Abstract Predicting tumor sensitivity to antineoplastics remains an elusive challenge, with no methods demonstrating predictive power. Joint analysis of tumors—from patients with distinct malignancies who had progressed on multiple lines of therapy—and drug perturbation transcriptional profiles predicted sensitivity to 28 of 350 drugs, 26 of which (93%) were confirmed in low-passage, patient-derived xenograft (PDX) models. Drugs were prioritized based on their ability to either invert the activity of individual Master Regulator proteins, with available high-affinity inhibitors, or of the modules they comprise (Tumor-Checkpoints), based on de novo mechanism of action analysis. Of 138 PDX mice enrolled in 16 single and 18 multi-protein treatment arms, a disease control rate (DCR) of 68% and 91 %, and an objective response rate (ORR) of 12% and 17%, were achieved respectively, compared to 6% and 0% in the negative controls arm, with multi-protein drugs achieving significantly more durable responses. Thus, these approaches may effectively complement and expand current precision oncology approaches, as also illustrated by a case study.

Kinase fusions have been identified in a growing subset of sarcomas, but a lack of preclinical models has impeded their functional analysis as therapeutic targets in the sarcoma setting. In this study, we generated models of sarcomas bearing kinase fusions and assessed their response to molecularly targeted therapy. Immortalized, untransformed human mesenchymal stem cells (HMSC), a putative cell of origin of sarcomas, were modified using CRISPR-Cas9 to harbor a RET chromosomal translocation (HMSC-RET). In parallel, patient-derived models of RET- and NTRK-rearranged sarcomas were generated. Expression of a RET fusion activated common proliferation and survival pathways and transformed HMSC cells. The HMSC-RET models displayed similar behavior and response to therapy as the patient-derived counterparts in vitro and in vivo. Capicua (CIC)-mediated suppression of negative MAPK pathway regulators was identified as a potential mechanism by which these sarcomas compensate for RET or NTRK inhibition. This CIC-mediated feedback reactivation was blocked by coinhibition of the MAPK pathway and RET or NTRK in the respective models. Importantly, the combination of RET and ERK inhibitors was more effective than single agents at blocking tumor growth in vivo. This work offers new tools and insights to improve targeted therapy approaches in kinase-addicted sarcomas and supports upfront combination therapy to prolong responses.Novel models of kinase-rearranged sarcomas show that MAPK pathway feedback activation dampens responses to tyrosine kinase inhibitors, revealing the potential of combinatorial therapies to combat these tumors.

Abstract The small molecule inhibitor of ataxia telangiectasia and Rad3-related protein (ATR), elimusertib, is currently being tested clinically in various cancer entities in adults and children. Its preclinical anti-tumor activity in pediatric malignancies, however, is largely unknown. We here assessed the preclinical activity of elimusertib in >40 cell lines and >30 patient-derived xenograft (PDX) models derived from common pediatric solid tumor entities. Detailed in vitro and in vivo molecular characterization of the treated models enabled the evaluation of response biomarkers. Pronounced objective response rates were observed for elimusertib monotherapy in PDX, when treated with a regimen currently used in clinical trials. Strikingly, elimusertib outperformed standard of care chemotherapies, particularly in alveolar rhabdomysarcoma PDX. Thus, elimusertib has strong preclinical anti-tumor activity in pediatric solid tumor models, which may translate to clinically meaningful responses in patients. Statement of translational relevance Elimusertib is a small molecule inhibitor of ATR. ATR inhibitors have shown promising results as anticancer agents in adult cancers, but there is limited information on their effectiveness in pediatric solid tumors. Using a cohort of 32 patient-derived xenografts from pediatric solid tumors, we here evaluated the therapeutic potential of elimusertib in vivo . Elimusertib reduced tumor volume growth in all samples. Elimusertib had very limited toxicity and was potent even in tumors with preexisting chemoresistance. Our preclinical data indicates that elimusertib is a safe and potent therapeutic option for pediatric solid tumors. This data may serve as a rationale for the development of pediatric clinical trials for ATR inhibitors.

Abstract Pathognomonic PAX3-FOXO1 fusion oncogene expression is associated with poor outcome in rhabdomyosarcoma. Combining genome-wide CRISPR screening with cell- based functional genetic approaches, we here provide evidence that PAX3-FOXO1 induces replication stress, resulting in a synthetic lethal dependency to ATR-mediated DNA damage-response signaling in rhabdomyosarcoma. Expression of PAX3-FOXO1 in muscle progenitor cells was not only sufficient to induce hypersensitivity to ATR inhibition, but PAX3-FOXO1-expressing rhabdomyosarcoma cells also exhibited increased sensitivity to structurally diverse inhibitors of ATR, a dependency that could be validated genetically. Mechanistically, ATR inhibition led to replication stress exacerbation, decreased BRCA1 phosphorylation and reduced homologous recombination-mediated DNA repair pathway activity. Consequently, ATR inhibitor treatment increased sensitivity of rhabdomyosarcoma cells to PARP inhibition in vitro , and combined ATR and PARP inhibition induced regression of primary patient-derived alveolar rhabdomyosarcoma xenografts in vivo . Moreover, a genome-wide CRISPR activation screen (CRISPRa) identified FOS gene family members as inducers of resistance against ATR inhibitors. Mechanistically, FOS gene family members reduced replication stress in rhabdomyosarcoma cells. Lastly, compassionate use of ATR inhibitors in two pediatric patients suffering from relapsed PAX3-FOXO1-expressing alveolar rhabdomyosarcoma showed signs of tolerability, paving the way to clinically exploit this novel synthetic lethal dependency in rhabdomyosarcoma.

