Abstract Hypoxic tumor microenvironments pose a significant challenge in cancer treatment. Hypoxia-activated prodrugs like evofosfamide aim to specifically target and eliminate these resistant cells. However, their effectiveness is often limited by reoxygenation after cell death. We hypothesized that ascorbate’s pro-oxidant properties could be harnessed to induce transient hypoxia, enhancing the efficacy of evofosfamide by overcoming reoxygenation. To test this hypothesis, we investigated the sensitivity of MIA Paca-2 and A549 cancer cells to ascorbate in vitro and in vivo. Ascorbate induced a cytotoxic effect at 5 mM that could be alleviated by endogenous administration of catalase, suggesting a role for hydrogen peroxide in its cytotoxic mechanism. In vitro, Seahorse experiments indicated generation of hydrogen peroxide consumes oxygen, which is offset at later time points by a reduction in oxygen consumption due to hydrogen peroxide’s cytotoxic effect. In vivo, photoacoustic imaging showed ascorbate treatment at sublethal levels triggered a complex, multi-phasic response in tumor oxygenation across both cell lines. Initially, ascorbate generated transient hypoxia within minutes through hydrogen peroxide production, via reactions that consume oxygen. This initial hypoxic phase peaked at around 150 seconds and then gradually subsided. However, at longer time scales (approximately 300 seconds) a vasodilation effect triggered by ascorbate resulted in increased blood flow and subsequent reoxygenation. Combining sublethal levels of ascorbate with evofosfamide significantly prolonged tumor doubling time in MIA Paca-2 and A549b xenografts compared to either treatment alone. This improvement, however, was only observed in a subpopulation of tumors, highlighting the complexity of the oxygenation response.

Hereditary Leiomyomatosis and Renal Cell Cancer (HLRCC) is an inherited cancer syndrome associated with a highly aggressive form of type 2 papillary renal cell carcinoma (PRCC). Germ line inactivating alterations in Fumarate Hydratase (FH) cause HLRCC, and result in elevated levels of reactive oxygen species (ROS). Recent work indicates that FH -/- PRCC cells have increased ABL1 activation, which promotes tumor growth, but how ABL1 is activated remained unclear. Oxidation can regulate protein-tyrosine phosphatase (PTP) catalytic activity; conceivably, ROS-catalyzed inactivation of an ABL-directed PTP might account for ABL1 activation in this malignancy. Previously, our group developed q-oxPTPome, a method that can globally monitor the oxidation of classical PTPs. We have now refined the q-oxPTPome approach, increasing its sensitivity by >10X. Applying q-oxPTPome to FH-deficient cell models shows that multiple PTPs are either highly oxidized (including PTPN12) or overexpressed. In general, highly oxidized PTPs were those that have relatively high sensitivity to exogenous H2O2. Most PTP oxidation in FH-deficient cells is reversible, although nearly 40% of PTPN13 is oxidized irreversibly to the sulfonic acid state. Using substrate-trapping mutants, we mapped PTPs to their putative substrates, and found that only PTPN12 could target ABL1. Furthermore, knockdown experiments identify PTPN12 as the major ABL1 phosphatase in HLRCC. Overall, our results show that ROS-induced PTPN12 oxidation accounts for ABL1 phosphorylation in HLRCC-associated PRCC, reveal a novel mechanism for inactivating a tumor suppressor gene product, and establish a direct link between pathological PTP oxidation and neoplastic disease.