Abstract Therapy resistance and metastasis, the most fatal steps in cancer, are often triggered by a (partial) activation of the epithelial–mesenchymal transition (EMT) programme. A mesenchymal phenotype predisposes to ferroptosis, a cell death pathway exerted by an iron and oxygen-radical-mediated peroxidation of phospholipids containing polyunsaturated fatty acids. We here show that various forms of EMT activation, including TGFβ stimulation and acquired therapy resistance, increase ferroptosis susceptibility in cancer cells, which depends on the EMT transcription factor Zeb1. We demonstrate that Zeb1 increases the ratio of phospholipids containing pro-ferroptotic polyunsaturated fatty acids over cyto-protective monounsaturated fatty acids by modulating the differential expression of the underlying crucial enzymes stearoyl-Co-A desaturase 1 (SCD), fatty acid synthase (FASN), fatty acid desaturase 2 (FADS2), elongation of very long-chain fatty acid 5 (ELOVL5) and long-chain acyl-CoA synthetase 4 (ACSL4). Pharmacological inhibition of selected lipogenic enzymes (SCD and FADS2) allows the manipulation of ferroptosis sensitivity preferentially in high-Zeb1-expressing cancer cells. Our data are of potential translational relevance and suggest a combination of ferroptosis activators and SCD inhibitors for the treatment of aggressive cancers expressing high Zeb1.

Abstract Tumours face tryptophan (Trp) depletion, but the mechanisms sustaining protein biosynthesis under Trp stress remain unclear. We report that Trp stress increases the levels of the translation repressor EIF4EBP1. Yet, at the same time, EIF4EBP1 is selectively phosphorylated by the metabolic master regulator MTORC1 kinase, preventing EIF4EBP1 from inhibiting translation. MTORC1 activity under Trp stress is unexpected because the absence of amino acids is typically linked with MTORC1 inhibition. EIF4EBP1-sensitive translation in Trp starved cells is sustained by EGFR and RAS signalling to MTORC1. Via this mechanism, Trp stress enhances the synthesis and activity of the aryl hydrocarbon receptor (AHR). This is noteworthy as Trp catabolites are known to activate AHR, and therefore Trp stress was previously considered to inhibit AHR. Trp stress-induced AHR enhances the expression of key regulators of autophagy, which sustains intracellular Trp levels and Trp-charged tRNAs for translation. Hence, Trp stress switches MTORC1 from its established inhibitory function into an enhancer of autophagy, acting through AHR. The clinical potential of this fundamental mechanism is highlighted by the activity of the mTORC1-AHR pathway and an autophagy signature in 20% of glioblastoma patients, opening up new avenues for cancer therapy.

Abstract Silybum marianum is used to protect against degenerative liver damage. The molecular mechanisms of its bioactive component, silybin, remained enigmatic, although membrane-stabilizing properties, modulation of membrane protein function, and metabolic regulation have been discussed for decades. Here, we show that specifically the stereoisomer silybin A decreases triglyceride levels and lipid droplet content, while enriching major phospholipid classes and maintaining a homeostatic phospholipid composition in human hepatocytes in vitro and in mouse liver in vivo under normal and pre-disease conditions. Conversely, in cell-based disease models of lipid overload and lipotoxic stress, silybin treatment primarily depletes triglycerides. Mechanistically, silymarin/silybin suppresses phospholipid-degrading enzymes, induces phospholipid biosynthesis to varying degrees depending on the conditions, and down-regulates triglyceride biosynthesis, while inducing complex changes in sterol and fatty acid metabolism. Structure-activity relationship studies highlight the importance of the 1,4-benzodioxane ring configuration of silybin A in triglyceride reduction and the saturated 2,3-bond of the flavanonol moiety in phospholipid accumulation. Enrichment of hepatic phospholipids and intracellular membrane expansion are associated with an heightened biotransformation capacity. In conclusion, our study deciphers the structural features of silybin contributing to hepatic lipid reorganization and offers insights into its liver-protective mechanism, potentially involving a context-dependent lipid class switch from triglycerides to phospholipids.

Abstract Proteo-metabolomics is essential in systems biology and simultaneous proteo-metabolome extraction by liquid-liquid extraction (SPM-LLE) allows extraction of the metabolome and proteome from the same sample. Since the proteome is present as a pellet in SPM-LLE it must be solubilized for quantitative proteomics. Solubilization and proteome extraction is a critical factor in the information that can be obtained at the proteome level. In this study, we investigated the performance of two surfactants (sodium deoxycholate (SDC), sodium dodecyl sulfate (SDS)) and urea with respect to proteome coverage and extraction efficiency of an interphase proteome pellet generated by methanol-chloroform based SPM-LLE. We also investigated the extent to which the performance differs when the proteome is extracted from the interphase pellet or by direct cell lysis. Our study reveals that the proteome coverages between the two surfactants and urea for the SPM-LLE interphase pellet were very similar, but the extraction efficiencies differed significantly. While SDS led to enrichment of basic proteins, which were mainly ribosomal and ribonuclear proteins, urea was the most efficient extraction agent for simultaneous proteo-metabolome analysis. The results of our study also show that the performance of surfactants (SDC, SDS) for quantitative proteomics is better when the proteome was extracted by direct cell lysis and not from an interphase pellet. In contrast, the performance of urea for quantitative proteomics was significantly better when the proteome was extracted from an interphase pellet and by direct cell lysis.

Rationale: Silybum marianum is used to protect against degenerative liver damage.The molecular mechanisms of its bioactive component, silybin, remained enigmatic, although membrane-stabilizing properties, modulation of membrane protein function, and metabolic regulation have been discussed for decades.Methods: Experiments were performed with hepatocyte cell lines and primary monocytes in vitro under both basal and stressed conditions, and in mice in vivo.Quantitative lipidomics was used to detect changes in phospholipids and triglycerides.Key findings were confirmed by Western blotting, quantitative PCR, microscopy, enzyme activity assays, metabolic flux studies, and functional relationships were investigated using selective inhibitors.Results: We show that specifically the stereoisomer silybin A decreases triglyceride levels and lipid droplet content, while enriching major phospholipid classes and maintaining a homeostatic phospholipid composition in human hepatocytes in vitro and in mouse liver in vivo under normal and pre-disease conditions.Conversely, in cell-based disease models of lipid overload and lipotoxic stress, silybin treatment primarily depletes triglycerides.Mechanistically, silymarin/silybin suppresses phospholipid-degrading enzymes, induces phospholipid biosynthesis to varying degrees depending on the conditions, and down-regulates triglyceride remodeling/biosynthesis, while inducing complex changes in sterol and fatty acid metabolism.Structure-activity relationship studies highlight the importance of the 1,4-benzodioxane ring configuration of silybin A in triglyceride reduction and the saturated 2,3-bond of the flavanonol moiety in phospholipid accumulation.Enrichment of hepatic phospholipids and intracellular membrane expansion are associated with a heightened biotransformation capacity. Conclusion:Our study deciphers the structural features of silybin contributing to hepatic lipid remodeling and suggests that silymarin/silybin protects the liver in individuals with mild metabolic dysregulation, involving a lipid class switch from triglycerides to phospholipids, whereas it may be less effective in disease states associated with severe metabolic dysregulation.