Selenium, a trace element that is fundamental to human health, is incorporated into some proteins as selenocysteine (Sec), generating a family of selenoproteins. Sec incorporation is mediated by a multiprotein complex that includes Sec insertion sequence-binding protein 2 (SECISBP2; also known as SBP2). Here, we describe subjects with compound heterozygous defects in the SECISBP2 gene. These individuals have reduced synthesis of most of the 25 known human selenoproteins, resulting in a complex phenotype. Azoospermia, with failure of the latter stages of spermatogenesis, was associated with a lack of testis-enriched selenoproteins. An axial muscular dystrophy was also present, with features similar to myopathies caused by mutations in selenoprotein N (SEPN1). Cutaneous deficiencies of antioxidant selenoenzymes, increased cellular ROS, and susceptibility to ultraviolet radiation-induced oxidative damage may mediate the observed photosensitivity. Reduced levels of selenoproteins in peripheral blood cells were associated with impaired T lymphocyte proliferation, abnormal mononuclear cell cytokine secretion, and telomere shortening. Paradoxically, raised ROS in affected subjects was associated with enhanced systemic and cellular insulin sensitivity, similar to findings in mice lacking the antioxidant selenoenzyme glutathione peroxidase 1 (GPx1). Thus, mutation of SECISBP2 is associated with a multisystem disorder with defective biosynthesis of many selenoproteins, highlighting their role in diverse biological processes.

TP53, a critical tumour suppressor gene, is mutated in over half of all cancers resulting in mutant-p53 protein accumulation and poor patient survival. Therapeutic strategies to target mutant-p53 cancers are urgently needed. We show that accumulated mutant-p53 protein suppresses the expression of SLC7A11, a component of the cystine/glutamate antiporter, system xC-, through binding to the master antioxidant transcription factor NRF2. This diminishes glutathione synthesis, rendering mutant-p53 tumours susceptible to oxidative damage. System xC- inhibitors specifically exploit this vulnerability to preferentially kill cancer cells with stabilized mutant-p53 protein. Moreover, we demonstrate that SLC7A11 expression is a novel and robust predictive biomarker for APR-246, a first-in-class mutant-p53 reactivator that also binds and depletes glutathione in tumours, triggering lipid peroxidative cell death. Importantly, system xC- antagonism strongly synergizes with APR-246 to induce apoptosis in mutant-p53 tumours. We propose a new paradigm for targeting cancers that accumulate mutant-p53 protein by inhibiting the SLC7A11-glutathione axis.

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 Purpose APR-246 (Eprenetapopt) is in clinical development with a focus on haematological malignancies and is marketed as a mutant-p53 reactivation therapy. Currently, the detection of at least one TP53 mutation is an inclusion criterion for patient selection into most clinical trials. Preliminary results from our phase Ib/II clinical trial investigating APR-246 combined with combination chemotherapy (cisplatin and 5-Fluorouracil) in metastatic oesophageal cancer, together with previous pre-clinical studies, indicate that TP53 mutation status alone may not be a sufficient biomarker for response to APR-246. This study aimed to identify a robust biomarker for response to APR-246. Methods Correlation analysis of the PRIMA-1 activity (lead compound to APR-246) with mutational status, gene expression, protein expression and metabolite abundance across over 800 cancer cell lines was performed. Functional validation and a boutique siRNA screen of over 750 redox-related genes were also conducted. Results TP53 mutation status was not predictive of response to APR-246. The expression of SLC7A11, the cystine/glutamate transporter, was identified as a superior determinant of response to APR-246. Genetic regulators of SLC7A11, including ATF4, MDM2, wild-type p53 and c-Myc were confirmed to also regulate cancer cell sensitivity to APR-246. Conclusions SLC7A11 expression is the major determinant of sensitivity to APR-246 and should be utilised as a predictive biomarker in future clinical investigation of APR-246.

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.

Human Tim8a is a member of an intermembrane space chaperone network, known as the small TIM family, which transport hydrophobic membrane proteins through this compartment. Mutations in TIMM8A cause a neurodegenerative disease, Mohr-Tranebjaerg syndrome (MTS), which is characterised by sensorineural hearing loss, dystonia and blindness. Nothing is known about the function of hTim8a in neuronal cells and consequently how lack of hTim8a leads to a neurodegenerative disease. We identified a novel cell-specific function of hTim8a in the assembly of Complex IV, which is mediated through a transient interaction with the copper chaperone COX17. Complex IV assembly defects in cells lacking hTim8a leads to oxidative stress and changes to key apoptotic regulators, including cytochrome c and Bax, which primes cells for cell death. Alleviation of oxidative stress using Vitamin E rescues cells from apoptotic vulnerability. We hypothesis that enhanced sensitivity of neuronal cells to apoptosis is the underlying mechanism of MTS.

Abstract Background and Aims Oesophageal adenocarcinoma (OAC) is of increasing global concern due to increasing incidence, a lack of effective treatments, and poor prognosis. Therapeutic target discovery and clinical trials have been hindered by the heterogeneity of the disease, lack of driver mutations, and the dominance of large-scale genomic rearrangements. In this work we have characterised three potent and selective hit compounds identified in an innovative high-content phenotypic screening assay. The three hits include two approved drugs; elesclomol and disulfiram, and another small molecule compound, ammonium pyrrolidinedithiocarbamate. We uncover their mechanism of action, discover a targetable vulnerability, and gain insight into drug sensitivity for biomarker-based clinical trials in OAC. Methods Elesclomol, disulfiram, and ammonium pyrrolidinedithiocarbamate were systematically characterised across panels of oesophageal cell lines and patient-derived organoids. Drug treated oesophageal cell lines were morphologically profiled using a high-content, imaging platform. Compounds were assessed for efficacy across patient-derived organoids. Metabolomics and transcriptomics were assessed for the identification of oesophageal-cancer specific drug mechanisms and patient stratification hypotheses. Results High-content profiling revealed that all three compounds were highly selective for OAC over tissue-matched controls. Comparison of gene expression and morphological signatures unveiled a unified mechanism of action involving the accumulation of copper selectively in cancer cells, leading to dysregulation of proteostasis and cancer cell death. Basal omic analyses revealed proteasome and metabolic markers of drug sensitivity, forming the basis for biomarker-based clinical trials in OAC. Conclusions Integrated analysis of high-content imaging, transcriptomic and metabolomic data has revealed a new therapeutic mechanism for the treatment of OAC and represents an alternative target-agnostic drug discovery strategy.

Abstract This abstract is being presented as a short talk in the scientific program. A full abstract is printed in the Proffered Abstracts section (PR007) of the Conference Program/Proceedings. Citation Format: Julia V Milne, Ebtihal Mustafa, Kenji Fujihara, Eric Kusnadi, Anna Trigos, Niko Thio, Maree Pechlivanis, Carlos Cabalag, Twishi Gulati, Kaylene Simpson, Cuong Duong, Luc Furic, Wayne Phillips, Nicholas Clemons. Delineating functional drivers of esophageal adenocarcinoma to identify synthetic lethal interactions [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Expanding and Translating Cancer Synthetic Vulnerabilities; 2024 Jun 10-13; Montreal, Quebec, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(6 Suppl):Abstract nr A006.