ABSTRACT Molecular profiling of Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDA), based on transcriptomic analyses, identifies two main prognostic subtypes (basal-like and classical), but does not allow personalized first-line treatment. To date, tumors have not been profiled based on protein synthesis rates, yet the step of mRNA translation is highly deregulated in both PDA cancer cells and their microenvironment. Using a collection of twenty-seven pancreatic Patient-Derived Xenografts (PDX), we performed genome-wide analysis of translated mRNA (translatome). Unsupervised bioinformatics analysis revealed a new tumor subtype harboring a low protein synthesis rate, but associated with a robust translation of mRNAs encoding effectors of the integrated stress response (ISR), including the transcription factor ATF4. Functional characterization of the “ISR-activated” human cancer cells revealed a high resistance to drugs, low autophagic capacities, and importantly, metabolic impairments in the serine synthesis and transsulfuration pathways. Overall, our study highlights the strength of translatomic profiling on PDA, which here revealed an unforeseen drug-resistant cancer cell phenotype, whose auxotrophy to both serine and cysteine may be amenable to targeted therapy.

Abstract Cancer cells rely on mitochondria for their bioenergetic supply and macromolecule synthesis. Central to mitochondrial function is the regulation of mitochondrial protein synthesis, which primarily depends on the cytoplasmic translation of nuclear-encoded mitochondrial mRNAs whose protein products are imported into mitochondria. Despite the growing evidence that mitochondrial protein synthesis contributes to the onset and progression of cancer, and can thus offer new opportunities for cancer therapy, knowledge of the underlying molecular mechanisms remains limited. Here, we show that RNA G-quadruplexes (RG4s) regulate mitochondrial function by modulating cytoplasmic mRNA translation of nuclear-encoded mitochondrial proteins. Our data support a model whereby the RG4 folding dynamics, under the control of oncogenic signaling and modulated by small molecule ligands or RG4-binding proteins, modifies mitochondria-localized cytoplasmic protein synthesis. Ultimately, this impairs mitochondrial functions, affecting energy metabolism and consequently cancer cell proliferation.