The pronounced biological influence of the tumor microenvironment on cancer progression and metastasis has gained increased recognition over the past decade, yet most preclinical antineoplastic drug testing is still reliant on conventional 2D cell culture systems. Although monolayer cultures recapitulate some of the phenotypic traits observed clinically, they are limited in their ability to model the full range of microenvironmental cues, such as ones elicited by 3D cell–cell and cell–extracellular matrix interactions. To address these shortcomings, we established an ex vivo 3D Ewing sarcoma model that closely mimics the morphology, growth kinetics, and protein expression profile of human tumors. We observed that Ewing sarcoma cells cultured in porous 3D electrospun poly(ε-caprolactone) scaffolds not only were more resistant to traditional cytotoxic drugs than were cells in 2D monolayer culture but also exhibited remarkable differences in the expression pattern of the insulin-like growth factor-1 receptor/mammalian target of rapamycin pathway. This 3D model of the bone microenvironment may have broad applicability for mechanistic studies of bone sarcomas and exhibits the potential to augment preclinical evaluation of antineoplastic drug candidates for these malignancies.

Abstract Undifferentiated pleomorphic sarcoma (UPS) and malignant peripheral nerve sheath tumor (MPNST) are aggressive soft tissue sarcomas that do not respond well to current treatment modalities. The limited availability of UPS and MPNST cell lines makes it challenging to identify potential therapeutic targets in a laboratory setting. Understanding the urgent need for improved treatments for these tumors and the limited cellular models led us to generate additional cell lines to study these rare cancers further. Patient-derived tumors were used to establish 5 new UPS models, including one radiation-associated UPS—UPS060.1, UPS271.1, UPS511, UPS0103, and RIS620—and 3 new models of MPNST—MPNST007, MPNST3813E, and MPNST4970. This study examined the utility of the new cell lines as sarcoma models by assessing tumorigenic potential and mutation status for known sarcoma-related genes. All the cell lines formed colonies and migrated in vitro . The in vivo tumorigenic potential of each cell line was determined by either subcutaneous injection of cells or implantation of tumor tissue into immunocompromised mice. UPS060.1, UPS271.1, and UPS511 cells formed tumors in mice upon subcutaneous injection. UPS0103 and RIS620 tumor implants formed tumors in vivo , as did MPNST007 and MPNST3813E tumor implants. Mutation analysis of a panel of genes frequently mutated in sarcomas showed that two of the three MPNST cell lines had NF1 mutations. Two of the three MPNST cell lines had mutations in polycomb repressive complex 2 members. These new cellular models provide the scientific community with powerful tools for detailed studies of sarcomagenesis and investigate novel therapies for UPS and MPNST.

ABSTRACT Desmoplastic small round cell tumor (DSRCT) is an aggressive, usually incurable sarcoma subtype that predominantly occurs in post-pubertal young males. Recent evidence suggests that the androgen receptor (AR) can promote tumor progression in DSRCTs. However, the mechanism of AR-induced oncogenic stimulation remains undetermined. Herein, we demonstrate that enzalutamide and AR-directed antisense oligonucleotides (AR-ASO) block 5α-dihydrotestosterone (DHT)-induced DSRCT cell proliferation and reduce xenograft tumor burden. Gene expression analysis and chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) were performed to elucidate how AR signaling regulates cellular epigenetic programs. Remarkably, ChIP-seq revealed novel DSRCT-specific AR DNA binding sites adjacent to key oncogenic regulators, including WT1 (the C-terminal partner of the pathognomonic fusion protein) and FOXF1. Additionally, AR occupied enhancer sites that regulate the Wnt pathway, neural differentiation, and embryonic organ development, implicating AR in dysfunctional cell lineage commitment. Our findings have immediate clinical implications given the widespread availability of FDA-approved androgen-targeted agents used for prostate cancer. ONE SENTENCE SUMMARY We demonstrate that DSRCT, an aggressive pediatric cancer, is an AR-driven malignancy capable of responding to androgen deprivation therapy.