Inhibition of mitochondrial folate metabolism drives differentiation through mTORC1 mediated purine sensing

mTORC1型 嘌呤代谢 生物 癌症研究 新陈代谢 嘌呤 细胞生长 安普克 细胞生物学 干细胞 线粒体 生物化学 激酶 信号转导 PI3K/AKT/mTOR通路 蛋白激酶A
作者
Martha M. Zarou,Kevin M. Rattigan,Daniele Sarnello,Engy Shokry,Amy Dawson,Angela Ianniciello,Karen Dunn,Mhairi Copland,David Sumpton,Alexei Vazquez,G. Vignir Helgason
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46114-0
摘要

Supporting cell proliferation through nucleotide biosynthesis is an essential requirement for cancer cells. Hence, inhibition of folate-mediated one carbon (1C) metabolism, which is required for nucleotide synthesis, has been successfully exploited in anti-cancer therapy. Here, we reveal that mitochondrial folate metabolism is upregulated in patient-derived leukaemic stem cells (LSCs). We demonstrate that inhibition of mitochondrial 1C metabolism through impairment of de novo purine synthesis has a cytostatic effect on chronic myeloid leukaemia (CML) cells. Consequently, changes in purine nucleotide levels lead to activation of AMPK signalling and suppression of mTORC1 activity. Notably, suppression of mitochondrial 1C metabolism increases expression of erythroid differentiation markers. Moreover, we find that increased differentiation occurs independently of AMPK signalling and can be reversed through reconstitution of purine levels and reactivation of mTORC1. Of clinical relevance, we identify that combination of 1C metabolism inhibition with imatinib, a frontline treatment for CML patients, decreases the number of therapy-resistant CML LSCs in a patient-derived xenograft model. Our results highlight a role for folate metabolism and purine sensing in stem cell fate decisions and leukaemogenesis.
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