Significance Phosphatidylethanolamine (PE)-linked arachidonic acid (AA) and adrenic acid (AdA) are well-known substrates for lipid peroxidation, which are indispensable for ferroptosis, an iron-dependent regulated necrosis. However, how cells differentially regulate the intracellular pools of AA and AdA is not fully understood. Here, elongation of very long-chain fatty acid protein 5 (ELOVL5) and fatty acid desaturase 1 (FADS1) are differentially expressed in gastric cancer cells, discriminating the cellular susceptibility to ferroptosis. Biochemical and lipidomics analyses support the hypothesis that ELOVL5 and FADS1 are required to maintain intracellular levels of AA and AdA and promote ferroptosis. Our study highlights the biosynthesis of AA and AdA by ELOVL5 and FADS1 as a critical checkpoint in the ferroptosis pathway.

Abstract Ischaemic heart disease (IHD) is the leading cause of death worldwide. Although myocardial cell death plays a significant role in myocardial infarction (MI), its underlying mechanism remains to be elucidated. To understand the progression of MI and identify potential therapeutic targets, we performed tandem mass tag (TMT)-based quantitative proteomic analysis using an MI mouse model. Gene ontology (GO) analysis and gene set enrichment analysis (GSEA) revealed that the glutathione metabolic pathway and reactive oxygen species (ROS) pathway were significantly downregulated during MI. In particular, glutathione peroxidase 4 (GPX4), which protects cells from ferroptosis (an iron-dependent programme of regulated necrosis), was downregulated in the early and middle stages of MI. RNA-seq and qRT-PCR analyses suggested that GPX4 downregulation occurred at the transcriptional level. Depletion or inhibition of GPX4 using specific siRNA or the chemical inhibitor RSL3, respectively, resulted in the accumulation of lipid peroxide, leading to cell death by ferroptosis in H9c2 cardiomyoblasts. Although neonatal rat ventricular myocytes (NRVMs) were less sensitive to GPX4 inhibition than H9c2 cells, NRVMs rapidly underwent ferroptosis in response to GPX4 inhibition under cysteine deprivation. Our study suggests that downregulation of GPX4 during MI contributes to ferroptotic cell death in cardiomyocytes upon metabolic stress such as cysteine deprivation.

Abstract Arachidonic and adrenic acids in the membrane play key roles in ferroptosis, but how these fatty acids are manipulated in cells is largely unknown. Here, we reveal that lipoprotein-associated phospholipase A2 (Lp-PLA2) controls intracellular phospholipid metabolism and contributes to ferroptosis resistance. A metabolic drug screen identified that darapladib (SB-480848), an inhibitor of Lp-PLA2, synergistically induced ferroptosis with GPX4 inhibitors. Notably, darapladib was able to enhance ferroptosis under lipoprotein-deficient or serum-free conditions. Furthermore, Lp-PLA2 was located in the membrane and cytoplasm and suppressed ferroptosis, suggesting the critical role of intracellular Lp-PLA2. Lipidomic analysis showed that phosphatidylethanolamine (PE) species were generally enriched, while lysophosphatidylethanolamine (lysoPE) and free fatty acid levels were reduced, upon darapladib treatment. Finally, combination treatment with darapladib and PACMA31, a GPX4 inhibitor, efficiently inhibited tumor growth in a xenograft model. Our study suggests that inhibition of Lp-PLA2 is a potential therapeutic strategy to enhance ferroptosis in cancer treatment.