Ferroptosis, a new form of regulated necrotic cell death, was recently described in RAS-transformed tumor cells when treated with a subset of lethal small molecules, called ferroptosis-inducing-agents (FINs). This form of regulated necrosis is characterized by the occurrence of high cellular levels of lipid hydroperoxides and iron overload, leading to caspase- and necrosome-independent cell death. In fact, iron-dependent lipid peroxidation is believed to be the main driver of ferroptosis that is counteracted by the selenoenzyme glutathione (GSH) peroxidase 4 (GPX4), which catalyzes the detoxification of peroxides specifically in lipid bilayers. However, there are many open questions about the execution mechanisms of ferroptosis, and in particular those downstream of GPX4 and lipid peroxidation. In this study, the GPX4 inhibitor (1S, 3R)-RSL3, along with the System xc- inhibitor Erastin, another FIN, were used in a recessive genetic screen to identify acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 (Acsl4) as a very specific, crucial player of ferroptosis. Targeted knockout (KO) of Acsl4 in somatic cells by using the CRISPR/CAS technology not only rendered cells highly resistant to FINs, but also rescued ferroptotic cell death induced by Gpx4 deletion in double KO cells. Furthermore, it was demonstrated that forced re-expression of ACSL4 but not ACSL1 and ACSL3 could re-sensitize cells to undergo ferroptosis. The finding was expanded to a panel of triple-negative human breast cancer cells (difficult to treat by standard chemotherapy) to show that the presence of ACSL4 expression predicted the sensitivity to FIN induced ferroptotic cancer cell death. In an attempt to illuminate the mechanism of ferroptosis execution, it was shown that the protection against ferroptosis brought about by Acsl4 KO was due to the high resistance to lipid peroxidation. Specifically, Acsl4 was involved in shaping the phospholipid species containing polyunsaturated fatty acid groups in cells, the main targets of lipid peroxidation. In particular, the (oxi)-lipidome analysis of WT and Acsl4 KO cells during (1S, 3R)-RSL3 induced ferroptosis unraveled a yet unrecognized oxi-lipid signature, featuring double and triple oxygenated species of arachidonoyl- and adrenoyl-phosphatidylethanolamine (C18:0/20:4 and C18:0/22:4) as markers of ferroptosis. Pharmacological inhibition of Acsl4 using thiazolidinediones was shown to be a viable option to halt ferroptosis (independent of its effects on peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-γ)) in vitro and to some extent in a mouse model of inducible Gpx4 deletion. Therefore, genetically modified mouse lines with a TAM-inducible KO of Acsl4 were generated and efforts are currently being made to generate inducible Acsl4/Gpx4 double KO mice that will serve as new tools to investigate the role of ferroptosis in vivo.     «

Ferroptosis, a new form of regulated necrotic cell death, was recently described in RAS-transformed tumor cells when treated with a subset of lethal small molecules, called ferroptosis-inducing-agents (FINs). This form of regulated necrosis is characterized by the occurrence of high cellular levels of lipid hydroperoxides and iron overload, leading to caspase- and necrosome-independent cell death. In fact, iron-dependent lipid peroxidation is believed to be the main driver of ferroptosis that is...     »

