The role of dopamine in the addictive process (loss of control and compulsive drug intake) is poorly understood. A consistent finding in drug-addicted subjects is a lower level of dopamine D2 receptors. In cocaine abusers, low levels of D2 receptors are associated with a lower level of metabolism in the orbitofrontal cortex. Because the orbitofrontal cortex is associated with compulsive behaviors, its disruption may contribute to compulsive drug intake in addicted subjects. This study explored whether a similar association occurs in methamphetamine abusers.Fifteen methamphetamine abusers and 20 non-drug-abusing comparison subjects were studied with positron emission tomography (PET) and [11C]raclopride to assess the availability of dopamine D2 receptors and with [18F]fluorodeoxyglucose to assess regional brain glucose metabolism, a marker of brain function.Methamphetamine abusers had a significantly lower level of D2 receptor availability than comparison subjects (a difference of 16% in the caudate and 10% in the putamen). D2 receptor availability was associated with metabolic rate in the orbitofrontal cortex in abusers and in comparison subjects.Lower levels of dopamine D2 receptor availability have been previously reported in cocaine abusers, alcoholics, and heroine abusers. This study extends this finding to methamphetamine abusers. The association between level of dopamine D2 receptors and metabolism in the orbitofrontal cortex in methamphetamine abusers, which replicates previous findings in cocaine abusers, suggests that D2 receptor-mediated dysregulation of the orbitofrontal cortex could underlie a common mechanism for loss of control and compulsive drug intake in drug-addicted subjects.

Methylphenidate (Ritalin) is the most commonly prescribed psychoactive drug in children for the treatment of attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), yet the mechanisms responsible for its therapeutic effects are poorly understood.Whereas methylphenidate blocks the dopamine transporter (main mechanism for removal of extracellular dopamine), it is unclear whether at doses used therapeutically it significantly changes extracellular dopamine (DA) concentration.Here we used positron emission tomography and [ 11 C]raclopride (D2 receptor radioligand that competes with endogenous DA for binding to the receptor) to evaluate whether oral methylphenidate changes extracellular DA in the human brain in 11 healthy controls.We showed that oral methylphenidate (average dose 0.8 Ϯ 0.11 mg/kg) significantly increased extracellular DA in brain, as evidenced by a significant reduction in B max /K d (measure of D2 receptor availability) in striatum (20 Ϯ 12%; p Ͻ 0.0005).These results provide direct evidence that oral methylphenidate at doses within the therapeutic range significantly increases extracellular DA in human brain.This result coupled with recent findings of increased dopamine transporters in ADHD patients (which is expected to result in reductions in extracellular DA) provides a mechanistic framework for the therapeutic efficacy of methylphenidate.The increase in DA caused by the blockade of dopamine transporters by methylphenidate predominantly reflects an amplification of spontaneously released DA, which in turn is responsive to environmental stimulation.Because DA decreases background firing rates and increases signal-to-noise in target neurons, we postulate that the amplification of weak DA signals in subjects with ADHD by methylphenidate would enhance task-specific signaling, improving attention and decreasing distractibility.Alternatively methylphenidate-induced increases in DA, a neurotransmitter involved with motivation and reward, could enhance the salience of the task facilitating the "interest that it elicits" and thus improving performance.

