3D Culture Models with CRISPR Screens Reveal Hyperactive NRF2 as a Prerequisite for Spheroid Formation via Regulation of Proliferation and Ferroptosis

球体 生物 清脆的 细胞生物学 计算生物学 遗传学 细胞培养 基因
作者
Nobuaki Takahashi,Patricia Cho,Laura M. Selfors,Hendrik J. Kuiken,Roma Kaul,Takuro Fujiwara,Isaac S. Harris,Tian Zhang,Steven P. Gygi,Joan S. Brugge
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier BV]
卷期号:80 (5): 828-844.e6 被引量:186
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2020.10.010
摘要

Cancer-associated mutations that stabilize NRF2, an oxidant defense transcription factor, are predicted to promote tumor development. Here, utilizing 3D cancer spheroid models coupled with CRISPR-Cas9 screens, we investigate the molecular pathogenesis mediated by NRF2 hyperactivation. NRF2 hyperactivation was necessary for proliferation and survival in lung tumor spheroids. Antioxidant treatment rescued survival but not proliferation, suggesting the presence of distinct mechanisms. CRISPR screens revealed that spheroids are differentially dependent on the mammalian target of rapamycin (mTOR) for proliferation and the lipid peroxidase GPX4 for protection from ferroptosis of inner, matrix-deprived cells. Ferroptosis inhibitors blocked death from NRF2 downregulation, demonstrating a critical role of NRF2 in protecting matrix-deprived cells from ferroptosis. Interestingly, proteomics analyses show global enrichment of selenoproteins, including GPX4, by NRF2 downregulation, and targeting NRF2 and GPX4 killed spheroids overall. These results illustrate the value of spheroid culture in revealing environmental or spatial differential dependencies on NRF2 and reveal exploitable vulnerabilities of NRF2-hyperactivated tumors.
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