Summary Sunitinib, an oral tyrosine kinase inhibitor used in advanced renal cell carcinoma (RCC), exhibits significant efficacy but faces resistance in 30% of patients. Yet, the molecular mechanisms underlying this therapy resistance remain elusive. Here, we show that sunitinib induces a metabolic shift leading to increased serine synthesis in RCC cells. The activation of the GCN2-ATF4 stress response pathway is identified as the mechanistic link between sunitinib treatment and elevated serine production. Inhibiting key enzymes in the serine synthesis pathway, such as PHGDH and PSAT1, enhances the sensitivity of resistant cells to sunitinib. The study underscores the role of serine biosynthesis in nucleotide synthesis, influencing cell proliferation, migration, and invasion. Beyond RCC, similar activation of serine synthesis occurs in other cancer types, suggesting a shared adaptive response to sunitinib therapy. This research identifies serine synthesis as a potential target to overcome sunitinib resistance, offering insights into therapeutic strategies applicable across diverse cancer contexts. Graphical abstract Highlights Sunitinib induces an increase in endogenous serine production in metastatic ccRCC. The heightened serine biosynthesis promoted by sunitinib facilitates nucleotide synthesis, thereby sustaining tumor cell proliferation. Sunitinib-induced enhancement of serine biosynthesis enables cell migration and invasion. The stimulation in serine synthesis is also observed in other cancer models treated with sunitinib.

Abstract The genome of the methylotrophic yeast, Komagataella phaffii harbours multiple genes encoding putative alcohol dehydrogenases and aldehyde dehydrogenases (ALDs). Here, we demonstrate that one of the ALDs denoted as ALD-A is essential for ethanol metabolism. A zinc finger transcription factor known as Mxr1p regulates ALD-A transcription by binding to Mxr1p response elements (MXREs) in the ALD-A promoter. Mutations which abrogate Mxr1p binding to ALD-A MXREs in vitro abolish transcriptional activation from ALD-A promoter in vivo . Mxr1p regulates ALD-A expression during ethanol as well as methanol metabolism. ALD-A is essential for the utilization of methanol and Δald-a is deficient in alcohol oxidase (AOX), a key enzyme of methanol metabolism. AOX protein but not mRNA levels are down regulated in Δald-a. ALD-A and AOX localize to cytosol and peroxisomes respectively during methanol metabolism suggesting that they are unlikely interact with each other in vivo . This study has led to the identification of Mxr1p as a key regulator of ALD-A transcription during ethanol and methanol metabolism of K. phaffii . Post-transcriptional regulation of AOX protein levels by ALD-A during methanol metabolism is another unique feature of this study.