Back to table of contents Previous article Next article Brief ReportFull AccessPrediction of Reinforcing Responses to Psychostimulants in Humans by Brain Dopamine D2 Receptor LevelsNora D. Volkow, M.D., Gene-Jack Wang, M.D., Joanna S. Fowler, Ph.D., Jean Logan, Ph.D., Samuel J. Gatley, Ph.D., Andrew Gifford, Ph.D., Robert Hitzemann, Ph.D., Yu-Shin Ding, Ph.D., and Naomi Pappas, M.S.Nora D. Volkow, M.D., Gene-Jack Wang, M.D., Joanna S. Fowler, Ph.D., Jean Logan, Ph.D., Samuel J. Gatley, Ph.D., Andrew Gifford, Ph.D., Robert Hitzemann, Ph.D., Yu-Shin Ding, Ph.D., and Naomi Pappas, M.S.Published Online:1 Sep 1999https://doi.org/10.1176/ajp.156.9.1440AboutSectionsView articleAbstractPDF/EPUB ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack Citations ShareShare onFacebookTwitterLinked InEmail View articleAbstractOBJECTIVE: This study assessed whether brain dopamine D2 receptor levels, which show significant intersubject variability, predict reinforcing responses to psychostimulants in humans. METHOD: [11C]Raclopride and positron emission tomography were used to measure D2 receptor levels in 23 healthy men (mean age=34 years, SD=7) who had no drug abuse histories in order to assess if there were differences between the subjects who liked and those who disliked the effects of intravenous methylphenidate (0.5 mg/kg). RESULTS: Subjects who liked the effects of methylphenidate had significantly lower D2 receptor levels (mean=2.72 Bmax/Kd, SD=0.3) than subjects who disliked its effects (mean=3.16, SD=0.3). Moreover, the higher the D2 levels found, the more intense were methylphenidate's unpleasant effects. CONCLUSIONS: These results provide preliminary evidence that D2 receptor levels predict response to psychostimulants in humans and that low D2 receptors may contribute to psychostimulant abuse by favoring pleasant response. One of the most challenging problems in the neurobiology of drug addiction is understanding why some individuals abuse drugs, whereas others do not. It has been hypothesized that low levels of dopamine D2 receptors predispose subjects to use drugs as a means of compensating for the decrease in activation of reward circuits activated by these receptors (1). However, the data supporting D2 receptor level involvement in predisposition to drug addiction are controversial (2), and the involvement of D2 receptor levels in the reinforcing responses to drugs in humans has not been demonstrated.In the present study, we used [11C]raclopride and positron emission tomography (PET) to determine if there were differences in striatal D2 receptor levels between subjects who reported the effects of methylphenidate (a psychostimulant drug that, like cocaine, blocks the dopamine transporters [3]) as pleasant and those who reported them as unpleasant and to assess whether D2 receptor levels predict behavioral responses to methylphenidate, which differ markedly among subjects (4, 5). Although raclopride binds to both D2 and D3 receptors, the striatal concentration of D3 receptors is very low (≈1% of D2 receptors) (6), so that the PET measurements mainly reflect binding to D2 receptors.METHODTwenty-three male subjects (mean age=34 years, mean SD=7) without psychiatric, neurological, or medical disease or drug abuse or dependence (except nicotine) were studied. Subjects were scanned by using a CTI 931 tomograph (Siemens, Nashville) after intravenous injection of 4–10 mCi of [11C]raclopride (specific activity=0.5–1.5 Ci/µM) (7). On a different day, subjects were given an intravenous dose of methylphenidate (0.5 mg/kg) after being told they would receive either placebo or methylphenidate. Behavioral effects were measured by using analogue self-rating scales for pleasant (happiness, mood, sexual desire, and desire for methylphenidate) and unpleasant (annoyance, distrust, anxiety, loss of control, and restlessness) drug effects, scored from 0 to 10 minutes before and 27 minutes after methylphenidate treatment (8). At