Esplorando la connessione tra metabolismo e ferroptosi: un focus sull'enzima piruvato deidrogenasi

Ferroptosis is a form of regulated cell death operated by iron-dependent lipid peroxidation. Ferroptosis is primed by the missing or insufficient activity of the Glutathione Seleno-Peroxidase 4 (GPx4), which catalyzes the glutathione (GSH)-dependent reduction of lipid hydroperoxides to the corresponding alcohols. Besides GPx4 inactivation, ferroptosis occurs when other conditions are satisfied: -oxygen metabolism leading to the continuous formation of traces of LOOH from phospholipid-containing polyunsaturated fatty acids; - availability of ferrous iron from the labile iron pool. Consistently with the critical role of the traces of LOOH, we recently proposed that ferroptosis follows the loss of homeostatic control between the oxidative challenge posed by aerobic metabolism and GPx4 activity. The working hypothesis, supported by acknowledged chemical mechanisms, was that O2•- arising from aerobic metabolism accounts for the formation of the tiny amounts of LOOH sparking iron-dependent LPO and thus ferroptosis. This work aimed to shed light on the relationship between aerobic mitochondrial metabolism and ferroptosis induced by GSH depletion, focusing on the site of production and the mechanism of reactions leading to the indispensable formation of traces amounts PL-OOH from which iron initiates LPO when GPx4 activity is insufficient. In our cell model, we failed to detect a role of respiratory chain. We observed instead that the pyruvate dehydrogenase complex supports ferroptosis. By silencing either the E1 or the E3 subunit of the pyruvate dehydrogenase complex, the autoxidation of dihydrolipoamide emerges as the source of superoxide. In this respect, we observed that GSH depletion activates superoxide production, through the inhibition of the specific kinase that inhibits pyruvate dehydrogenase. Finally, we observed the contribution of autophagy in mediating ferroptosis due to GSH depletion.

La ferroptosi è una forma di morte cellulare regolata, dovuta alla perossidazione lipidica dipendente dal ferro. La ferroptosi viene innescata dalla mancata attività dell’enzima glutathione perossidasi 4 (GPx4), che catalizza la riduzione glutatione (GSH)-dipendente degli idroperossidi di membrana ad alcoli corrispondenti. Oltre all’inattivazione di GPx4, la ferroptosi avviene quando sono soddisfatte altre condizioni: -la presenza del metabolismo aerobico che porta alla continua formazione di tracce di idroperossidi a partire dai fosfolipidi contenenti acidi grassi polinsaturi; - la disponibilità di ferro ridotto dal pool labile di ferro. In accordo con il ruolo critico delle tracce di LOOH, di recente abbiamo proposto che la ferroptosi possa essere dovuta alla perdita del controllo omeostatico tra l’ambiente ossidativo dovuto al metabolismo aerobico e l’attività di GPx4. L’ipotesi di lavoro è che O2•- derivante dal metabolismo aerobico sia responsabile delle tracce di LOOH che iniziano la perossidazione lipidica e di conseguenza la ferroptosi. Questo lavoro è stato volto alla ricerca della relazione tra metabolismo aerobico mitocondriale e ferroptosi dovuta a deplezione di GSH, con un focus sul sito di produzione ed il meccanismo reazione che porta alla formazione di tracce di PL-OOH dalle quali il ferro innesca la perossidazione lipidica se l’attività di GPx4 è insufficiente. Nel nostro modello, non abbiamo rilevato il coinvolgimento della catena respiratoria ma abbiamo osservato chela piruvato deidrogenasi sostiene la ferroptosi. Silenziando alternativamente la subunità E1 o E3 abbiamo stabilito che la fonte dell’anione superossido è data dall’autossidazione della diidrolipoamide. A questo riguardo, abbiamo osservato che la deplezione di GSH attiva la produzoine di anione superossido attraverso l’inibizione della chinasi (PDK) che inibisce la piruvato deidrogenasi. Infine abbiamo dimostrato che l’autofagia svolge un ruolo nel mediare la ferroptosi dovuta a deplezione di GPx4.