ABSTRACT Low-flow vascular malformations are congenital overgrowths composed by abnormal blood vessels potentially causing pain, bleeding, and obstruction of different organs. These diseases are caused by oncogenic mutations in the endothelium which result in overactivation of the PI3K/AKT pathway. Lack of robust in vivo preclinical data has prevented the development and translation into clinical trials of specific molecular therapies for these diseases. Here, we describe a new reproducible preclinical in vivo model of PI3K-driven vascular malformations using the postnatal mouse retina. This model reproduces human disease with Pik3ca activating mutations expressed in a mosaic pattern and vascular malformations formed in veins and capillaries. We show that active angiogenesis is required for the pathogenesis of vascular malformations caused by activating Pik3ca mutations. Using this model, we demonstrate that low doses of the AKT inhibitor miransertib both prevents and induces the regression of PI3K-driven vascular malformations. We confirmed miransertib efficacy in isolated human endothelial cells with genotypes spanning most of human low-flow vascular malformations. Graphical abstract Low-flow vascular malformations are caused by PI3K signalling overactivation in endothelial cells. We have generated an optimised and robust preclinical system of PI3K-driven vascular malformations by inducing the mosaic expression of Pik3ca H1047R in the retinal angiogenic endothelium. This preclinical model displays traits constituting the main hallmarks of the pathogenesis of low-flow blood vascular malformations: overactivation of PI3K signalling (high phospho-S6), vascular compartment specificity, loss of pericyte coverage, and endothelial cell hyperproliferation. Using this preclinical model we report that low dose AKT inhibitor miransertib prevents and regress PI3K-driven vascular malformations.

SUMMARY Ewing Sarcoma (EwS) is an aggressive bone and soft tissue tumor driven by the fusion oncoprotein EWSR1-FLI1. This aberrant transcription factor binds to GGAA microsatellites, causing epigenetic reprogramming through the formation of active neo-enhancers in a permissive cellular context. Inhibition of the oncogene remains challenging and current efforts instead seek to exploit emergent epigenetic treatments targeting EWSR1-FLI1 cofactors. Here, stemming from the genome-wide redistribution of H3K27me3 upon expression of EWSR1-FLI1 in pediatric hMSC, we unravel the contribution of the H3K27me3 demethylases KDM6A and KDM6B in transcriptional activation at EWSR1-FLI1 enhancers. We found that KDM6A has a demethylase-independent role in recruiting the SWI/SNF member BRG1 at EWSR1-FLI1-primed enhancers containing single GGAA motif, which is critical for EwS tumor growth. Conversely, KDM6B demethylates H3K27me3 at EWSR1-FLI1-active enhancers containing multimeric GGAA repeats and its deletion synergizes with EZH2 inhibitors. Our results highlight KDM6 demethylases as EWSR1-FLI1 cofactors with potential for future targeted therapies.