the end of the study, subjects were asked if the effects of methylphenidate were pleasant or unpleasant. Written informed consent was obtained from all subjects after procedures had been fully explained.Regions in the striatum and cerebellum were outlined on the individual's summed [11C]raclopride image (between 15 and 54 minutes after injection of the radiotracer) and were then projected into the dynamic images to generate time activity curves (7). These time activity curves, along with the time activity curves for the amount of unchanged tracer in plasma, were used to obtain distribution volumes (equilibrium measurement of the ratio of tissue concentration to plasma concentration) and to compute the Bmax/Kd (ratio of the distribution volume in the striatum to that in the cerebellum minus 1) (9). This method has been shown to yield reliable and accurate estimates of Bmax/Kd(10). Differences in Bmax/Kd between the subjects who liked and those who disliked the effects of methylphenidate were compared by using Student's t tests (two-tailed); Pearson product-moment correlations were used to compute correlations between D2 receptor levels and methylphenidate-induced behavioral changes (ratings after methylphenidate treatment minus baseline ratings). Significance was set at p<0.01.RESULTSTwelve subjects described the effects of methylphenidate as pleasant, nine described them as unpleasant, and two responded neutrally. There were no differences in demographic characteristics, smoking status, or plasma methylphenidate concentrations between individuals who liked and those who disliked the effects of methylphenidate.Subjects who liked the effects of methylphenidate had significantly lower levels of D2 receptors (mean=2.72 Bmax/Kd, SD=0.32) than did subjects who disliked the effects (mean=3.16, SD=0.26) (t=3.3, df=19, p<0.004) (figure 1 and figure 2). The levels of D2 receptors were correlated negatively with methylphenidate-induced increases in the self-rating scales for happiness (r=–0.58, df=22, p<0.005) and increases in the self-rating scales for mood (r=–0.52, df=12, p=0.01) and positively correlated with the methylphenidate-­induced increases in the self-rating scales for annoyance (r=0.53, df=22, p=0.01) and distrust (r=0.66, df=12, p<0.001). Although the results were not significant (p>0.05<0.20), the correlations with D2 receptor levels for the other pleasant drug effects were positive, and those for the other unpleasant effects were negative (figure 3).DISCUSSIONThe differences in response to methylphenidate between subjects with high and low D2 receptor levels can be explained by the hypothesis that there is an optimal range in which D2 receptor stimulation can be perceived as reinforcing; too little may not be sufficient, but too much may be aversive (11). Thus, it is possible that in subjects with high D2 receptor levels, a small dose of methylphenidate may be perceived as pleasant. If D2 receptor levels modulate sensitivity to physiological reinforcers (12), then one could postulate that low D2 receptor levels would predispose a subject to use drugs as a means of compensating for decreased activation of reward circuits (1). Alternatively, low D2 receptor levels could predispose individuals to psychostimulant abuse by favoring initial pleasant drug responses, which have been shown to predict future drug use (13), and/or high D2 receptor levels may protect against drug abuse by favoring unpleasant drug responses.Subjects who reported the effects of methylphenidate as pleasant, as most cocaine abusers do (13), had D2 receptor levels similar to those previously reported in cocaine abusers (Bmax/Kd=2.6, SD=0.3) (14). Thus, these results bring to light the possibility that low D2 receptor levels in cocaine abusers may have antedated their cocaine use and may have contributed to their cocaine abuse. However, even if this possibility were to be corroborated, the fact that the subjects who liked methylphenidate