Ferroptosis is an iron-dependent, non-apoptotic form of cell death resulting from the accumulation of lipid peroxides. Colorectal cancer (CRC) accumulates high levels of intracellular iron and reactive oxygen species (ROS), thereby sensitizing cells to ferroptosis. The selenoprotein glutathione peroxidase (GPx4) is a key enzyme in the detoxification of lipid peroxides and can be inhibited by the compound (S)-RSL3 ([1S,3R]-RSL3). However, the stereoisomer (R)-RSL3 ([1R,3R]-RSL3), which does not inhibit GPx4, exhibits equipotent activity to (S)-RSL3 across a panel of CRC cell lines. Utilizing CRC cell lines with an inducible knockdown of GPx4, we demonstrate that (S)-RSL3 sensitivity does not align with GPx4 dependency. Subsequently, a biotinylated (S)-RSL3 was then synthesized to perform affinity purification-mass spectrometry (AP-MS), revealing that (S)-RSL3 acts as a pan-inhibitor of the selenoproteome, targeting both the glutathione and thioredoxin peroxidase systems as well as multiple additional selenoproteins. To investigate the therapeutic potential of broadly disrupting the selenoproteome as a therapeutic strategy in CRC, we employed further chemical and genetic approaches to disrupt selenoprotein function. The findings demonstrate that the selenoprotein inhibitor Auranofin can induce ferroptosis and/or oxidative cell death both

Abstract Iron is critical for many processes including oxygen transport and erythropoiesis. Transcriptomic analysis demonstrates that HIF-2α regulates over 90% of all transcripts induced following iron deficiency in the intestine. However, beyond divalent metal transporter 1 (DMT1), ferroportin 1 (Fpn1) and duodenal cytochrome b (Dcytb), no other genes/pathways have been critically assessed with respects to their importance in intestinal iron absorption. Ferritinophagy is associated with cargo specific autophagic breakdown of ferritin and subsequent release of iron. We show here that nuclear receptor co-activator 4 (NCOA4)-mediated intestinal ferritinophagy is integrated to systemic iron demand via HIF-2α. Duodenal NCOA4 expression is regulated by HIF-2α during high systemic iron demands. Moreover, overexpression of intestinal HIF-2α is sufficient to activate NCOA4 and promote lysosomal degradation of ferritin. Promoter analysis revealed NCOA4 as a direct HIF-2α target. To demonstrate the importance of intestinal HIF-2α/ferritinophagy axis in systemic iron homeostasis, whole body and intestine-specific NCOA4-null mouse lines were assessed. These analyses demonstrate an iron sequestration in the enterocytes, and significantly high tissue ferritin levels in the dietary iron deficiency and acute hemolytic anemia models. Together, our data suggests efficient ferritinophagy is critical for intestinal iron absorption and systemic iron homeostasis.

Colorectal cancer (CRC) is a major public health concern and disproportionately impacts racial/ethnic minority populations in the US. Animal models are helpful in examining human health disparities because many stress-induced human health conditions can be recapitulated using mouse models. Azoxymethane (AOM)/ dextran sodium sulfate (DSS) treatment can be used to model colitis-associated cancers. While colitis-associated cancers account for only 2% of colon cancers, the AOM/DSS model is useful for examining links between inflammation, immunity, and colon cancer. Mice were housed in enriched and impoverished environments for 1-month prior to behavioral testing. Following behavioral testing the mice were subjected to the AOM/DSS model. While our analysis revealed no significant behavioral variances between the impoverished and enriched housing conditions, we found significant effects in tumorigenesis. Enriched mice had fewer tumors and smaller tumor volumes compared to impoverished mice. African Americans are at higher risk for early onset colorectal cancers in part due to social economic status. Furthermore, housing conditions and environment may reflect social economic status. Research aimed at understanding links between social economic status and colorectal cancer progression is important for eliminating disparities in health outcomes.

