mTORC1 couples cyst(e)ine availability with GPX4 protein synthesis and ferroptosis regulation

GPX4 mTORC1型 谷胱甘肽 细胞生物学 硒蛋白 脂质过氧化 化学 下调和上调 生物 癌症研究 生物化学 信号转导 谷胱甘肽过氧化物酶 氧化应激 基因 PI3K/AKT/mTOR通路
作者
Yilei Zhang,Robert V. Swanda,Litong Nie,Xiaoguang Liu,Chao Wang,Hyemin Lee,Guang Lei,Chao Mao,Pranavi Koppula,Weijie Cheng,Jie Zhang,Zhenna Xiao,Li Zhuang,Bingliang Fang,Junjie Chen,Shu‐Bing Qian,Boyi Gan
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:411
标识
DOI:10.1038/s41467-021-21841-w
摘要

Abstract Glutathione peroxidase 4 (GPX4) utilizes glutathione (GSH) to detoxify lipid peroxidation and plays an essential role in inhibiting ferroptosis. As a selenoprotein, GPX4 protein synthesis is highly inefficient and energetically costly. How cells coordinate GPX4 synthesis with nutrient availability remains unclear. In this study, we perform integrated proteomic and functional analyses to reveal that SLC7A11-mediated cystine uptake promotes not only GSH synthesis, but also GPX4 protein synthesis. Mechanistically, we find that cyst(e)ine activates mechanistic/mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) and promotes GPX4 protein synthesis at least partly through the Rag-mTORC1-4EBP signaling axis. We show that pharmacologic inhibition of mTORC1 decreases GPX4 protein levels, sensitizes cancer cells to ferroptosis, and synergizes with ferroptosis inducers to suppress patient-derived xenograft tumor growth in vivo. Together, our results reveal a regulatory mechanism to coordinate GPX4 protein synthesis with cyst(e)ine availability and suggest using combinatorial therapy of mTORC1 inhibitors and ferroptosis inducers in cancer treatment.
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