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.

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.

Abstract Application of molecular targeted therapies for esophageal adenocarcinoma (EAC) has been limited by a lack of druggable oncogenic drivers. We propose that synthetic lethal interactions may provide new opportunities for targeted therapies in EAC. We have taken an integrated multi-omics approach incorporating Perturb-Seq (CRISPR editing combined with single cell RNA sequencing) and in vivo tumorigenesis assays to perform high-throughput characterisation of >70 high-confidence EAC driver genes, and genome-wide CRISPR-Cas9 knockout screens in isogenic models of EAC tumorigenesis to identify disease relevant synthetic lethal genetic interactions. MS-based proteomics, reverse phase protein arrays, polysome profiling and bulk RNA-sequencing of isogenic models were utilised to interrogate the biology of bona fide EAC drivers and associated driver specific gene dependencies. The overall goals were to (i) enhance our understanding of EAC tumorigenesis, (ii) identify potential opportunities for therapeutic interventions targeting EAC drivers via synthetic lethal-like approaches, and (iii) reduce the complexity of genetic heterogeneity by categorising EAC drivers with similar phenotypic outcomes. Through our approach we have identified complex crosstalk between the tumor suppressor SMAD4 and regulation of mTOR signaling, with specific downstream effects on translational reprogramming in EAC. Mutation or loss of SMAD4 occurs in up to 20% of EAC, but not pre-malignant tissue (Barrett’s esophagus), and is sufficient to promote transformation of pre-malignant cells in our in vivo tumorigenesis model. In this model, xenotransplanted SMAD4-deficient (via CRISPR-Cas9 knockout or shRNA knockdown) Barrett’s metaplasia cells formed invasive, metastatic tumors after a period of latency. SMAD4 deficient cells had downregulated expression of 4E-BP1, which inhibits EIF4E, the cap-dependent translation initiation factor. This was accompanied by increased mTOR activity, including phosphorylation and inactivation of 4EBP1. Moreover, we found that SMAD4-deficient cells preferentially upregulate cap-dependent translation at the expense of IRES mediated translation. Furthermore, perturbation of additional negative regulators of mTOR signaling in combination with SMAD4 knockout exacerbated these effects and accelerated tumorigenesis in vivo. We have extended these findings to a model of Barrett’s esophagus patient-derived organoids (PDOs) and observed increased proliferative potential of our genetically modified PDOs. Finally, analysing gene ontologies for differentially expressed genes from Perturb-seq revealed that driver-dependent transcriptional changes can be categorized into a smaller number of functional pathways allowing us to potentially consider groups of drivers as functional units. This work advances our understanding of EAC tumorigenesis, provides new mechanistic insights into SMAD4-driven transformation as well as novel potential therapeutic avenues for SMAD4-deficient EAC. 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 PR007.