Doxorubicin causes ferroptosis and cardiotoxicity by intercalating into mitochondrial DNA and disrupting Alas1-dependent heme synthesis

线粒体 心脏毒性 脂质过氧化 阿霉素 血红素 生物 细胞生物学 细胞凋亡 DNA损伤 生物化学 癌症研究 DNA 氧化应激 化疗 遗传学
作者
Ko Abe,Masataka Ikeda,Tomomi Ide,Tomonori Tadokoro,Hiroko Deguchi Miyamoto,Shun Furusawa,Yoshitomo Tsutsui,Ryo Miyake,Kosei Ishimaru,Masatsugu Watanabe,Shouji Matsushima,Tomoko Koumura,Ken‐ichi Yamada,Hirotaka Imai,Hiroyuki Tsutsui
出处
期刊:Science Signaling [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:15 (758) 被引量:85
标识
DOI:10.1126/scisignal.abn8017
摘要

Clinical use of doxorubicin (DOX) is limited because of its cardiotoxicity, referred to as DOX-induced cardiomyopathy (DIC). Mitochondria-dependent ferroptosis, which is triggered by iron overload and excessive lipid peroxidation, plays a pivotal role in the progression of DIC. Here, we showed that DOX accumulated in mitochondria by intercalating into mitochondrial DNA (mtDNA), inducing ferroptosis in an mtDNA content-dependent manner. In addition, DOX disrupted heme synthesis by decreasing the abundance of 5'-aminolevulinate synthase 1 (Alas1), the rate-limiting enzyme in this process, thereby impairing iron utilization, resulting in iron overload and ferroptosis in mitochondria in cultured cardiomyocytes. Alas1 overexpression prevented this outcome. Administration of 5-aminolevulinic acid (5-ALA), the product of Alas1, to cultured cardiomyocytes and mice suppressed iron overload and lipid peroxidation, thereby preventing DOX-induced ferroptosis and DIC. Our findings reveal that the accumulation of DOX and iron in mitochondria cooperatively induces ferroptosis in cardiomyocytes and suggest that 5-ALA can be used as a potential therapeutic agent for DIC.
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