Inhibition of autophagy and MEK promotes ferroptosis in Lkb1-deficient Kras-driven lung tumors

克拉斯 自噬 癌症研究 细胞生物学 化学 生物 医学 细胞凋亡 突变 内科学 生物化学 基因
作者
Vrushank Bhatt,Taijin Lan,Wenping Wang,Jerry Kong,Eduardo Cararo-Lopes,Jianming Wang,Khoosheh Khayati,Akash Raju,Michael Rangel,Enrique Lopez,Zhixian Hu,Xuefei Luo,Xiaoyang Su,Jyoti Malhotra,Wenwei Hu,Sharon R. Pine,Eileen White,Jessie Yanxiang Guo
出处
期刊:Cell Death and Disease [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41419-023-05592-8
摘要

LKB1 and KRAS are the third most frequent co-mutations detected in non-small cell lung cancer (NSCLC) and cause aggressive tumor growth. Unfortunately, treatment with RAS-RAF-MEK-ERK pathway inhibitors has minimal therapeutic efficacy in LKB1-mutant KRAS-driven NSCLC. Autophagy, an intracellular nutrient scavenging pathway, compensates for Lkb1 loss to support Kras-driven lung tumor growth. Here we preclinically evaluate the possibility of autophagy inhibition together with MEK inhibition as a treatment for Kras-driven lung tumors. We found that the combination of the autophagy inhibitor hydroxychloroquine (HCQ) and the MEK inhibitor Trametinib displays synergistic anti-proliferative activity in KrasG12D/+;Lkb1-/- (KL) lung cancer cells, but not in KrasG12D/+;p53-/- (KP) lung cancer cells. In vivo studies using tumor allografts, genetically engineered mouse models (GEMMs) and patient-derived xenografts (PDXs) showed anti-tumor activity of the combination of HCQ and Trametinib on KL but not KP tumors. We further found that the combination treatment significantly reduced mitochondrial membrane potential, basal respiration, and ATP production, while also increasing lipid peroxidation, indicative of ferroptosis, in KL tumor-derived cell lines (TDCLs) and KL tumors compared to treatment with single agents. Moreover, the reduced tumor growth by the combination treatment was rescued by ferroptosis inhibitor. Taken together, we demonstrate that autophagy upregulation in KL tumors causes resistance to Trametinib by inhibiting ferroptosis. Therefore, a combination of autophagy and MEK inhibition could be a novel therapeutic strategy to specifically treat NSCLC bearing co-mutations of LKB1 and KRAS.
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