had D2 receptor levels similar to those found in cocaine addicts but were not drug abusers suggests that additional variables are involved in the vulnerability to drug abuse.These results are highly suggestive of an involvement of D2 receptor levels in the perception of the reinforcing effects of psychostimulants. These results agree with those from studies in laboratory animals indicating that D2 receptor levels mediate reinforcing responses to drugs of abuse. This is evidenced by the ­decrease in the reinforcing effects of alcohol and morphine in mice who lack D2 receptors (D2 receptor knockout) (15, 16) and by the decrease in the reinforcing effects of cocaine in animals given drugs that block D2 receptors (17, 18). While the studies on the effects of D2 receptor antagonists in the reinforcing effects of psychostimulants in humans have not been as conclusive as those in laboratory animals, they have shown a decrease in the subjective ratings of pleasant sensations and of the craving induced by cocaine (19, 20). The lower efficacy of D2 receptor antagonists reported in human studies may reflect the fact that the doses used were lower than those used in laboratory animals.Although analogue scales for self-reports of drug effects have been shown to be reliable and consistent across studies and to predict administration of drugs in human subjects (21), this study would have benefited had these measures been corroborated by other behavioral instruments—e.g., the Profile of Mood States.This is the first evidence in humans showing an association between D2 receptor levels in brain and the reinforcing responses to psychostimulants. Further studies are required to determine the involvement of D2 receptors in the predisposition to drug abuse.Received Nov. 16, 1998; revision received Feb. 12, 1999; accepted Feb. 23, 1999. From the Medical and Chemistry Departments, Brookhaven National Laboratory, Upton, N.Y.; and the Department of Psychiatry, State University of New York at Stony Brook. Address reprint requests to Dr. Volkow, Medical Department, Bldg. 490, Upton, NY 11973; [email protected] (e-mail). Supported in part by U.S. Department of Energy contract ACO2-76CH00016 and National Institute on Drug Abuse grant DA-06891. The authors thank David Alexoff, Robert Carciello, Paula Cervany, Richard Ferrieri, Payton King, Alex Levy, Robert MacGregor, Noelwah Netusil, Carol Redvanly, David Schlyer, Colleen Shea, Donald Warner, and Cristopher Wong for their help.FIGURE 1. Distribution Volume Images of [11C]Raclopride at the Levels of the Striatum (left) and Cerebellum (right) in a Healthy Male Subject Who Reported the Effects of Methylphenidate as Pleasant and in a Healthy Male Subject Who Reported Them as UnpleasantaThe images have been normalized to the cerebellar activity of each subject because this reflects nonspecific binding. Notice the lower activity in the striatum of the subject who reported the effects of methylphenidate as pleasant than in the striatum of the subject who reported them as unpleasant. 100% = 25 ml/mg; 10% = 0.4 ml/mg.FIGURE 2. D2 Receptor Levels (Bmax/K d) in 23 Healthy Male Subjects Who Reported the Effects of Methylphenidate as Pleasant, Unpleasant, or NeutralaaBmax/Kd values were lower in subjects who reported the effects of methylphenidate as pleasant than in those who reported them as unpleasant. The horizontal lines represent the means for the Bmax/Kd estimates for the different groups.FIGURE 3. Regression Slopes and Correlations Between the Behavioral Effects of Methylphenidatea and the Measures of Dopa­mine D2 Receptor Levels (B max/K d) in 23 Healthy Male SubjectsRatings after methylphenidate treatment minus baseline ratings.References1. Blum K, Cull JC, Braverman ER, Comings DE: Reward deficiency syndrome. Am Sci 1996; 84:132–145Google Scholar2. Goldman D, Urbanek M, Guenther D, Robin R, Long JC: A functionally deficient DRD2 variant [Ser311Cys] is not linked to alcoholism and substance