BRCA1-mediated dual regulation of ferroptosis exposes a vulnerability to GPX4 and PARP co-inhibition in BRCA1-deficient cancers

GPX4 聚ADP核糖聚合酶 癌症研究 PARP1 生物 癌细胞 合成致死 癌症 遗传学 DNA修复 基因 谷胱甘肽 谷胱甘肽过氧化物酶 生物化学 聚合酶
作者
Guang Lei,Chao Mao,Amber D. Horbath,Yuelong Yan,Shirong Cai,Jun Yao,Yan Jiang,Mingchuang Sun,Xiaoguang Liu,Jun Cheng,Zhihao Xu,Hyemin Lee,Qidong Li,Zhengze Lu,Li Zhuang,Mei‐Kuang Chen,Anagha Alapati,Timothy A. Yap,Mien‐Chie Hung,M. James You,Helen Piwnica‐Worms,Boyi Gan
出处
期刊:Cancer Discovery [American Association for Cancer Research]
卷期号:14 (8): 1476-1495 被引量:3
标识
DOI:10.1158/2159-8290.cd-23-1220
摘要

Resistance to poly (ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi) limits the therapeutic efficacy of PARP inhibition in treating breast cancer susceptibility gene 1 (BRCA1)-deficient cancers. Here we reveal that BRCA1 has a dual role in regulating ferroptosis. BRCA1 promotes the transcription of voltage-dependent anion channel 3 (VDAC3) and glutathione peroxidase 4 (GPX4); consequently, BRCA1 deficiency promotes cellular resistance to erastin-induced ferroptosis but sensitizes cancer cells to ferroptosis induced by GPX4 inhibitors (GPX4i). In addition, nuclear receptor coactivator 4 (NCOA4)-mediated ferritinophagy and defective GPX4 induction unleash potent ferroptosis in BRCA1-deficient cancer cells upon PARPi and GPX4i co-treatment. Finally, we show that xenograft tumors derived from patients with BRCA1-mutant breast cancer with PARPi resistance exhibit decreased GPX4 expression and high sensitivity to PARP and GPX4 co-inhibition. Our results show that BRCA1 deficiency induces a ferroptosis vulnerability to PARP and GPX4 co-inhibition and inform a therapeutic strategy for overcoming PARPi resistance in BRCA1-deficient cancers. Significance: BRCA1 deficiency promotes resistance to erastin-induced ferroptosis via blocking VDAC3 yet renders cancer cells vulnerable to GPX4i-induced ferroptosis via inhibiting GPX4. NCOA4 induction and defective GPX4 further synergizes GPX4i with PARPi to induce ferroptosis in BRCA1-deficient cancers and targeting GPX4 mitigates PARPi resistance in those cancers. See related commentary by Alborzinia and Friedmann Angeli, p. 1372.
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