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Sabatier M, Birsen R, Lauture L, Mouche S, Angelino P, Dehairs J, Goupille L, Boussaid I, Heiblig M, Boet E, Sahal A, Saland E, Santos JC, Armengol M, Fernández-Serrano M, Farge T, Cognet G, Simonetta F, Pignon C, Graffeuil A, Mazzotti C, Avet-Loiseau H, Delos O, Bertrand-Michel J, Chedru A, Dembitz V, Gallipoli P, Anstee NS, Loo S, Wei AH, Carroll M, Goubard A, Castellano R, Collette Y, Vergez F, Mansat-De Mas V, Bertoli S, Tavitian S, Picard M, Récher C, Bourges-Abella N, Granat F, Kosmider O, Sujobert P, Colsch B, Joffre C, Stuani L, Swinnen JV, Guillou H, Roué G, Hakim N, Dejean AS, Tsantoulis P, Larrue C, Bouscary D, Tamburini J, Sarry JE. C/EBPα Confers Dependence to Fatty Acid Anabolic Pathways and Vulnerability to Lipid Oxidative Stress-Induced Ferroptosis in FLT3-Mutant Leukemia. Cancer Discov 2023; 13:1720-1747. [PMID: 37012202 DOI: 10.1158/2159-8290.cd-22-0411] [Citation(s) in RCA: 21] [Impact Index Per Article: 21.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/15/2022] [Revised: 01/19/2023] [Accepted: 03/30/2023] [Indexed: 04/05/2023]
Abstract
Although transcription factor CCAAT-enhancer binding protein α (C/EBPα) is critical for normal and leukemic differentiation, its role in cell and metabolic homeostasis is largely unknown in cancer. Here, multiomics analyses uncovered a coordinated activation of C/EBPα and Fms-like tyrosine kinase 3 (FLT3) that increased lipid anabolism in vivo and in patients with FLT3-mutant acute myeloid leukemia (AML). Mechanistically, C/EBPα regulated the fatty acid synthase (FASN)-stearoyl-CoA desaturase (SCD) axis to promote fatty acid (FA) biosynthesis and desaturation. We further demonstrated that FLT3 or C/EBPα inactivation decreased monounsaturated FA incorporation to membrane phospholipids through SCD downregulation. Consequently, SCD inhibition enhanced susceptibility to lipid redox stress that was exploited by combining FLT3 and glutathione peroxidase 4 inhibition to trigger lipid oxidative stress, enhancing ferroptotic death of FLT3-mutant AML cells. Altogether, our study reveals a C/EBPα function in lipid homeostasis and adaptation to redox stress, and a previously unreported vulnerability of FLT3-mutant AML to ferroptosis with promising therapeutic application. SIGNIFICANCE FLT3 mutations are found in 30% of AML cases and are actionable by tyrosine kinase inhibitors. Here, we discovered that C/EBPα regulates FA biosynthesis and protection from lipid redox stress downstream mutant-FLT3 signaling, which confers a vulnerability to ferroptosis upon FLT3 inhibition with therapeutic potential in AML. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1501.
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Affiliation(s)
- Marie Sabatier
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Rudy Birsen
- Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, and Swiss Cancer Center Leman, Geneva, Switzerland
- Université de Paris, Institut Cochin, CNRS U8104, Inserm U1016, Paris, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer, Paris, France
- Assistance Publique-Hôpitaux de Paris, Hôpitaux Universitaires Paris Centre, Service d'Hématologie Clinique, Paris, France
| | - Laura Lauture
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Sarah Mouche
- Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, and Swiss Cancer Center Leman, Geneva, Switzerland
| | - Paolo Angelino
- Swiss Institute of Bioinformatics, Lausanne, Switzerland
| | - Jonas Dehairs
- Laboratory of Lipid Metabolism and Cancer, Department of Oncology, LKI-Leuven Cancer Institute, KU Leuven, Leuven, Belgium
| | - Léa Goupille
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Ismael Boussaid
- Université de Paris, Institut Cochin, CNRS U8104, Inserm U1016, Paris, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer, Paris, France
| | - Maël Heiblig
- Hospices Civils de Lyon, Hôpital Lyon Sud, Lyon, France
- CIRI, Inserm U1111 CNRS 5308, Université Lyon 1, Lyon, France
| | - Emeline Boet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Ambrine Sahal
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Estelle Saland
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Juliana C Santos
- Lymphoma Translational Group, Josep Carreras Leukaemia Research Institute, Badalona, Spain
| | - Marc Armengol
- Lymphoma Translational Group, Josep Carreras Leukaemia Research Institute, Badalona, Spain
| | | | - Thomas Farge
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Guillaume Cognet
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Federico Simonetta
- Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, and Swiss Cancer Center Leman, Geneva, Switzerland
| | - Corentin Pignon
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Antoine Graffeuil
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Céline Mazzotti
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Hervé Avet-Loiseau
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Océane Delos