abuse. Alcohol 1998; 16:47–52Crossref, Medline, Google Scholar3. Ritz MC, Lamb RJ, Goldberg SR, Kuhar MJ: Cocaine receptors on dopamine transporters are related to self-administration of cocaine. Science 1987; 237:1219–1223Google Scholar4. Joyce PR, Donald RA, Nicholls MG, Lievesey JH, Abbott RM: Endocrine and behavioral responses to methylphenidate in normal subjects. Biol Psychiatry 1986; 21:1015–1023Google Scholar5. Chait LD: Reinforcing and subjective effects of methylphenidate in humans. Behav Pharmacol 1994; 5:281–288Crossref, Medline, Google Scholar6. Sokoloff P, Schwartz JC: Novel dopamine receptors half a decade later. Trends Pharmacol Sci 1995; 16:270–275Crossref, Medline, Google Scholar7. Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ, Dewey SL, Schlyer D, MacGregor R, Logan J, Alexoff D, Shea C, Hitzemann R, Angrist B, Wolf AP: Reproducibility of repeated measures of 11C raclopride binding in the human brain. J Nucl Med 1993; 34:609–613Medline, Google Scholar8. Wang G-J, Volkow ND, Hitzemann RJ, Wong C, Angrist B, Burr G, Pascani K, Pappas N, Lu A, Cooper T, Lieberman JA: Behavioral and cardiovascular effects of intravenous methylphenidate in normal subjects and cocaine abusers. Eur Addict Res 1997; 3:49–54Crossref, Google Scholar9. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wolf AP, Dewey SL, Schlyer DJ, MacGregor RR, Hitzemann R, Bendriem B, Gatley SJ, Christman DR: Graphical analysis of reversible radioligand binding from time-activity measurements applied to [N-11C-methyl]cocaine PET studies in human subjects. J Cereb Blood Flow Metab 1990; 10:740–747Crossref, Medline, Google Scholar10. Endres CJ, Carson RE: Assessment of dynamic neurotransmitter changes with bolus or infusion delivery of neuroreceptor ligands. J Cereb Blood Flow Metab 1998; 18:1196–1210Google Scholar11. Glick SD, Raucci J, Wang S, Keller RW Jr, Carlson JN: Neurochemical predisposition to self-administer cocaine in rats: individual differences in dopamine and its metabolites. Brain Res 1994; 653:148–154Crossref, Medline, Google Scholar12. Chausmer AL, Ettenberg A: A role for D2, but not D1, dopamine receptors in the response-reinstating effects of food reinforcement. Pharmacol Biochem Behav 1997; 57:681–685Crossref, Medline, Google Scholar13. Davidson ES, Finch JF, Schenk S: Variability in subjective responses to cocaine: initial experiences of college students. Addict Behav 1993; 18:445–453Crossref, Medline, Google Scholar14. Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Logan J, Gatley SJ, Hitze­mann R, Chen AD, Dewey SL, Pappas N: Decreased striatal dopaminergic responsivity in detoxified cocaine abusers. Nature 1997; 386:830–833Crossref, Medline, Google Scholar15. Phillips TJ, Brown KJ, Burkhart-Kasch S, Wenger CD, Kelly MA, Rubinstein M, Grandy DK, Low MJ: Alcohol preference and sensitivity are markedly reduced in mice lacking D2 receptors. Nat Neurosci 1998; 1:610–615Crossref, Medline, Google Scholar16. Maldonado R, Saiardi A, Valverde O, Samad TA, Roques BP, Borrelli E: Absence of opiate rewarding effects in mice lacking dopamine D2 receptors. Nature 1997; 388:586–589Crossref, Medline, Google Scholar17. De Wit H, Wise RA: Blockade of cocaine reinforcement in rats with the dopamine receptor blocker pimozide, but not with the noradrenergic blockers phentolamine or phenoxybenzamine. Can J Psychol 1977; 31:195–203Crossref, Medline, Google Scholar18. Spealman RD: Antagonism of behavioral effects of cocaine by selective dopamine receptor blockers. Psychopharmacology (Berl) 1990; 101:142–145Crossref, Medline, Google Scholar19. Berger SP, Hall S, Mickalian JD, Reid MS, Crawford CA, Delucchi K, Carr K, Hall S: Haloperidol antagonism of cue-elicited cocaine craving. Lancet 1996; 347:504–508Crossref, Medline, Google Scholar20. Sherer MA, Kumor KM, Jaffe JH: Effects of intravenous cocaine are partially attenuated by haloperidol. Psychiatry Res 1989; 27:117–125Crossref, Medline, Google Scholar21. Fischman MW, Foltin