Abstract Metabolic reprogramming is a hallmark of cancer and fundamental for disease progression. The remodelling of oxidative phosphorylation and enhanced lipogenesis are key characteristics of prostate cancer (PCa). Recently, succinate-dependent mitochondrial reprogramming was identified in high-grade prostate tumours with upregulation of enzymes associated with branched-chain amino acid (BCAA) catabolism. We hypothesised that the degradation of BCAAs, particularly valine may play a critical role in anapleurotic refuelling of the mitochondrial succinate pool. Through suppression of valine availability, we report strongly reduced lipid content despite compensatory upregulation of fatty acid uptake, indicating valine is an important lipogenic fuel in PCa. Inhibition of the enzyme 3-hydroxyisobutyryl-CoA hydrolase (HIBCH) also resulted in selective inhibition of cellular proliferation of malignant but not benign prostate cells and impaired succinate production. In combination with a comprehensive multi-omic investigation of patient and cell line data, our work highlights a therapeutic target for selective inhibition of metabolic reprogramming in PCa.

Abstract Fatty acid (FA) modifications, such as enzymatic desaturation and elongation, have long been thought to involve sequential and highly specific enzyme-substrate interactions, which result in canonical products that are well-defined in their chain lengths, degree of unsaturation and double bond positions. 1 These products act as a supply of building blocks for the synthesis of complex lipids supporting a symphony of lipid signals and membrane macrostructure. Recently, it was brought to light that differences in substrate availability due to enzyme inhibition can activate alternative pathways in a range of cancers, potentially altering the total species repertoire of FA metabolism. 2,3 We have used isomer-resolved lipidomics to analyse human prostate tumours and cancer cell lines and reveal, for the first-time, the full extent of metabolic plasticity in cancer. Assigning the double bond position(s) in simple and complex lipids allows mapping of fatty acid desaturation and elongation via hitherto apocryphal metabolic pathways that generate FAs with unusual sites of unsaturation. Downstream utilisation of these FAs is demonstrated by their incorporation into complex structural lipids. The unsaturation profiles of different phospholipids reveal substantive structural variation between classes that will, necessarily, modulate lipid-centred biological processes in cancer cells including membrane fluidity 3-5 and signal transduction. 6-8