ABSTRACT Purpose Ewing sarcoma (EwS) is a highly aggressive bone- or soft tissue-associated malignancy mostly affecting children, adolescents, and young adults. Although multimodal therapies have strongly improved patients’ overall survival over the past decades, the development of prognostic biomarkers for risk-based patient stratification and more effective therapies with less adverse effects is stagnating. Thus, new personalized medicine approaches are urgently required. Experimental design Gene expression data of EwS and normal tissues were crossed with survival data to identify highly overexpressed, prognostically relevant, and actionable potential targets. RNA-interference and dose-response assays as well as tissue-microarray analyses were carried out to explore the functional role and druggability of a prominent candidate gene in vitro and in vivo , and to validate its suitability as a prognostic biomarker. Results Employing a multilayered screening approach, we discover ribonucleotide reductase regulatory subunit M2 (RRM2) as a promising therapeutic target and prognostic biomarker in EwS. Through analysis of two independent EwS patient cohorts, we show that RRM2 mRNA and protein overexpression is associated with an aggressive clinical phenotype and poor patients’ overall survival. In agreement, RRM2 silencing as well as pharmacological inhibition by the specific inhibitor triapine (3-AP) significantly reduces EwS growth in vitro and in vivo . Furthermore, we present evidence that pharmacological RRM2 inhibition by triapine can overcome chemoresistance against doxorubicin or gemcitabine, and synergize with cell cycle checkpoint inhibitors (CHEK1 or WEE1). Conclusions Based on the aggressive phenotype mediated by and the druggability of RRM2 our results provide a translational rationale for exploiting RRM2 as a novel therapeutic target in EwS and prompt further clinical investigations.

Ewing sarcoma (EwS) is an aggressive cancer caused by chromosomal translocations generating fusions of the EWSR1 gene with ETS transcription factors (in 85% FLI1). EWSR1-FLI1 induces gene expression via binding to enhancer-like GGAA-microsatellites, whose activity increases with the number of consecutive GGAA-repeats. Herein, we investigate the role of the secretory neuropeptide CALCB (calcitonin related polypeptide β) in EwS, which signals via the CGRP-(calcitonin gene-related peptide) receptor complex, containing RAMP1 (receptor activity modifying protein 1) as crucial part for receptor specificity. Analysis of 2,678 gene expression microarrays comprising 50 tumor entities and 71 normal tissue types revealed that CALCB is specifically and highly overexpressed in EwS. Time-course knockdown experiments showed that CALCB expression is tightly linked to that of EWSR1-FLI1. Consistently, gene set enrichment analyses of genes whose expression in primary EwS is correlated to that of CALCB indicated that it is co-expressed with other EWSR1-FLI1 target genes and associated with signatures involved in stemness and proliferation. Chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq) data for EWSR1-FLI1 and histone marks from EwS cells demonstrated that EWSR1-FLI1 binds to a GGAA-microsatellite close to CALCB, which exhibits characteristics of an active enhancer. Reporter assays confirmed the strong EWSR1-FLI1- and length-dependent enhancer activity of this GGAA-microsatellite. Mass-spectrometry analyses of supernatants of EwS cell cultures demonstrated that CALCB is secreted by EwS cells. While short-term RNA interference-mediated CALCB knockdown had no effect on proliferation and clonogenic growth of EwS cells in vitro, its long-term knockdown decreased EwS growth in vitro and in vivo. Similarly, knockdown of RAMP1 reduced clonogenic/spheroidal growth and tumorigenicity, and small-molecule inhibitors directed against the CGRP-receptor comprising RAMP1 reduced growth of EwS. Collectively, our findings suggest that CALCB is a direct EWSR1-FLI1 target and that targeting the CALCB/RAMP1-axis may offer a new therapeutic strategy for inhibition of EwS growth.

Soft tissue sarcomas (STS) are highly malignant cancers with mesenchymal origin. In many instances, clinical outcome is poor due to high rates of local recurrence and metastasis. The programmed death receptor ligand 1 (PD-L1) is expressed in several cancers. PD-L1 interacts with its receptor, PD-1, on the surface of tumor infiltrating lymphocytes (TILs), thereby attenuating anti-cancer immune response. Immune checkpoint inhibitors targeting this interaction are promising new anti-cancer drugs. However, present studies on the PD-L1 and PD-1 expression status in STS are limited either by small sample size, analysis of single STS subtypes, or lack of combinatorial assessment of PD-L1, PD-1 and TILs. To overcome these limitations, we evaluated the expression patterns of intratumoral PD-L1, the amount of TILs and their PD-1 expression status, as well as associations with clinicopathological parameters in a large and comprehensive cohort of 274 samples comprising more than six STS subtypes. We found that nearly all STS subtypes showed partial PD-L1 expression, albeit with a broad range of PD-L1 positivity across subtypes (50% angiosarcomas, 23% UPS, 13% leiomyosarcomas, 12% dedifferentiated liposarcomas, 3% synovial sarcomas, 0 MPNST, and 18% mixed sarcomas). Co-expression and correlation analyses uncovered that expression of PD-L1 was associated with more PD-1 positive TILs (P < 0.001), higher tumor grading (P = 0.022) and worse patients' 5-year overall survival (P = 0.016). In sum, the substantial portion of STS showing PD-L1 expression, the simultaneous presence of PD-1 positive TILs, and the association of PD-L1 with unfavorable clinical outcome provide a rationale for immune checkpoint inhibition in patients with PD-L1-positive STS.