RW: Utility of subjective-effects measurements in assessing abuse liability of drugs in humans. Br J Addict 1991; 86:1563–1570Google Scholar FiguresReferencesCited byDetailsCited ByPET Imaging of Dopamine D2 Receptors in Monkey Models of Cocaine Abuse: Genetic Predisposition Versus Environmental ModulationMichael A. Nader, Ph.D., and Paul W. Czoty, Ph.D.1 August 2005 | American Journal of Psychiatry, Vol. 162, No. 8The Mosaic of AddictionCHARLES P. O'BRIEN, M.D., Ph.D.22 December 2014 | American Journal of Psychiatry, Vol. 161, No. 10Variables That Affect the Clinical Use and Abuse of Methylphenidate in the Treatment of ADHDNora D. Volkow, M.D., and James M. Swanson, Ph.D.1 November 2003 | American Journal of Psychiatry, Vol. 160, No. 11Subjective Experience and D2 Receptor Occupancy in Patients With Recent-Onset Schizophrenia Treated With Low-Dose Olanzapine or Haloperidol: A Randomized, Double-Blind StudyLieuwe de Haan, M.D., Ph.D., Marion van Bruggen, M.D., Jules Lavalaye, M.D., Ph.D., Jan Booij, M.D., Ph.D., Peter M.A.J. Dingemans, Ph.D., and Don Linszen, M.D., Ph.D.1 February 2003 | American Journal of Psychiatry, Vol. 160, No. 2Drug Addiction and Its Underlying Neurobiological Basis: Neuroimaging Evidence for the Involvement of the Frontal CortexRita Z. Goldstein, Ph.D., and Nora D. Volkow, M.D.1 October 2002 | American Journal of Psychiatry, Vol. 159, No. 10Low Level of Brain Dopamine D2 Receptors in Methamphetamine Abusers: Association With Metabolism in the Orbitofrontal CortexNora D. Volkow, M.D., Linda Chang, M.D., Gene-Jack Wang, M.D., Joanna S. Fowler, Ph.D., Yu-Sin Ding, Ph.D., Mark Sedler, M.D., Jean Logan, Ph.D., Dinko Franceschi, M.D., John Gatley, Ph.D., Robert Hitzemann, Ph.D., Andrew Gifford, Ph.D., Christopher Wong, M.S., and Naomi Pappas, M.S.1 December 2001 | American Journal of Psychiatry, Vol. 158, No. 12Agranulocytosis Associated With LamotrigineH. BRENT SOLVASON, PH.D., M.D., 1 October 2000 | American Journal of Psychiatry, Vol. 157, No. 10High Doses of Levothyroxine for Refractory Rapid CyclingIRL L. EXTEIN, M.D., 1 October 2000 | American Journal of Psychiatry, Vol. 157, No. 10Dr. Wu and Colleagues ReplyJOSEPH C. WU, M.D., J. CHRISTIAN GILLIN, M.D., MONTE S. BUCHSBAUM, M.D., and WILLIAM E. BUNNEYJR., M.D., 1 October 2000 | American Journal of Psychiatry, Vol. 157, No. 10Brain SPECT Imaging of Amphetamine-Induced Dopamine Release in Euthymic Bipolar Disorder PatientsAmit Anand, , M.D., Paul Verhoeff, , M.D., Ph.D., Nicholas Seneca, , M.S., Sami S. Zoghbi, , Ph.D., John P. Seibyl, , M.D., Dennis S. Charney, , M.D., and Robert B. Innis, , M.D., Ph.D.1 July 2000 | American Journal of Psychiatry, Vol. 157, No. 7 Volume 156Issue 9 September 1999Pages 1440-1443 Metrics PDF download History Published online 1 September 1999 Published in print 1 September 1999

Recent research showed that precision medicine can identify new treatment strategies for patients with childhood cancers. However, it is unclear which patients will benefit most from precision-guided treatment (PGT). Here we report consecutive data from 384 patients with high-risk pediatric cancer (with an expected cure rate of less than 30%) who had at least 18 months of follow-up on the ZERO Childhood Cancer Precision Medicine Program PRecISion Medicine for Children with Cancer (PRISM) trial. A total of 256 (67%) patients received PGT recommendations and 110 (29%) received a recommended treatment. PGT resulted in a 36% objective response rate and improved 2-year progression-free survival compared with standard of care (26% versus 12%; P = 0.049) or targeted agents not guided by molecular findings (26% versus 5.2%; P = 0.003). PGT based on tier 1 evidence, PGT targeting fusions or commenced before disease progression had the greatest clinical benefit. Our data show that PGT informed by comprehensive molecular profiling significantly improves outcomes for children with high-risk cancers. ClinicalTrials.gov registration: NCT03336931.

