5-Fluorouracil (5-FU) chemoresistance contributes to poor therapeutic response and prognosis of gastric cancer (GC), for which effective strategies to overcome chemoresistance are limited. Here, using a CRISPR-Cas9 system, we identified that nitrilase family member 2 (NIT2) reverses chemoresistance independent of its metabolic function. Depletion or low expression of NIT2 led to 5-FU resistance in GC cell lines, patient-derived organoids, and xenografted tumors. Mechanistically, NIT2 interacted with bromodomain-containing protein 1 (BRD1) to inhibit HBO1-mediated acetylation of histone H3 at lysine-14 (H3K14ac) and RELA-targeted oxidative phosphorylation (OXPHOS) gene expression. Upon 5-FU stimulation, NIT2 phosphorylation by Src at Y49 promoted the dissociation of NIT2 from BRD1, followed by binding to E3 ligase CCNB1IP1, causing autophagic degradation of NIT2. Consequently, reduced NIT2 protein resulted in BRD1 forming phase separation and binding to histone H3, as well as increased RELA stability due to suppression of inhibitor of growth family member 4–mediated RELA ubiquitination. In addition, NIT2 expression negatively correlated with H3K14ac and OXPHOS and positively correlated with the chemotherapeutic responses and prognosis of patients with GC. Our findings reveal the moonlighting function of NIT2 in chemoresistance and underscore that OXPHOS blockade by metformin enhances 5-FU chemosensitivity upon NIT2 loss.

中文翻译：

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NIT2 抑制 BRD1 相分离并抑制氧化磷酸化以增强胃癌的化疗敏感性


5-氟尿嘧啶 （5-FU） 化疗耐药导致胃癌 （GC） 的治疗反应和预后不良，因此克服化疗耐药的有效策略有限。在这里，使用 CRISPR-Cas9 系统，我们发现腈化酶家族成员 2 （NIT2） 逆转化疗耐药性，而与其代谢功能无关。NIT2 的耗竭或低表达导致 GC 细胞系、患者来源的类器官和异种移植肿瘤中出现 5-FU 耐药。从机制上讲，NIT2 与含溴结构域的蛋白 1 （BRD1） 相互作用，以抑制 HBO1 介导的组蛋白 H3 在赖氨酸-14 （H3K14ac） 位点的乙酰化和 RELA 靶向氧化磷酸化 （OXPHOS） 基因表达。在 5-FU 刺激后，Src 在 Y49 位点的 NIT2 磷酸化促进了 NIT2 与 BRD1 的解离，然后与 E3 连接酶 CCNB1IP1结合，导致 NIT2 的自噬降解。因此，NIT2 蛋白的减少导致 BRD1 形成相分离并与组蛋白 H3 结合，并且由于抑制生长抑制者家族成员 4 介导的 RELA 泛素化而增加了 RELA 稳定性。此外，NIT2 表达与 H3K14ac 和 OXPHOS 呈负相关，与 GC 患者的化疗反应和预后呈正相关。我们的研究结果揭示了 NIT2 在化疗耐药中的月光功能，并强调二甲双胍阻断 OXPHOS 增强了 NIT2 丢失时的 5-FU 化疗敏感性。