ABSTRACT Transcription stability enforces cellular identity and is tightly controlled by restrictions imposed on both transcription factor function and target gene accessibility. Progression of cancer to metastasis and multi-drug resistance requires fluid transcriptional programs that can explore different genomic landscapes to enable clonal expansion of aggressive and treatment resistant phenotypes. Here, we show that increased levels of H 2 O 2 produced in mitochondria leads to H3.1 oxidation at Cys96, a distinctive redox sensitive amino acid residue restricted to this histone variant, in the nucleus. The oxidation of Cys96 promotes the eviction of H3.1 from chromatin and its exchange with H3.3, thereby opening silenced portions of the chromatin. Mutation of Cys96 by an oxidation-resistant serine residue or quenching nuclear H 2 O 2 reversed chemotherapy resistance and drove established metastatic disease into remission. Together, these results show that increased mitochondrial H 2 O 2 production, characteristic of metabolic dysfunction, promotes transcriptional plasticity by removing structural chromatin restrictions imposed by the redox sensitive histone variant H3.1. We suggest that this new regulatory nexus between cancer metabolism and chromatin remodeling controls chromatin states that enable cancer progression and drug resistance acquisition.

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.