Abstract Molecular profiling of the tumour immune microenvironment (TIME) has enabled the rational choice of immunotherapies in some adult cancers. In contrast, the TIME of paediatric cancers is relatively unexplored. We speculated that a more refined appreciation of the TIME in childhood cancers, rather than a reliance on commonly used biomarkers such as tumour mutation burden (TMB), neoantigen load and PD-L1 expression, is an essential prerequisite for improved immunotherapies in childhood solid cancers. We combined immunohistochemistry (IHC) and molecular profiling to develop an alternative, expression-based signature associated with CD8 + T-cell infiltration of the TIME in high-risk paediatric tumours. Using this novel 15-gene immune signature, Immune Paediatric Signature Score (IPASS), we estimate up to 31% of high-risk cancers harbour infiltrating T-cells. Our data provides new insights into the variable immune-suppressive mechanisms dampening responses in paediatric solid cancers. Effective immune-based interventions in high-risk paediatric cancer will require individualised analysis of the TIME.

Abstract No targeted agents are approved for pediatric sarcomas. Tyrosine kinase (TK) inhibitors represent attractive therapeutic candidates, however, beyond rare TK-activating fusions or mutations, predictive biomarkers are lacking. RNA overexpression of TKs is more commonly observed in pediatric sarcomas, however, an unresolved question is when upregulated TK expression is associated with kinase activation and signaling dependence. We explored the TK molecular landscape of 107 sarcoma patients from the ZERO Childhood Cancer precision medicine program using whole genomic and transcriptomic sequencing. Phosphoproteomic analyses of tyrosine phosphorylation (pY) and functional in vitro and in vivo assays were also performed in cell lines and patient-derived xenografts (PDXs). Our integrated analysis shows that although novel genomic driver lesions are rare, they are present and therapeutically actionable in selected patients as exemplified by a novel LSM1-FGFR1 fusion identified in an osteosarcoma patient. We further show that in certain contexts, TK expression data can be used to indicate TK pathway activity and predict TK-inhibitor sensitivity. We exemplify the utility of FGFR-inhibitors in PAX3-FOXO1 fusion-positive rhabdomyosarcomas (FP-RMS) mediated by high FGFR4 and FGF8 RNA expression levels, and overt activation of FGFR4 (FGFR4_pY). We demonstrate marked tumor growth inhibition in all FP-RMS PDXs treated with single agent FGF401 (FGFR4-specific inhibitor) and single agent lenvatinib (multi-kinase FGFR-inhibitor). Clinical benefit of lenvatinib in a relapsed metastatic FP-RMS patient further exemplifies that FGFR-inhibitors deserve additional investigation in FP-RMS patients. Statement of significance Our multi-omic interrogation of sarcomas in the ZERO Childhood Cancer program illustrates how an RNA-expression biomarker signature ( FGFR4+/FGF8+ ) in association with FGFR4 activation identifies that PAX3-FOXO1 -positive rhabdomyosarcoma patients could benefit from FGFR-inhibitors.

Abstract MYCN oncogene amplification is frequently observed in aggressive childhood neuroblastoma. Using an unbiased large-scale mutagenesis screen in neuroblastoma-prone transgenic mice, we identify a single germline point mutation in the transcriptional corepressor Runx1t1, which abolishes MYCN-driven tumorigenesis. This loss-of-function mutation disrupts a highly conserved zinc finger domain within Runx1t1. Deletion of one Runx1t1 allele in an independent Runx1t1 knockout mouse model is also sufficient to prevent MYCN-driven neuroblastoma development, and reverse ganglia hyperplasia, a known pre-requisite for tumorigenesis. Silencing RUNX1T1 in human neuroblastoma cells decreases colony formation in vitro, and inhibits tumor growth in vivo. Moreover, RUNX1T1 knockdown inhibits the viability of PAX3-FOXO1 fusion-driven rhabdomyosarcoma and MYC-driven small cell lung cancer cells. Despite the role of Runx1t1 in MYCN-driven tumorigenesis neither gene directly regulates the other. We show RUNX1T1 forms part of a transcriptional LSD1-CoREST3-HDAC repressive complex recruited by HAND2 to enhancer regions to regulate chromatin accessibility and cell-fate pathway genes.