Abstract Mechanisms of drug-tolerance remain poorly understood and have been linked to genomic but also to non-genomic processes. 5-fluorouracil (5-FU), the most widely used chemotherapy in oncology is associated with resistance. While prescribed as an inhibitor of DNA replication, 5-FU alters all RNA pathways. Here, we show that 5-FU treatment leads to the production of fluorinated ribosomes exhibiting altered translational activities. 5-FU is incorporated into ribosomal RNAs of mature ribosomes in cancer cell lines, colorectal xenografts, and human tumors. Fluorinated ribosomes appear to be functional, yet, they display a selective translational activity towards mRNAs depending on the nature of their 5′-untranslated region. As a result, we find that sustained translation of IGF-1R mRNA, which encodes one of the most potent cell survival effectors, promotes the survival of 5-FU-treated colorectal cancer cells. Altogether, our results demonstrate that “man-made” fluorinated ribosomes favor the drug-tolerant cellular phenotype by promoting translation of survival genes.

All routine clinical treatments for colorectal cancer include 5-fluorouracil (5-FU), which cannot counteract recurrence and metastases formation. As the pyrimidine analog 5-FU can impact multiple pathways including both DNA and RNA metabolism, studying its mode of actions could lead to improved therapies. Using a dedicated reporter system for lineage-tracing and deep translatome profiling we demonstrate that 5-FU causes some colorectal cancer cells to tolerate the drug, due to a durable translational reprogramming that sustains cell plasticity. This period of drug tolerance coincides with specific translational activation of genes coding for proteins with major pro-tumoral functions. We unravel a major unexpected translational overexpression of the pro-inflammatory and pro-tumoral IL-8 cytokine, alongside other anti-apoptotic, senescence-associated secretory phenotype and cancer-related senescence phenotype genes. Given the adverse prognostic implications of elevated IL-8 levels across various cancers, our findings suggest IL-8 targeting could counteract 5-FU resistance.

ABSTRACT Compelling evidence suggests that tumor initiating cells (TIC) are the roots of current shortcomings in advanced and metastatic cancer treatment. TIC represents a minor subpopulation of tumor cells endowed with self-renewal and multi-lineage differentiation capacity, which can disseminate and seed metastasis in distant organ. Our work identified Streptomycin (SM), a potent bactericidal antibiotic, as a new molecule capable of targeting non-adherent TIC from colon and breast cancer cell lines by inducing mitochondrial-dependent ferroptosis. SM-induced ferroptosis associates with profound alterations in mitochondrial morphology, such as swelling and cristae enlargement, coupled with hyperpolarization of mitochondrial membrane potential and production of mitochondrial ROS. The peculiar SM structure, and more particularly its aldehyde group, is essential for this mechanism. As such, the mere reduction of SM into dihydrostreptomycin abolishes its effect on TIC. This study reveals a new mechanism of action of SM that could help comprehend the molecular basis of TIC adaptation to inhospitable environments and pave the way for new treatment of advanced cancers.