Wilms tumor (WT) is the most common childhood kidney cancer. To improve risk stratification and identify novel therapeutic targets for patients with WT, we used high-resolution mass spectrometry proteomics to identify urine tumor markers associated with WT relapse. We determined urine proteomes at diagnosis of 49 patients with WT, non-WT renal tumors, and age-matched controls, leading to the quantitation of 6,520 urine proteins. Supervised analysis revealed specific urine markers of renal rhabdoid tumors, kidney clear cell sarcomas, renal cell carcinomas, as well as those detected in cured and relapsed WT. In particular, urine prohibitin was significantly elevated at diagnosis in patients with relapsed as compared to cured WT. In a validation cohort of 139 patients, a specific urine prohibitin enzyme-linked immunosorbent assay demonstrated that prohibitin concentrations greater than 998 ng/mL at diagnosis were significantly associated with ultimate WT relapse. Immunohistochemical analysis revealed that prohibitin was highly expressed in primary WT specimens and associated with disease stage. Using functional genetic experiments, we found that prohibitin was required for the growth and survival of WT cells. Overexpression of prohibitin was sufficient to block intrinsic mitochondrial apoptosis and to cause resistance to diverse chemotherapy drugs, at least in part by dysregulating factors that control apoptotic cytochrome c release from mitochondrial cristae. Thus, urine prohibitin may improve therapy stratification, non-invasive monitoring of treatment response and early disease detection. In addition, therapeutic targeting of chemotherapy resistance induced by prohibitin dysregulation may offer improved therapies for patients with Wilms and other relapsed or refractory tumors.

10049 Background: Trastuzumab deruxtecan (T-DXd) is an anti-HER2 antibody-drug conjugate (ADC) linked to a topoisomerase inhibitor FDA-approved for several indications, including the treatment of HER2+ breast and gastric cancer. Although HER2 amplification is uncommon in pediatric cancers, recent demonstration of T-DXd efficacy in HER2-low breast cancer patients prompted us to examine the potential clinical relevance of T-DXd in pediatrics by evaluating HER2 expression and activity of T-DXd in preclinical pediatric solid tumor models. Methods: Cell viability was assessed in a panel of histologically diverse pediatric solid tumor cell lines and 2 HER2-amplified adult cancer cell lines treated with T-DXd, payload (DXd), and a control IgG-ADC. HER2 protein expression in patient-derived xenograft (PDX) tumors was evaluated by immunohistochemistry (IHC) using 5 clinically validated anti-HER2 antibodies. RNAseq was performed on clinical (n=290) and PDX (n=184) tumors to determine relative expression of ERBB2. In vivo activity of T-DXd was evaluated in osteosarcoma (OS, n=10), Wilms tumor (WT, n=1) and malignant rhabdoid tumor (MRT, n=1) PDX models and a desmoplastic small round cell tumor (DSRCT) cell line xenograft model. Differences in tumor volume and time to disease progression was assessed and compared across treatments and models. Responses were correlated with HER2 expression by IHC. Results: In vitro, HER2-amplified control cell lines demonstrated a >30-fold reduction of IC50 when comparing T-DXd to ADC control. In contrast, the ADC control IC50 was nearly identical to T-DXd across all pediatric cancer cell lines, consistent with the absence of HER2 amplification in these models. We observed focal and membranous staining of HER2 by IHC in PDXs but was quite variable across antibodies tested: WT 0-17% HER2+ cases (n=6), MRT 0-40% (n=5), DSRCT 0-33% (n=24), OS 0-7% (n=30). ERBB2 gene expression was highest in DSRCT followed by WT, OS and MRT. In vivo efficacy studies demonstrated complete and partial responses in OS, WT, and DSRCT and improved disease control rates (OS: 67%, p=0.006, Mann-Whitney; WT: 100%; DSRCT: 100%). However, T-DXd and ADC control demonstrated similar activity in all tumor types with no consistent correlation between in vivo response and HER2 expression. Consistent with these preclinical studies, 4 patients with progressive DSRCT were treated with T-DXd via compassionate/off-label access with signs of clinical and radiographic responses. Conclusions: T-DXd shows significant preclinical antitumor activity across multiple pediatric solid tumors but little correlation with HER2 expression suggesting a mechanism of action similar to the clinical activity observed in HER2-low breast cancer. Xenograft efficacy studies and preliminary clinical experience with T-DXd in DSRCT patients warrant formal clinical trial investigation in this largely incurable disease.

