Abstract Models to study metastatic disease in rare cancers are needed to advance preclinical therapeutics and to gain insight into disease biology, especially for highly aggressive cancers with a propensity for metastatic spread. Osteosarcoma is a rare cancer with a complex genomic landscape in which outcomes for patients with metastatic disease are poor. As osteosarcoma genomes are highly heterogeneous, a large panel of models is needed to fully elucidate key aspects of disease biology and to recapitulate clinically-relevant phenotypes. We describe the development and characterization of osteosarcoma patient-derived xenografts (PDXs) and a panel of PDX-derived cell lines. Matched patient samples, PDXs, and PDX-derived cell lines were comprehensively evaluated using whole genome sequencing and RNA sequencing. PDXs and PDX-derived cell lines largely maintained the expression profiles of the patient from which they were derived despite the emergence of whole-genome duplication (WGD) in a subset of cell lines. These cell line models were heterogeneous in their metastatic capacity and their tissue tropism as observed in both intravenous and orthotopic models. As proof-of-concept study, we used one of these models to test the preclinical effectiveness of a CDK inhibitor on the growth of metastatic tumors in an orthotopic amputation model. Single-agent dinaciclib was effective at dramatically reducing the metastatic burden in this model. Graphical Abstract

SUMMARY Cancers evolve not only through the acquisition and clonal transmission of somatic mutations but also by non-genetic mechanisms that modify cell phenotype. Here, we describe how transcriptional heterogeneity arises within human hepatoblastoma, one of the cancers with the lowest mutational burden, characterized by activating mutations in the Wnt pathway. Histology-guided RNA sequencing and evaluation of spatial gene expression in primary hepatoblastomas identified foci of tumor cells within the highly proliferative embryonal histology that express the growth factor FGF19, colocalizing with markedly increased expression of Wnt target genes and cholangiocyte markers. In patient-derived tumoroids, FGF19 provided a required growth signal for FGF19-negative cells, and its expression depended on both Wnt/μ-catenin and the biliary transcription factor SOX4. Our results reveal that a biliary lineage program induces FGF19 as a paracrine signal for tumor growth, thereby modulating the transcriptional outcome of constitutive Wnt activation and tumor cell proliferation.

Neuroblastoma is a leading cause of death in childhood cancer cases. Unlike adult malignancies, which typically develop from aged cells through accumulated damage and mutagenesis, neuroblastoma originates from neural crest cells with disrupted differentiation. This distinct feature provides novel therapeutic opportunities beyond conventional cytotoxic methods. Previously, we reported that the mitochondrial uncoupler NEN (niclosamide ethanolamine) activated mitochondria respiration to reprogram the epigenome, promoting neuronal differentiation. In the current study, we further combine NEN with retinoic acid (RA) to promote neural differentiation both in vitro and in vivo. The treatment increased the expression of RA signaling and neuron differentiation-related genes, resulting in a global shift in the transcriptome towards a more favorable prognosis. Overall, these results suggest that the combination of a mitochondrial uncoupler and the differentiation agent RA is a promising therapeutic strategy for neuroblastoma.

Fibrolamellar hepatocellular carcinoma (FLC) is a rare form of cancer that affects primarily teenagers and young adults. FLC tumors are nearly always associated with an intrachromosomal deletion resulting in expression of a fusion protein between the chaperone DNAJ1B and the protein kinase PKA. FLC is challenging to study because of its rarity and limited pre-clinical models. Here we developed a novel transgenic mouse model of FLC. In this model, DNAJ1B-PKA overexpression in the liver of mouse embryos results in perinatal lethality. DNAJ1B-PKA overexpression in the liver of adult mice initiates tumors resembling FLC at low penetrance. Some of these tumors can be serially propagated in 3D cultures and in allografts, including in syngeneic hosts. One such model shows growth inhibition upon treatment with the CDK4/6 inhibitor palbociclib. New pre-clinical models of FLC will provide novel insights into the biology of this rare cancer and may help identify novel therapeutic strategies.