GPX1 und OSBPL8 arbeiten am ER zusammen, um Krebszellen vor Ferroptose zu schützen

Ferroptose ist eine eisenabhängige, nicht-apoptotische Form des Zelltods, die durch eine letale Anhäufung oxidierter Membranlipide verursacht wird. Die meisten bisherigen Arbeiten stützten sich auf künstliche Auslöser wie GPX4-Inhibitoren (RSL-3) oder die Deletion von GPX4. Wie Ferroptose in lebenden Tumoren auf natürliche Weise abläuft, wenn nichts sie induziert, ist weit weniger klar. Krebszellen laufen aufgrund ihres veränderten Stoffwechsels mit hohen ROS-Spiegeln, was sie anfällig für eine nichtkanonische, ROS-induzierte Ferroptose machen könnte. Frühere Arbeiten dieser Gruppe brachten diesen Prozess mit der Peroxidation von Phosphatidsäure (PA) statt von Phosphatidylethanolamin in Verbindung und zeigten, dass er nicht von GPX4 oder ACSL4 abhängt.

Das Team führte in A375-Melanomzellen, die mit dem ROS-Generator tert-Butylhydroperoxid (TBH) behandelt wurden, einen genomweiten CRISPR-Cas9-Knockout-Screen (18.436 Gene) durch. Der Screen identifizierte bekannte Regulatoren (SLC7A11, PHLDA2, GPAT3, LRP8, NFS1) und markierte außerdem GPX1. Der Knockout von GPX1 in A375-, A549-Lungenkrebszellen sowie in MIAPaCa2- und S2-013-Pankreaskrebszellen verstärkte den TBH-induzierten Zelltod und die Lipidperoxidation, hatte aber keinen offensichtlichen Effekt auf den durch RSL-3 induzierten Zelltod. Der Zelltod wurde durch Ferrostatin-1 und Deferoxamin verhindert, nicht aber durch Inhibitoren der Nekroptose oder Apoptose. Die erneute Expression von GPX1 hob die erhöhte Empfindlichkeit wieder auf. Der Verlust von GPX1 veränderte die H2O2-induzierte Nekrose nicht.

Mittels Affinitätsreinigung und Massenspektrometrie wurde OSBPL8, ein im ER verankertes lipidbindendes Protein, als wichtiger Interaktionspartner von GPX1 identifiziert. Die beiden interagieren über die N-terminale Domäne von OSBPL8 (Reste 1–147) und eine Region von GPX1 um die Reste 130–137, die weit vom katalytischen Sec49-Zentrum entfernt liegt. Der Knockdown oder Knockout von OSBPL8 sensibilisierte Zellen, ebenso wie der Verlust von GPX1, für die ROS-induzierte, nicht aber für die RSL-3-induzierte Ferroptose. In Doppel-Knockout-Zellen führte nur die gleichzeitige Expression beider Proteine zu einer vollständigen Rettung. Eine GPX1-Δ130–137-Mutante senkte ROS weiterhin, schützte aber nur schlecht vor Lipidperoxidation und Zelltod, sodass der Nutzen über eine allgemeine antioxidative Aktivität hinausgeht.

Die Lebendzellbildgebung mit BODIPY C11 zeigte, dass sich die Lipidperoxidation über etwa 7 Stunden am ER nahe der Plasmamembran anreicherte und konzentrierte, bevor es zu Blasenbildung und Ruptur kam. OSBPL8 rekrutierte GPX1 zum ER, und OSBPL8 ohne die N-terminale oder die Transmembrandomäne konnte die Lipidperoxidation am ER nicht unterdrücken. Der bereitgestellte Text ist vor dem Mechanismus der PA-Peroxidation und den späteren In-vivo-Daten zu OSBPL8 abgeschnitten, auch wenn das Abstract angibt, dass GPX1 oxidierte PA direkt reduziert.

In Mäusen wuchsen GPX1-defiziente A375-, A549- und S2-013-Xenotransplantate ohne jegliche Behandlung weniger als Kontrollen. Sie zeigten höhere Ferroptose-Marker (hyperoxidiertes PRDX3, PTGS2, CHAC1) und mehr Lipidperoxidation, und Ferrostatin-1 hob die Wachstumshemmung weitgehend auf. GPX1 ist in mehreren Krebsarten überexprimiert, und eine hohe Expression korreliert beim Pankreasadenokarzinom mit einem schlechteren Überleben. Insgesamt deuten die Ergebnisse auf die GPX1–OSBPL8-Achse als mögliche therapeutische Schwachstelle hin. Zu den Einschränkungen zählen die Beschränkung auf Xenograft-Modelle und Zelllinien sowie die Verwendung von TBH als ROS-Quelle.