Abstract Pediatric high-grade glioma (pHGG) is a major contributor to cancer-related death in children. In vitro and in vivo disease models reflecting the intimate connection between developmental context and pathogenesis of pHGG are essential to advance understanding and identify therapeutic vulnerabilities. We established 21 patient-derived pHGG orthotopic xenograft (PDOX) models and eight matched cell lines from diverse groups of pHGG. These models recapitulated histopathology, DNA methylation signatures, mutations and gene expression patterns of the patient tumors from which they were derived, and included rare subgroups not well-represented by existing models. We deployed 16 new and existing cell lines for high-throughput screening (HTS). In vitro HTS results predicted variable in vivo response to inhibitors of PI3K/mTOR and MEK signaling pathways. These unique new models and an online interactive data portal to enable exploration of associated detailed molecular characterization and HTS chemical sensitivity data provide a rich resource for pediatric brain tumor research.

The cellular plasticity of neuroblastoma is defined by a mixture of two major cell states, adrenergic (ADRN) and mesenchymal (MES), which may contribute to therapy resistance. However, how neuroblastoma cells switch cellular states during therapy remains largely unknown and how to eradicate neuroblastoma regardless of their cell states is a clinical challenge. To better understand the lineage switch of neuroblastoma in chemoresistance, we comprehensively defined the transcriptomic and epigenetic map of ADRN and MES types of neuroblastomas using human and murine models treated with indisulam, a selective RBM39 degrader. We showed that cancer cells not only undergo a bidirectional switch between ADRN and MES states, but also acquire additional cellular states, reminiscent of the developmental pliancy of neural crest cells. The lineage alterations are coupled with epigenetic reprogramming and dependency switch of lineage-specific transcription factors, epigenetic modifiers and targetable kinases. Through targeting RNA splicing, indisulam induces an inflammatory tumor microenvironment and enhances anticancer activity of natural killer cells. The combination of indisulam with anti-GD2 immunotherapy results in a durable, complete response in high-risk transgenic neuroblastoma models, providing an innovative, rational therapeutic approach to eradicate tumor cells regardless of their potential to switch cell states.

Abstract Pediatric solid tumors arise from diverse tissues during development and exhibit a wide range of molecular, cellular and genetic features. This diversity, combined with the low incidence of pediatric cancer makes it increasingly difficult to personalize therapy for individual patients based on the unique features of their tumors. Therefore, well-credentialed preclinical models that capture the diversity and heterogeneity of pediatric solid tumors are essential for identifying molecular targeted therapeutics for precision medicine. Here, we report 281 orthotopic patient derived xenografts (O-PDXs) from 224 patients representing 24 different types of pediatric solid tumors. We have performed genomic characterization of the O-PDXs and compared them to their corresponding patient tumors. To demonstrate the feasibility and utility of using such a diverse collection of O-PDXs in preclinical studies, we performed a preclinical pediatric precision medicine trial based on the NCI-COG Pediatric MATCH trial enrollment criteria. We also tested molecular targeted therapy for a novel oncogenic fusion recently reported in pediatric melanoma and precision drug delivery using nano-liposomal irinotecan. Our studies demonstrate the value of large, well-credentialed preclinical models for future precision medicine in pediatric oncology using single agents, drug combinations and novel drug formulations. Translational Relevance This study demonstrates the value of utilizing fully characterized preclinical models of pediatric solid tumors to evaluate the response to precision medicine approaches. Our results demonstrate the importance of performing comprehensive preclinical testing using multiple orthotopic patient derived xenografts to validate and prioritize vulnerabilities identified through genomic or integrated analyses which can be translated into clinical trials. Importantly, this study identified combinations using nano-liposomal irinotecan in a precision drug delivery approach that may benefit pediatric solid tumor patients. In addition, all models and their associated data are made freely available to the scientific community through the Childhood Solid Tumor Network.

ABSTRACT Obesity has been epidemiologically and empirically linked with more severe disease upon influenza infection. To ameliorate severe disease, treatment with antivirals, such as the neuraminidase inhibitor oseltamivir, are suggested to begin within days of infection, especially in hosts at higher risk for poor outcomes. However, this treatment is often poorly effective and can generate resistance variants within the treated host. Here, we hypothesized that oseltamivir treatment would not be effective in genetically obese mice and would generate a more diverse and drug resistant viral population. We demonstrated that oseltamivir treatment does not improve viral clearance in obese mice. While no traditional variants associated with oseltamivir resistance emerged, we did note that drug treatment failed to quench the viral population and did lead to phenotypic drug resistance in vitro. Mechanistically, we demonstrate the blunted interferon response in obese hosts may be contributing to treatment failure, as type I interferon receptor deficient mice also fail to clear influenza virus infection upon oseltamivir administration. Together, these studies suggest that the unique pathogenesis and immune responses in obese mice could have implications for pharmaceutical interventions and the within-host dynamics of the influenza virus population. IMPORTANCE Influenza virus infections, while typically resolving within days to weeks, can turn critical especially in high-risk populations. Prompt antiviral administration is crucial to mitigating these severe sequalae, yet concerns remain if antiviral treatment is effective in hosts with obesity. Here, we show that oseltamivir does not improve viral clearance in genetically obese or type I IFN receptor-deficient mice and increases the genetic entropy of the within-host viral population. This suggests a blunted immune response may impair oseltamivir efficacy and render a host more susceptible to severe disease. This study furthers our understanding of oseltamivir treatment dynamics both systemically and in the lungs of obese mice, as well as the consequences of oseltamivir treatment for the within-host emergence of drug-resistant variants.