Ferroptosis, a non-apoptotic form of cell death marked by iron-dependent lipid peroxidation1, has a key role in organ injury, degenerative disease and vulnerability of therapy-resistant cancers2. Although substantial progress has been made in understanding the molecular processes relevant to ferroptosis, additional cell-extrinsic and cell-intrinsic processes that determine cell sensitivity toward ferroptosis remain unknown. Here we show that the fully reduced forms of vitamin K-a group of naphthoquinones that includes menaquinone and phylloquinone3-confer a strong anti-ferroptotic function, in addition to the conventional function linked to blood clotting by acting as a cofactor for γ-glutamyl carboxylase. Ferroptosis suppressor protein 1 (FSP1), a NAD(P)H-ubiquinone reductase and the second mainstay of ferroptosis control after glutathione peroxidase-44,5, was found to efficiently reduce vitamin K to its hydroquinone, a potent radical-trapping antioxidant and inhibitor of (phospho)lipid peroxidation. The FSP1-mediated reduction of vitamin K was also responsible for the antidotal effect of vitamin K against warfarin poisoning. It follows that FSP1 is the enzyme mediating warfarin-resistant vitamin K reduction in the canonical vitamin K cycle6. The FSP1-dependent non-canonical vitamin K cycle can act to protect cells against detrimental lipid peroxidation and ferroptosis.

Diabetic kidney disease is a major cause of renal failure that urgently necessitates a breakthrough in disease management. Here we show using untargeted metabolomics that levels of phenyl sulfate, a gut microbiota-derived metabolite, increase with the progression of diabetes in rats overexpressing human uremic toxin transporter SLCO4C1 in the kidney, and are decreased in rats with limited proteinuria. In experimental models of diabetes, phenyl sulfate administration induces albuminuria and podocyte damage. In a diabetic patient cohort, phenyl sulfate levels significantly correlate with basal and predicted 2-year progression of albuminuria in patients with microalbuminuria. Inhibition of tyrosine phenol-lyase, a bacterial enzyme responsible for the synthesis of phenol from dietary tyrosine before it is metabolized into phenyl sulfate in the liver, reduces albuminuria in diabetic mice. Together, our results suggest that phenyl sulfate contributes to albuminuria and could be used as a disease marker and future therapeutic target in diabetic kidney disease.

Gut microbiota is involved in the metabolism of uremic solutes. However, the precise influence of microbiota to the retention of uremic solutes in CKD is obscure. To clarify this, we compared adenine-induced renal failure and control mice under germ-free or specific pathogen-free (SPF) conditions, examining the metabolite profiles of plasma, feces, and urine using a capillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry-based approach. Mice with renal failure under germ-free conditions demonstrated significant changes in plasma metabolites. Among 183 detected solutes, plasma levels of 11 solutes, including major uremic toxins, were significantly lower in germ-free mice than in SPF mice with renal failure. These 11 solutes were considered microbiota-derived uremic solutes and included indoxyl sulfate, p-cresyl sulfate, phenyl sulfate, cholate, hippurate, dimethylglycine, γ-guanidinobutyrate, glutarate, 2-hydroxypentanoate, trimethylamine N-oxide, and phenaceturate. Metabolome profiling showed that these solutes were classified into three groups depending on their origins: completely derived from microbiota (indoxyl sulfate, p-cresyl sulfate), derived from both host and microbiota (dimethylglycine), and derived from both microbiota and dietary components (trimethylamine N-oxide). Additionally, germ-free renal failure conditions resulted in the disappearance of colonic short-chain fatty acids, decreased utilization of intestinal amino acids, and more severe renal damage compared with SPF mice with renal failure. Microbiota-derived short-chain fatty acids and efficient amino acid utilization may have a renoprotective effect, and loss of these factors may exacerbate renal damage in germ-free mice with renal failure. Thus, microbiota contributes substantially to the production of harmful uremic solutes, but conversely, growth without microbiota has harmful effects on CKD progression.

