Abstract The Acylglycerol Kinase (AGK) is a mitochondrial lipid kinase that contributes to protein biogenesis as a subunit of the TIM22 complex at the inner mitochondrial membrane. Mutations in AGK cause Sengers syndrome, an autosomal recessive condition characterized by congenital cataracts, hypertrophic cardiomyopathy, skeletal myopathy and lactic acidosis. We undertook proteomic profiling of Sengers patient fibroblasts and an AGK KO cell line to map the proteomic changes that ensue upon AGK dysfunction. This uncovered extensive remodelling of mitochondrial one-carbon metabolism enzymes and showed that inner membrane serine transporters, Sideroflexins (SFXNs), are novel substrates of the TIM22 complex. Deletion of SFXN1 recapitulates the remodelling of one-carbon metabolism observed in Sengers patient cells. Proliferation of cells lacking AGK is perturbed in the absence of exogenous serine and rescuable through addition of formate, highlighting the dysregulation of one carbon metabolism as a key molecular feature in the biology of Sengers syndrome.

ABSTRACT The mechanisms by which cells respond and adapt to oxidative stress are largely unknown but are key to developing a rationale for cancer therapies that target antioxidant pathways. APR-246 is a mutant-p53 targeted therapeutic currently under clinical investigation in myeloid dysplastic syndrome (MDS) and acute myeloid leukemia 1 . Whilst the mechanism of action of APR-246 is thought to be reactivation of wild-type p53 activity through covalent modification of cysteine residues in the core domain of mutant-p53 protein 2,3 , here we report that the anti-neoplastic capacity of APR-246 lies predominantly in the conjugation of free cysteine. Genome-wide CRISPR perturbation screening, metabolite profiling and proteomics in response to APR-246 treatment in mutant-p53 cancer cells highlighted the role of GSH and mitochondrial metabolism in determining APR-246 efficacy. APR-246 sensitivity was increased through loss of key enzymes in mitochondrial one-carbon metabolism, SHMT2 and MTHFD1L , due to diminished glycine supply for de novo GSH synthesis. Critically, we show that APR-246 induces iron-dependent, apoptotic machinery-independent cell death, ferroptosis. Whole-cell proteomics analyses indicated an upregulation of proteins involved in iron-sulfur cluster biogenesis (eg. FDX1). GSH, acetyl-CoA and NADH levels were also depleted in APR-246 treated cells. Importantly, we found that APR-246 inhibits iron-sulfur cluster biogenesis in the mitochondria of cancer cells through cysteine conjugation. This work not only details novel determinants of APR-246 activity in cancer cells, but also provides a clinical roadmap for targeting antioxidant pathways in tumours - beyond targeting mutant-p53 tumours.

Abstract Targeting of specific metabolic pathways in tumor cells has the potential to sensitize them to immune-mediated attack. Here we provide evidence for a specific means of mitochondrial respiratory Complex I (CI) inhibition that improves tumor immunogenicity and sensitivity to immune checkpoint blockade (ICB). Targeted genetic deletion of the CI subunits Ndufs4 and Ndufs6 , but not other subunits, induces an immune-dependent tumor growth attenuation in mouse melanoma models. We show that deletion of Ndufs4 induces expression of the transcription factor Nlrc5 and genes in the MHC class I antigen presentation and processing pathway. This induction of MHC-related genes is driven by an accumulation of pyruvate dehydrogenase-dependent mitochondrial acetyl-CoA downstream of CI subunit deletion. This work provides a novel functional modality by which selective CI inhibition restricts tumor growth, suggesting that specific targeting of Ndufs4 , or related CI subunits, increases T-cell mediated immunity and sensitivity to ICB.

Abstract Caspase-2, one of the most evolutionarily conserved member of the caspase family, is an important regulator of the cellular response to oxidative stress. Given that ferroptosis is suppressed by antioxidant defense pathways, such as that involving selenoenzyme glutathione peroxidase 4 (GPX4), we hypothesised that caspase-2 may play a role in regulating ferroptosis. This study provides the first demonstration of an important and unprecedented function of caspase-2 in protecting cancer cells from undergoing ferroptotic cell death. Specifically, we show that depletion of caspase-2 leads to downregulation of stress response genes including SESN2, HMOX1, SLC7A11 and sensitises mutant-p53 cancer cells to cell death induced by various ferroptosis inducing compounds. Importantly, the canonical catalytic activity of caspase-2 is not required for its role and suggests that caspase-2 regulates ferroptosis via non-proteolytic interaction with other proteins. Using an unbiased BioID proteomics screen, we identified novel caspase-2 interacting proteins (including heat shock proteins and co-chaperones) that regulate cellular responses to stress. Finally, we demonstrate that caspase-2 limits chaperone mediated autophagic degradation of GPX4 to promote survival of mutant-p53 cancer cells. In conclusion, we document a novel role for caspase-2 as a negative regulator of ferroptosis in cells with mutant-p53. Our results provide evidence for a novel function of caspase-2 functions in cell death regulation and open potential new avenues to exploit ferroptosis in cancer therapy.