Ferroptose, eine neue Form des regulierten nekrotischen Zelltods, wurde zuerst in RAS-transformierten Tumorzellen beschrieben die mit einer Gruppe synthetisch letalen Verbindungen, den sogenannten ferroptosis-inducing agents (FIN), behandelt wurden. Dabei unterscheidet sich Ferroptose maßgeblich von den bereits etablierten regulierten Zelltod Mechanismen (Apoptose, Nekroptose), da weder Caspasen- noch Nekrosom-Aktivierung eine gravierende Rolle spielen. Im Gegensatz dazu, zeichnet sich Ferroptose vor allem durch seine Eisen-abhängige Akkumulation von Phospholipid Peroxiden aus. Bislang ist allerdings noch unklar wie diese reaktiven und instabilen Moleküle die ferroptotische Signalkaskade auslösen. Das Selenoenzym Glutathion (GSH) Peroxidase 4 (GPX4) steht im Mittelpunkt des bis dato bekannten Ferroptose Mechanismus, da es unter physiologischen Bedingungen dafür sorgt, dass Phospholipid Peroxide zu ihren entsprechenden und weniger reaktiven Alkoholen reduziert werden. Abgesehen von der beschriebenen Anhäufung von Phospholipid assoziierten Peroxiden blieb die Forschung allerdings bislang eine konkrete Erklärung des Ferroptose Mechanismus jenseits von GPX4 schuldig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Screening Methoden angewendet, um bisher unbekannte Gene der ferroptotischen Signalkaskade zu identifizieren. Das Gen acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 (Acsl4) wurde in einem Genom-weiten CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas9 (CRISPR associated) KO (Knockout) Screen in MEF (mouse embryonic fibroblast) Zellen als essentieller Ferroptose Faktor identifiziert. Der gezielte KO von Acsl4 in verschiedenen Zelllinien schützte diese sowohl vor FIN induzierter als auch vor genetisch (GPX4 Deletion) ausgelöster Ferroptose. Diese pro-ferroptotische Funktion grenzte Acsl4 experimentell deutlich von seinen nah verwandten acyl-CoA Synthetasen (Acsl1, Acsl3 und Acsl5) ab. Diese Erkenntnisse wurden auf eine Reihe schwer therapierbarer humaner Brustzelllinien (basal/luminal, triple-negative) angewendet um zu zeigen, dass die Expression von Acsl4 in der Tat einen Ferroptose Sensitivitäts-Marker darstellt. Darüber hinaus zeigte die pharmakologische Inhibition von Acsl4 durch Verbindungen der Klasse der Thiazolidinedione (in vitro vollständig, in vivo partiell) denselben anti-ferroptotischen Effekt wie die genetische Entfernung von Acsl4 und legte somit den Grundstein für Acsl4-basierte anti-ferroptotische Therapieansätze. Lipidom Analysen von Acsl4 KO Zellen zeigten, dass weniger mehrfach-ungesättigte Fettsäuren (Hauptziele der Lipid Peroxidation) in bestimmte Phospholipide (Phosphatidylethanolamine und Phosphatidylinositol) eingebaut wurden, wodurch die Lipid Komposition der Zellen verändert und diese folglich weniger anfällig für Lipid Peroxidation wurden. Um diesen Vorgang genauer zu beschreiben wurden WT und Acsl4 KO MEF Zellen mit dem GPX4 Inhibitor (1S, 3R)-RSL3 behandelt und ihr (Oxi)-Lipidome untersucht. Dabei gelang es die bisher unbekannte Oxi-Lipid Signatur von Ferroptose zu beschreiben. Genau genommen wurden doppel- und dreifach- oxigenierte Arachidonoyl- und Adrenoyl-haltige Phosphatidylethanolamine (C18:0/20:4 und C18/C22:4) als potentielle Lipid-marker dieses Zelltods identifiziert. Neue genetisch modifizierte Mauslinien mit induzierbarem Acsl4 KO sowie Acsl4/Gpx4 doppel-KO Mäuse werden momentan gezüchtet, um zukünftig neue Modelle zur Untersuchung von Ferroptose in vivo zu ermöglichen.     «

Ferroptose, eine neue Form des regulierten nekrotischen Zelltods, wurde zuerst in RAS-transformierten Tumorzellen beschrieben die mit einer Gruppe synthetisch letalen Verbindungen, den sogenannten ferroptosis-inducing agents (FIN), behandelt wurden. Dabei unterscheidet sich Ferroptose maßgeblich von den bereits etablierten regulierten Zelltod Mechanismen (Apoptose, Nekroptose), da weder Caspasen- noch Nekrosom-Aktivierung eine gravierende Rolle spielen. Im Gegensatz dazu, zeichnet sich Ferroptos...     »