ALL cures require many MRD therapies. This strategy should drive experiments and trials in metastatic bone sarcomas.

<div>Abstract<p>Kinase fusions have been identified in a growing subset of sarcomas, but a lack of preclinical models has impeded their functional analysis as therapeutic targets in the sarcoma setting. In this study, we generated models of sarcomas bearing kinase fusions and assessed their response to molecularly targeted therapy. Immortalized, untransformed human mesenchymal stem cells (HMSC), a putative cell of origin of sarcomas, were modified using CRISPR-Cas9 to harbor a <i>RET</i> chromosomal translocation (HMSC-RET). In parallel, patient-derived models of <i>RET</i>- and <i>NTRK</i>-rearranged sarcomas were generated. Expression of a RET fusion activated common proliferation and survival pathways and transformed HMSC cells. The HMSC-RET models displayed similar behavior and response to therapy as the patient-derived counterparts <i>in vitro</i> and <i>in vivo</i>. Capicua (CIC)-mediated suppression of negative MAPK pathway regulators was identified as a potential mechanism by which these sarcomas compensate for RET or NTRK inhibition. This CIC-mediated feedback reactivation was blocked by coinhibition of the MAPK pathway and RET or NTRK in the respective models. Importantly, the combination of RET and ERK inhibitors was more effective than single agents at blocking tumor growth <i>in vivo</i>. This work offers new tools and insights to improve targeted therapy approaches in kinase-addicted sarcomas and supports upfront combination therapy to prolong responses.</p>Significance:<p>Novel models of kinase-rearranged sarcomas show that MAPK pathway feedback activation dampens responses to tyrosine kinase inhibitors, revealing the potential of combinatorial therapies to combat these tumors.</p></div>

Vertebral artery tortuosity is a common phenomenon with an estimated incidence of 2.7%. However, it is symptomatic in very rare instances, with only 21 cases reported in the literature. When a neurovascular conflict can be clearly identified, microsurgical decompression should be the treatment of choice. This can be performed through a variety of different strategies which can achieve either direct or indirect decompression. We present the case of a 68-year-old female who suffered from progressive right-sided C5 radiculopathy and deltoid weakness for over a year secondary to a neurovascular conflict between a V2 vertebral artery loop and the C5 nerve root. Microvascular decompression with vertebral artery transposition using an anterolateral approach was recommended for pain management and arrest of her neurological deficit, and the patient consented to the procedure. Institutional Review Board approval was not necessary given that this treatment was necessary and indicated. The longus colli is mobilized, and the anterior wall of the foramen transversarium is exposed. The foramen transversarium is drilled to unroof the vertebral artery. The neuroforamen is identified. A tailored foraminotomy is performed to expose the neurovascular conflict. The vertebral artery loop is dissected away from the C5 nerve root and transposed outside the neuroforamen. The transposition is maintained with Teflon felts. The patient had immediate resolution of her pain and weakness. Surgeons should be aware of this rare cause of radiculopathy and should be familiar with the surgical technique for vertebral artery mobilization. Direct decompression should be the goal of treatment when possible.

Background: Pediatric oncologists have begun to leverage tumor genetic profiling to match patients with targeted therapies. At the Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSKCC), we developed the Pediatric Molecular Tumor Board (PMTB) to track, integrate, and interpret clinical genomic profiling and potential targeted therapeutic recommendations. Procedure: This retrospective case series includes all patients reviewed by the MSKCC PMTB from July 2014 to June 2015. Cases were submitted by treating oncologists and potential treatment recommendations were based upon the modified guidelines of the Oxford Centre for Evidence Based Medicine. Results: There were 41 presentations of 39 individual patients during the study period. Gliomas, acute myeloid leukemia, and neuroblastoma were the most commonly reviewed cases. Thirty nine (87%) of the 45 molecular sequencing profiles utilized hybrid-capture targeted genome sequencing. In 30 (73%) of the 41 presentations, the PMTB provided therapeutic recommendations, of which 19 (46%) were implemented. Twenty-one (70%) of the recommendations involved targeted therapies. Three (14%) targeted therapy recommendations had published evidence to support the proposed recommendations (evidence levels 1-2), 8 (36%) recommendations had preclinical evidence (level 3), and 11 (50%) recommendations were based upon hypothetical biological rationales (level 4). Conclusions: The MSKCC PMTB enabled a clinically relevant interpretation of genomic profiling. Effective use of clinical genomics is anticipated to require new and improved tools to ascribe pathogenic significance and therapeutic actionability. Development of specific rule-driven clinical protocols will be needed for the incorporation and evaluation of genomic and molecular profiling in interventional prospective clinical trials.