Peroxidation of polyunsaturated fatty acids by lipoxygenases drives ferroptosis

GPX4 磷脂过氧化氢谷胱甘肽过氧化物酶 多不饱和脂肪酸 活性氧 生物化学 程序性细胞死亡 脂氧合酶 脂质过氧化 化学 过氧化物酶 硒代半胱氨酸 抗氧化剂 谷胱甘肽过氧化物酶 谷胱甘肽 半胱氨酸 脂肪酸 细胞凋亡
作者
Wan Seok Yang,Katherine J. Kim,Michael M. Gaschler,Milesh M. Patel,Mikhail S. Shchepinov,Brent R. Stockwell
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:113 (34) 被引量:1541
标识
DOI:10.1073/pnas.1603244113
摘要

Ferroptosis is form of regulated nonapoptotic cell death that is involved in diverse disease contexts. Small molecules that inhibit glutathione peroxidase 4 (GPX4), a phospholipid peroxidase, cause lethal accumulation of lipid peroxides and induce ferroptotic cell death. Although ferroptosis has been suggested to involve accumulation of reactive oxygen species (ROS) in lipid environments, the mediators and substrates of ROS generation and the pharmacological mechanism of GPX4 inhibition that generates ROS in lipid environments are unknown. We report here the mechanism of lipid peroxidation during ferroptosis, which involves phosphorylase kinase G2 (PHKG2) regulation of iron availability to lipoxygenase enzymes, which in turn drive ferroptosis through peroxidation of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) at the bis-allylic position; indeed, pretreating cells with PUFAs containing the heavy hydrogen isotope deuterium at the site of peroxidation (D-PUFA) prevented PUFA oxidation and blocked ferroptosis. We further found that ferroptosis inducers inhibit GPX4 by covalently targeting the active site selenocysteine, leading to accumulation of PUFA hydroperoxides. In summary, we found that PUFA oxidation by lipoxygenases via a PHKG2-dependent iron pool is necessary for ferroptosis and that the covalent inhibition of the catalytic selenocysteine in Gpx4 prevents elimination of PUFA hydroperoxides; these findings suggest new strategies for controlling ferroptosis in diverse contexts.
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