Cytolethal distending toxin (CDT) produced by Campylobacter jejuni is a genotoxin that induces cell-cycle arrest and apoptosis in mammaliancells. Recent studies have demonstrated that prostate cancer (PCa) cells can acquire radio-resistance when DOC-2/DAB2 interactive protein(DAB2IP) is downregulated. In this study, we showed that CDT could induce cell death in DAB2IP-deficient PCa cells. A combination of CDT andradiotherapy significantly elicited cell death in DAB2IP-deficient PCa cells by inhibiting the repair of ionizing radiation (IR)-induced DNA double-strand break (DSB) during G2/M arrest, which is triggered by ataxia telangiectasia mutated (ATM)-dependent DNA damage checkpoint responses. We also found that CDT administration significantly increased the efficacy of radiotherapy in a xenograft mouse model. These results indicate thatCDT can be a potent therapeutic agent for radio-resistant PCa.