Abstract Sporadic inclusion body myositis (sIBM) is the most common idiopathic inflammatory myopathy, and several reports have suggested that mitochondrial abnormalities are involved in its etiology. We recruited 9 sIBM patients and found significant histological changes and an elevation of growth differential factor 15 (GDF15), a marker of mitochondrial disease, strongly suggesting the involvement of mitochondrial dysfunction. Bioenergetic analysis of sIBM patient myoblasts revealed impaired mitochondrial function. Decreased ATP production, reduced mitochondrial size and reduced mitochondrial dynamics were also observed in sIBM myoblasts. Cell vulnerability to oxidative stress also suggested the existence of mitochondrial dysfunction. Mitochonic acid-5 (MA-5) increased the cellular ATP level, reduced mitochondrial ROS, and provided protection against sIBM myoblast death. MA-5 also improved the survival of sIBM skin fibroblasts as well as mitochondrial morphology and dynamics in these cells. The reduction in the gene expression levels of Opa1 and Drp1 was also reversed by MA-5, suggesting the modification of the fusion/fission process. These data suggest that MA-5 may provide an alternative therapeutic strategy for treating not only mitochondrial diseases but also sIBM.

Summary Selenium-dependent glutathione peroxidase 4 (GPX4) is the guardian of ferroptosis and prevents unrestrained (phospho)lipid peroxidation by directly reducing phospholipid hydroperoxides (PLOOH) to their corresponding alcohols. However, it remains unclear whether other phospholipid peroxidases can also contribute to ferroptosis prevention, albeit to a varying degree. Here we show that cells lacking GPX4 still exhibit substantial PLOOH reduction capacity, arguing for the presence of alternative PLOOH peroxidases. By scrutinizing potential candidates, we showed that while overexpression of peroxiredoxin 6 (PRDX6), a thiol-specific antioxidant enzyme with reported PLOOH-reducing activity, failed to prevent ferroptosis, its genetic loss markedly sensitizes cancer cells to ferroptosis. Mechanistically, we uncover that PRDX6 facilitates intracellular selenium handling, which is crucial for selenium incorporation into selenoproteins, including GPX4. Consequently, PRDX6 modulates GPX4 expression, thereby dictating the sensitivity of cells to undergo ferroptosis. Our study highlights PRDX6 as a critical factor in ferroptosis prevention by directing cellular selenium mobilization.

tiRNAs are small non-coding RNAs produced when tRNA is cleaved under stress. tRNA methylation modifications has emerged in recent years as important regulators for tRNA structural stability and sensitivity to cleavage and tiRNA generation during stress, however, the specificity and higher regulation of such a process is not fully understood. Alkbh1 is a m1A demethylase that leads to destabilization of tRNA and enhanced tRNA cleavage. We examined the impact of Alkbh1 targeting via gene knockdown or overexpression on B35 rat neuroblastoma cell line fate following stresses and on tRNA cleavage. We show that Alkbh1 impact on cell fate and tRNA cleavage is a stress specific process that is impacted by the demethylating capacity of the cellular stress in question. We also show that not all tRNAs are cleaved equally following Alkbh1 manipulation and stress, and that Alkbh1 KD fails to rescue tRNAs from cleavage following demethylating stresses. These findings shed a light on the specificity and higher regulation of tRNA cleavage and should act as a guide for future work exploring the utility of Alkbh1 as a therapeutic target for cancers or ischemic insult.

Ferroptosis, a mode of cell death involving iron-dependent lipid peroxidation, has attracted widespread attention in the development of anticancer drugs and toxicological studies as a potential mechanism of chemical-induced cytotoxicity. This process is regulated by several antioxidant enzymes, of which the selenium-containing glutathione peroxidase 4 (GPx4) is the prime regulator. However, accurately and reproducibly evaluating ferroptosis in cultured cells is challenging since numerous experimental factors in in vitro setting can influence the results. In the present study, we found that the expression levels of selenoproteins, such as GPx4 and GPx1, fluctuate across several cell lines depending on the selenium content of different origin of fetal bovine serum (FBS). Cells cultured in FBS containing higher selenium concentrations exhibited elevated GPx4 expression, and were resistant to ferroptosis induced by erastin and RSL3. These findings suggest that the variability of selenium content in different FBS batches can significantly influence the susceptibility of cells to ferroptosis, highlighting the importance of standardizing these factors to enhance the reproducibility of ferroptosis-related experiments.