Oncogenic activation of PI3K-AKT-mTOR signaling suppresses ferroptosis via SREBP-mediated lipogenesis

PI3K/AKT/mTOR通路 蛋白激酶B 甾醇调节元件结合蛋白 癌症研究 信号转导 细胞生物学 脂肪生成 化学 生物 RPTOR公司 转录因子 基因 生物化学
作者
Jun-Mei Yi,Jiajun Zhu,Jiao Wu,Craig B. Thompson,Xuejun Jiang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:117 (49): 31189-31197 被引量:990
标识
DOI:10.1073/pnas.2017152117
摘要

Ferroptosis, a form of regulated necrosis driven by iron-dependent peroxidation of phospholipids, is regulated by cellular metabolism, redox homeostasis, and various signaling pathways related to cancer. In this study, we found that activating mutation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) or loss of phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10 (PTEN) function, highly frequent events in human cancer, confers ferroptosis resistance in cancer cells, and that inhibition of the PI3K-AKT-mTOR signaling axis sensitizes cancer cells to ferroptosis induction. Mechanistically, this resistance requires sustained activation of mTORC1 and the mechanistic target of rapamycin (mTOR)C1-dependent induction of sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP1), a central transcription factor regulating lipid metabolism. Furthermore, stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD1), a transcriptional target of SREBP1, mediates the ferroptosis-suppressing activity of SREBP1 by producing monounsaturated fatty acids. Genetic or pharmacologic ablation of SREBP1 or SCD1 sensitized ferroptosis in cancer cells with PI3K-AKT-mTOR pathway mutation. Conversely, ectopic expression of SREPB1 or SCD1 restored ferroptosis resistance in these cells, even when mTORC1 was inhibited. In xenograft mouse models for PI3K-mutated breast cancer and PTEN-defective prostate cancer, the combination of mTORC1 inhibition with ferroptosis induction resulted in near-complete tumor regression. In conclusion, hyperactive mutation of PI3K-AKT-mTOR signaling protects cancer cells from oxidative stress and ferroptotic death through SREBP1/SCD1-mediated lipogenesis, and combination of mTORC1 inhibition with ferroptosis induction shows therapeutic promise in preclinical models.
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