Purpose: Up to 30-40% of Ewing sarcoma (EwS) patients with non-metastatic disease develop local or metastatic relapse within a time range of 2-10 years. This is in part caused by the absence of prognostic biomarkers that can identify high-risk patients to assign them to risk-adapted monitoring and treatment regimens. Since cancer stemness has been associated with tumor relapse and poor outcome, we investigated in the current study the prognostic potential SOX2 (sex determining region Y box 2) - a major transcription factor involved in development and stemness - previously described to contribute to the undifferentiated phenotype of EwS. Methods: Two independent patient cohorts, one consisting of 189 retrospectively collected EwS tumors with corresponding mRNA expression data (test cohort) and the other of 141 prospectively collected formalin-fixed and paraffin embedded resected tumors (validation cohort), were employed to analyze SOX2 expression levels by DNA microarrays or immunohistochemistry, respectively, and to compare them with clinical parameters and patient outcome. Two methods were employed to test the validity of the results at both mRNA and protein levels. Results: Both cohorts showed that only a subset of EwS patients (16-20%) express high SOX2 mRNA or protein levels, which significantly correlated with poor overall survival. Multivariate analyses of our validation cohort revealed that high SOX2 expression represents a major risk factor for survival (HR=3.19; P<0.01) that is independent from metastasis and other known clinical risk-factors at time of diagnosis. Univariate analysis demonstrated that SOX2-high expression correlated with tumor relapse (P=0.001). Median first relapse was at 14.7 months (range: 3.5-180.7). Conclusions: High SOX2 expression constitutes an independent prognostic biomarker for EwS patients with poor outcome, which may help to identify patients with localized disease who are at high risk for tumor relapse within the first two years after diagnosis.

Background: Prostate adenocarcinoma (PCa) with/without the TMPRSS2-ERG (T2E) fusion represent distinct molecular subtypes. Objective: To investigate gene-signatures associated with metastasis in T2E-positive and -negative PCa, and to identify and validate subtype-specific prognostic biomarkers. Design, setting and participants: Gene expression and clinicopathological data of two discovery PCa cohorts (total n=783) were separately analyzed regarding the T2E status. Selected subtype-specific biomarkers were validated in two additional cohorts (total n=405). Outcome measurements and statistical analysis: From both discovery cohorts, we generated two gene lists ranked by their differential intratumoral expression in patients with/without metastases stratified by T2E-status, which were subjected to gene set enrichment and leading edge analyses. The resulting top 20 gene-signatures of both gene lists associated with metastasis were analyzed for overlaps between T2E-positive and -negative cases. Genes shared by several functional gene-signatures were tested for their association with event-free survival using the Kaplan-Meier method in a validation cohort. Immunohistochemistry was performed in another validation cohort. Results and limitations: Metastatic T2E-positive and -negative PCa are characterized by different gene-signatures. Five genes (ASPN, BGN, COL1A1, RRM2 and TYMS) were identified whose high expression was significantly associated with worse outcome exclusively in T2E-negative PCa. This was validated in an independent cohort for all genes and additionally for RRM2 by immunohistochemistry in a separate validation cohort. No prognostic biomarkers were identified exclusively for T2E-positive tumors. Conclusions: Our study demonstrates that the prognostic value of biomarkers critically depends on the molecular subtype, i.e. the T2E-status, which should be considered when screening for and applying novel prognostic biomarkers for outcome prediction in PCa. Patient summary: Outcome prediction for PCa is complex. The results of this study highlight that the validity of prognostic biomarkers depends on the molecular subtype, specifically the presence/absence of T2E. The reported new subtype-specific biomarkers exemplify that biomarker based outcome prediction in PCa should consider the T2E-status.

Ewing sarcoma (EwS) is an aggressive childhood cancer likely originating from mesenchymal stem cells or osteo-chondrogenic progenitors. It is characterized by fusion oncoproteins involving EWSR1 and variable members of the ETS-family of transcription factors (in 85% FLI1). EWSR1-FLI1 can induce target genes by using GGAA-microsatellites (mSats) as enhancers. Here, we show that EWSR1-FLI1 hijacks the developmental transcription factor SOX6 - a physiological driver of proliferation of osteo-chondrogenic progenitors - by binding to an intronic GGAA-mSat, which promotes EwS growth in vitro and in vivo. Through integration of transcriptome-profiling, published drug-screening data, and functional in vitro and in vivo experiments, we discovered that SOX6 interferes with the antioxidant system resulting in constitutively elevated reactive oxygen species (ROS) levels that create a therapeutic vulnerability toward the ROS-inducing drug Elesclomol. Collectively, our results exemplify how aberrant activation of a developmental transcription factor by a dominant oncogene can promote malignancy, but provide opportunities for targeted therapy.