- MetaboHUB-MetaToul, National Infrastructure of Metabolomics and Fluxomics, University Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Justine Bertrand-Michel
- MetaboHUB-MetaToul, National Infrastructure of Metabolomics and Fluxomics, University Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Amélie Chedru
- Université Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé, MetaboHUB, Gif sur Yvette, France
| | - Vilma Dembitz
- Centre for Haemato-Oncology, Barts Cancer Institute, Queen Mary University of London, London, United Kingdom
| | - Paolo Gallipoli
- Centre for Haemato-Oncology, Barts Cancer Institute, Queen Mary University of London, London, United Kingdom
| | - Natasha S Anstee
- Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, Parkville, Australia
- Department of Medical Biology, University of Melbourne, Parkville, Australia
| | - Sun Loo
- Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, Parkville, Australia
- Department of Medical Biology, University of Melbourne, Parkville, Australia
- Clinical Haematology, Peter MacCallum Cancer Centre and Royal Melbourne Hospital, Melbourne, Australia
| | - Andrew H Wei
- Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, Parkville, Australia
- Department of Medical Biology, University of Melbourne, Parkville, Australia
- Clinical Haematology, Peter MacCallum Cancer Centre and Royal Melbourne Hospital, Melbourne, Australia
| | - Martin Carroll
- Department of Medicine, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania
| | - Armelle Goubard
- Aix-Marseille University, Inserm, CNRS, Institut Paoli-Calmettes, CRCM, Marseille, France
| | - Rémy Castellano
- Aix-Marseille University, Inserm, CNRS, Institut Paoli-Calmettes, CRCM, Marseille, France
| | - Yves Collette
- Aix-Marseille University, Inserm, CNRS, Institut Paoli-Calmettes, CRCM, Marseille, France
| | - François Vergez
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Véronique Mansat-De Mas
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Sarah Bertoli
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Suzanne Tavitian
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | - Muriel Picard
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service de Réanimation, Toulouse, France
| | - Christian Récher
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
- Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse, Institut Universitaire du Cancer de Toulouse Oncopole, Service d'Hématologie, Toulouse, France
| | | | - Fanny Granat
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Olivier Kosmider
- Université de Paris, Institut Cochin, CNRS U8104, Inserm U1016, Paris, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer, Paris, France
| | - Pierre Sujobert
- Hospices Civils de Lyon, Hôpital Lyon Sud, Lyon, France
- CIRI, Inserm U1111 CNRS 5308, Université Lyon 1, Lyon, France
| | - Benoit Colsch
- Université Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé, MetaboHUB, Gif sur Yvette, France
| | - Carine Joffre
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Lucille Stuani
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
| | - Johannes V Swinnen
- Laboratory of Lipid Metabolism and Cancer, Department of Oncology, LKI-Leuven Cancer Institute, KU Leuven, Leuven, Belgium
| | - Hervé Guillou
- Toxalim (Research Centre in Food Toxicology), Université de Toulouse, INRAE, ENVT, INP-Purpan, University Paul Sabatier, Toulouse, France
| | - Gael Roué
- Lymphoma Translational Group, Josep Carreras Leukaemia Research Institute, Badalona, Spain
| | - Nawad Hakim
- Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires (INFINITy), Inserm UMR1291, CNRS UMR5051, Université Toulouse III, Toulouse, France
| | - Anne S Dejean
- Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires (INFINITy), Inserm UMR1291, CNRS UMR5051, Université Toulouse III, Toulouse, France
| | - Petros Tsantoulis
- Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, and Swiss Cancer Center Leman, Geneva, Switzerland
- Swiss Institute of Bioinformatics, Lausanne, Switzerland
| | - Clément Larrue
- Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, and Swiss Cancer Center Leman, Geneva, Switzerland
| | - Didier Bouscary
- Université de Paris, Institut Cochin, CNRS U8104, Inserm U1016, Paris, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer, Paris, France
- Assistance Publique-Hôpitaux de Paris, Hôpitaux Universitaires Paris Centre, Service d'Hématologie Clinique, Paris, France
| | - Jerome Tamburini
- Translational Research Centre in Onco-Hematology, Faculty of Medicine, University of Geneva, and Swiss Cancer Center Leman, Geneva, Switzerland
- Université de Paris, Institut Cochin, CNRS U8104, Inserm U1016, Paris, France
- Equipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer, Paris, France
| | - Jean-Emmanuel Sarry
- Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse, Université de Toulouse, Inserm U1037, CNRS U5077, Toulouse, France
- LabEx Toucan, Toulouse, France
- Équipe Labellisée Ligue Nationale Contre le Cancer 2018, Toulouse, France
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