2-Hydroxyglutarate (2HG) exists as two enantiomers, (R)-2HG and (S)-2HG, and both are implicated in tumor progression via their inhibitory effects on α-ketoglutarate (αKG)-dependent dioxygenases. The former is an oncometabolite that is induced by the neomorphic activity conferred by isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) and IDH2 mutations, whereas the latter is produced under pathologic processes such as hypoxia. We report that IDH1/2 mutations induce a homologous recombination (HR) defect that renders tumor cells exquisitely sensitive to poly(adenosine 5'-diphosphate-ribose) polymerase (PARP) inhibitors. This "BRCAness" phenotype of IDH mutant cells can be completely reversed by treatment with small-molecule inhibitors of the mutant IDH1 enzyme, and conversely, it can be entirely recapitulated by treatment with either of the 2HG enantiomers in cells with intact IDH1/2 proteins. We demonstrate mutant IDH1-dependent PARP inhibitor sensitivity in a range of clinically relevant models, including primary patient-derived glioma cells in culture and genetically matched tumor xenografts in vivo. These findings provide the basis for a possible therapeutic strategy exploiting the biological consequences of mutant IDH, rather than attempting to block 2HG production, by targeting the 2HG-dependent HR deficiency with PARP inhibition. Furthermore, our results uncover an unexpected link between oncometabolites, altered DNA repair, and genetic instability.

The authors have withdrawn their manuscript because many of the experiments described in this paper have not been reproducible, or at least are not robust, in the hands of other members of the Kaelin Laboratory who were not initially involved in this work. While we do see apparent secretion of histone H3 under some conditions, it is usually accompanied by secretion of histone H4. In this regard, the Halo tagged-histone H3 and Halo-tagged H4 constructs used for the single molecule imaging studies we reported, which seemingly confirmed specific secretion and transfer of histone H3, were purported to be sequence validated. Upon resequencing these constructs we discovered a non-synonymous mutation in the Halo tag of the H4 construct. We then redid the imaging experiments with the corrected Halo-H4 together with Halo-H3 and, in contrast to our earlier study, unfused Halo. These experiments were difficult to interpret because of the background signal seen with the unfused Halo but did not support specific secretion and transfer of histones (let alone specific secretion and transfer of histone H3). We have, in some experiments, observed transfer of H3-Cre into reporter cells ex vivo and in vivo, but 1) the transfer is not specific for H3-Cre versus H4-Cre, 2) the transfer efficiency is highly variable, and 3) the transfer efficiency is typically much less than reported in our original paper. We do not yet know whether this lack of reproducibility and robustness reflects technical and biological variables that we do not yet understand and hence were not captured in our experimental protocols. Therefore, the authors do not wish this work to be cited as reference for the project. If you have any questions, please contact the corresponding author.

ABSTRACT Previous studies have revealed that dysregulation of long interspersed nuclear element 1 (LINE-1), a dominant class of transposable elements in the human genome, correlates with neurodegeneration 1–3 . Yet whether LINE-1 dysregulation is causal to disease pathogenesis has not been proven directly. Here, we demonstrate that expression of evolutionarily younger LINE-1 families is elevated in the cerebella of ataxia telangiectasia (AT) patients, which was correlated with extensive downregulation of epigenetic silencers. To examine whether LINE-1 activation causes neurologic disease, we established an approach to directly target and activate the promoter of a young family of LINE-1 in mice. LINE-1 activation in the cerebellum was sufficient to lead to robust progressive ataxia. Purkinje cells in the diseased mice exhibited marked electrophysiological dysfunctions and degeneration with a significant accumulation of cytoplasmic ribonucleoprotein LINE-1Orf1p aggregates, endoplasmic reticulum (ER) stress, and DNA damage. Treatment with lamivudine, a nucleoside reverse transcriptase inhibitor, blunted the disease progression by reducing DNA damage, attenuating gliosis and interferon gene signature, and recovering the loss of key functional molecules for calcium homeostasis in Purkinje cells. This study provides direct evidence that young LINE-1 activation drives ataxia phenotype, and points to its pleiotropic effects leading to DNA damage, inflammation, and dysfunction and degeneration of neurons.