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Ferroptosis, an iron-dependent form of regulated cell death, is characterized by phospholipid
peroxidation and metabolic constraint. Ferroptosis has emerged to play an important
role in cancer biology to contribute into many pathologies. Cells respond to ferroptotic
stimuli by regulation of selenoproteins, including the key regulator of ferroptosis
phospholipid hydroperoxide-reducing enzyme glutathione peroxidase 4 (GPX4). Though,
the underlying mechanisms and signalling pathways of ferroptotic cell death remain
relatively unknown. Current research aims at deeper understanding of the pathophysiological
role of ferroptosis and how it may be exploited for the treatment of cancer and neurodegenerative
diseases. In this cell-based study, the GPX4 inhibitor (1S, 3R)-RSL3 (RAS selective
lethal) and the system xc- (a cysteine/glutamate antiporter system) inhibitor erastin
were used to identify Forkhead Box Q1 (FOXQ1) as a promising factor involved in the
regulation of cellular ferroptosis sensitivity. The transcription factor FOXQ1 is
a member of forkhead proteins that control important functions in biological development
and tumorigenesis. A very limited number of studies have investigated the role of
the FOXQ1 in human cancer. However, whether FOXQ1 and FOXQ1-regulated genes have a
potentially predictable role in ferroptosis remains to be further explored, since
pleiotropic responses in different cell lines were observed in the present study.
An overexpression cloning approach was used to elucidate the factors and cell-autonomous
mechanisms that underlie the regulation of ferroptosis in the given cell line. Present
data suggest increased sensitivity to ferroptosis in FOXQ1 overexpressing cells compared
to control cells. The finding was expanded to a panel of human breast cancer cell
lines to show that overexpression of FOXQ1 mediated the sensitivity to RSL3- and erastin-induced
ferroptotic cell death. To demonstrate the effect of FOXQ1 mediated sensitivity to
ferroptosis in stably overexpressing cancer cell lines, several ferroptosis regulatory
genes were monitored at several time points. In an attempt to further illuminate the
mechanism of ferroptosis execution, targeted knock out (KO) of FOXQ1 in different
cancer cell lines was performed using CRISPR/CAS technology, which resulted in reduced
invasive ability of the cells. Furthermore, it was demonstrated that FOXQ1 deletion
results in lower proliferation rates of cells and cell death. Consequently, various
cancer cell lines overexpressing FOXQ1 were generated to enable investigations on
the role of FOXQ1 and the role of novel transcriptional targets of FOXQ1 in ferroptosis
that may serve as a potential therapeutic target for the development of anticancer
therapies.
[Englisch] |
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Ferroptose, eine eisenabhängige Form des regulierten Zelltods, ist durch Phospholipidperoxidation
und metabolische Restriktion gekennzeichnet. Ferroptose spielt eine wichtige Rolle
in der Tumorbiologie und trägt zur Entstehung vieler Pathologien bei. Zellen reagieren
auf ferroptotische Reize durch die Regulation von Selenoproteinen, einschließlich
des Schlüsselregulators für Ferroptose, dem Phospholipid-Hydroperoxid-reduzierenden
Enzym Glutathionperoxidase 4 (GPX4). Die zugrunde liegenden Mechanismen und Signalwege
des ferroptotischen Zelltods sind jedoch weitgehend unbekannt. Aktuelle Forschungen
zielen darauf ab, das pathophysiologische Verständnis der Ferroptose und ihre mögliche
Nutzung für die Behandlung von Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen zu vertiefen.
In dieser zellbasierten Studie wurden der GPX4-Inhibitor (1S, 3R)-RSL3 (RAS selective
lethal) und der Inhibitor von System Xc (einem Cystein/Glutamat-Antiporter-System),
Erastin, verwendet und es konnte Forkhead Box Q1 (FOXQ1) als vielversprechender Faktor
bei der Regulation der zellulären Ferroptose-Empfindlichkeit identifiziert werden.
Der Transkriptionsfaktor FOXQ1 ist ein Mitglied der Forkhead-Proteine, die wichtige
Funktionen bei der biologischen Entwicklung und der Tumorentstehung kontrollieren.
Nur eine sehr begrenzte Anzahl von Studien hat die Rolle von FOXQ1 bei menschlichem
Krebs untersucht. Ob FOXQ1 und die von FOXQ1 regulierten Gene eine potenziell vorhersagbare
Rolle bei der Ferroptose haben, muss jedoch weiter untersucht werden, da in der vorliegenden
Studie pleiotrope Effekte in verschiedenen Zelllinien beobachtet wurden. Ein Überexpressionsklonierungsansatz
wurde verwendet, um Faktoren und zellautonome Mechanismen zu identifizieren, die der
Regulation der Ferroptose in der verwendeten Zelllinie zugrunde liegen. Die vorliegenden
Daten legen nahe, dass FOXQ1 überexprimierende Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen
eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Ferroptose aufweisen. Diese Erkenntnis wurde
durch Untersuchungen an einer Reihe von humanen Brustkrebszelllinien erweitert, welche
zeigen, dass die Überexpression von FOXQ1 die Empfindlichkeit gegenüber durch RSL3
und Erastin induziertem ferroptotischen Zelltod vermittelt. Um den Effekt der durch
FOXQ1 vermittelten Empfindlichkeit gegenüber Ferroptose in stabil überexprimierenden
Krebszelllinien zu demonstrieren, wurden mehrere ferroptose-regulierende Gene zu verschiedenen
Zeitpunkten analysiert. In dem Bestreben, den Mechanismus des Ferroptosevorgangs weiter
zu ergründen, wurde mit Hilfe der CRISPR/CAS-Technologie ein gezielter Knockout (KO)
von FOXQ1 in verschiedenen Krebszelllinien durchgeführt, was zu einer verringerten
Invasivität der Zellen führte. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Deletion von FOXQ1
zu einer geringeren Proliferationsrate der Zellen und zum Zelltod führt. Folglich
wurden verschiedene Krebszelllinien erzeugt, die FOXQ1 überexprimieren, um Untersuchungen
zur Rolle von FOXQ1 und den neuartigen Transkriptionszielen von FOXQ1 in der Ferroptose
zu ermöglichen, die als potenzielle therapeutische Ziele für die Entwicklung von Antikrebstherapien
dienen können.
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