Abstract A lipid metabolism gene signature is associated with the risk of estrogen negative breast cancer (ER-BC). In vitro, lipid exposure alters histone methylation affecting gene expression and increasing flux through various metabolic reactions; but little is known about the mechanism(s) linking lipids and epigenetic reprogramming with the genesis of ER-BC. Here we show that the metabolism of the medium-chain fatty acid Octanoic Acid (OA) in preference to glucose and glutamine results in a metabolic shift toward the serine pathway increasing the production of SAM, glutathione, and 2-HG, with implications for oncogenesis: SAM production results in epigenetic fostered plasticity leading to reprogramming/selecting cells that express Neural, EMT and BC related genes. 2-HG exposure results in appearance of DNA breaks, potentially consequent to the inhibition of essential demethylases for HR repair. ROS increases shortly after OA exposure and is mitigated by antioxidant defenses, which favors/enables the survival of specific cell subtypes.

Abstract Improved understanding of local breast biology that favors the development of estrogen receptor negative (ER-) breast cancer (BC) would foster better prevention strategies. We have previously shown that overexpression of specific lipid metabolism genes is associated with the development of ER- BC. We now report results of exposure of MCF-10A cells and mammary organoids to representative medium- and long-chain polyunsaturated fatty acids. This exposure caused a dynamic and profound change in gene expression, accompanied by changes in chromatin packing density, chromatin accessibility and histone posttranslational modifications (PTMs). We identified 38 metabolic reactions that showed significantly increased activity, including reactions related to one-carbon metabolism. Among these reactions are those that produce S-adenosyl-L-methionine for histone PTMs. Utilizing both an in-vitro model and samples from women at high risk for ER- BC, we show that lipid exposure engenders gene expression, signaling pathway activation, and histone marks associated with the development of ER- BC.