplatin  is  also  exported by ATP7A  and ATP7B.  Inactivation of  

cisplatin can also result from binding metallothionein proteins (MT). 

Figure 3. Schematic of  nucleotide excision repair (NER). DNA‐platinum adducts are removed by the NER 

pathway. First the DNA‐platinum adduct  is detected. Then the damage  is verified and the pre‐incision 

complex is set up containing RPA, XPA, and XPG. DNA is unwound by XPB and XPD.  XPF‐ERCC1 and XPG 

create 

incisions 

5’ 

and 

3’ 

from 

the 

damaged 

base. 

The 

oligonucleotide 

containing 

the 

damaged 

base 

is 

removed. The gap is filled in by DNA repair synthesis complex: RPA, RFC, PCNA, and Pol /. Finally, the 

DNA is ligated. 

Page 39: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 39/43

38 

Page 40: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 40/43

39 

Page 41: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 41/43

40 

Page 42: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 42/43

41 

Table 1. Proteins associated with cisplatin resistance. 

Protein  Relationship  to 

resistance 

Cancer  References 

NER 

ERCC1  Increased expression  Ovarian,  NSCLC, 

Nasopharyngeal, 

esophageal,  cervical,  head 

and  neck  squamous 

carcinoma,  liver, 

osteosarcoma,  lung 

adenocarcinoma,  biliary 

tract  adenocarcinoma, 

mesothelioma,  pulmonary 

adenocarcinoma, gastric 

13‐16, 15, 17‐23, 24‐25, 

26, 

27‐

28, 

29‐

30, 

31, 

32, 

33, 34, 35, 36, 11 

XPA  Increased expression  Ovarian cancer  53, 54 

XPB  Increased expression  Ovarian cancer  53, 54 

XPF 

Increased expression

 Ovarian

 and

 colon

 cancer

 

cell  lines;  head  and  neck 

carcinoma 

55‐57

 

XPD  Increased expression  NSCLC and glioma cell lines  58, 59 

Cellular Uptake 

CTR1  Decreased expression  Ovarian cancer, NSCLC  73‐75 

CTR2  Increased expression  Ovarian cancer  80, 81 

OCT2  No change  Ovarian cancer  83 

Decreased expression  Gastric cancer  84 

Cellular Export

 

ATP7A  Increased expression  NSCLC, ovarian cancer  87, 89, 90 

ATP7B  Increased expression  Gastric,  hepatocellular, 

esophageal,  oral,  breast, 

endometrial,  lung,  ovarian 

cancer 

93‐101 

MRP2  Increased expression  Colorectal,  esophageal, 

hepatocellular cancer 

111‐113 

Drug Inactivation 

GSTP1  Increased expression  Ovarian  cancer,  head  and 

neck carcinoma,

 NSCLC

 

122‐124 

No change  Ovarian, cervical cancer  130‐132 

MT  Increased expression  Esophageal, ovarian cancer  151, 123 

Page 43: Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

8/18/2019 Cisplatin Resistance and Opportunities for Precision Medicine

http://slidepdf.com/reader/full/cisplatin-resistance-and-opportunities-for-precision-medicine 43/43

Table 2. Gene polymorphisms associated with cisplatin resistance. 

Gene  Polymorphism  Response to Cisplatin  Cancer  Reference 

NER 

ERCC1  rs11615, 

N118N 

Increased response  Ovarian  cancer, 

colorectal, 

pancreatic, 

osteosarcoma and 

NSCLC 

38,40,  42,  43,  44, 

45 

Decreased response  NSCLC  46, 47 

C8092A  Increased response  NSCLC, 

esophageal 

49, 50, 

Decreased response  Nasopharyngeal, 

mesothelioma 

51, 35 

No relationship  NSCLC  52 

XPD  Asp312Asn  Increased response  NSCLC, 

osteosarcoma, 

pancreatic cancer 

54,60, 62, 63 

Cellular uptake 

CTR1  rs7851395, 

rs12686377 

Increased response  NSCLC  76 

OCT2  rs195854, 

rs186941 

Increased response  NSCLC  85 

Cellular Export 

MRP2  Increased response  NSCLC  116, 117 

Drug 

Inactivation 

GSTM1  rs10431718  Increased response  lymphoblastoid 

cell lines 

143 

Null allele  Increased response  NSCLC  144