Background: Developmental cadmium exposure in vivo disrupts mammary gland differentiation, while exposure of breast cell lines to cadmium causes invasion consistent with the epithelial-mesenchymal transition (EMT). The effects of cadmium on normal human breast stem cell development have not been measured. Objective: The objective of this study was to quantify the effects of cadmium exposure on normal breast stem cell proliferation and differentiation. Methods: We tested the effects of two physiologically relevant doses of cadmium: 0.25μM and 2.5μM on reduction mammoplasty patient-derived breast cells using the mammosphere assay, organoid formation in 3D hydrogels, and tested for molecular alterations using RNA-seq. We functionally validated our RNA-seq findings with a HIF-1α transcription factor activity reporter line and pharmaceutical inhibition of HIF-1α in mammosphere and organoid formation assays. Results: 2.5μM cadmium reduced primary and secondary mammosphere formation and branching structure organoid formation rates by 33%, 40%, and 83%, respectively. Despite no changes in mammosphere formation, 0.25μM cadmium treatment inhibited branching organoid formation in hydrogels by 68%. RNA-seq revealed that cadmium treatment downregulated genes associated with extracellular matrix formation and EMT, while upregulating genes associated with metal response including metallothioneins and zinc transporters. In the RNA-seq data, cadmium treatment also downregulated HIF-1α target genes including LOXL2, ZEB1, and VIM. Cadmium treatment significantly inhibited HIF-1α activity in a luciferase assay, and the HIF-1α inhibitor acriflavine ablated mammosphere and organoid formation. Discussion: These findings show that cadmium, at doses relevant to human exposure, inhibited human mammary gland development, potentially through disruption of HIF-1α activity. These findings do not support cadmium being a breast cancer initiator via induction of stem cell proliferation, but instead implicate cadmium as an inhibitor of mammary gland morphogenesis.

ABSTRACT The intestine plays a key role in metabolism, nutrient and water absorption, and provides both physical and immunological defense against dietary and luminal antigens. The protective mucus lining in the intestine is a critical component of intestinal barrier function that when compromised, can lead to dysfunctional intestinal barriers that are a defining characteristic of inflammatory bowel disease (IBD), among other intestinal diseases. Here, we define a new role for the flavin-containing monooxygenase family of enzymes in maintaining a healthy intestinal epithelium. In nematodes, we find that Cefmo-2 is necessary and sufficient for proper intestinal barrier function, intestinal actin expression, and is induced by intestinal damage. In mice, we utilize an intestine-specific, inducible knockout model of the prevalent gut Fmo (Fmo5) and find striking phenotypes within two weeks of knockout. These phenotypes include sex-dependent changes in colon epithelial histology, goblet cell localization and maturation factors, and mucus barrier formation. Each of these changes are significantly more severe in female mice, plausibly mirroring differences observed in some types of IBD in humans. Looking further at these phenotypes, we find increased protein folding stress in Fmo5 knockout animals and successfully rescue the severe female phenotype with addition of a chemical ER chaperone. Together, our results identify a new role for Fmo5 in the mammalian intestine and support a key role for Fmo5 in maintenance of ER/protein homeostasis and proper mucus barrier formation.

How cell metabolism regulates DNA repair is incompletely understood. Here, we define a GTP-mediated signaling cascade that links metabolism to DNA repair and has significant therapeutic implications. GTP, but not other nucleotides, regulates the activity of Rac1, a G protein, that promotes the dephosphorylation of serine 323 on Abl-interactor 1 (Abi-1) by protein phosphatase 5 (PP5). Dephosphorylated Abi-1, a protein previously not known to activate DNA repair, promotes non-homologous end joining. In patients and mouse models of glioblastoma, Rac1 and dephosphorylated Abi-1 mediate DNA repair and resistance to standard of care genotoxic treatments. The GTP-Rac1-PP5-Abi-1 signaling axis is not limited to brain cancer, as GTP supplementation promotes DNA repair and Abi-1-S323 dephosphorylation in non-malignant cells and protects mouse tissues from genotoxic insult. This unexpected ability of GTP to regulate DNA repair independently of deoxynucleotide pools has important implications for normal physiology and cancer treatment.