Titelaufnahme

In der vorliegenden Arbeit wurde sich mit dem Aminosäuretransporter PAT1 beschäftigt. Dieser Membrantransporter ist aufgrund seiner intestinalen Lokalisation, seiner hohen Kapazität und seiner breiten Substratspezifität sowohl von ernährungsphysiologischer als auch von pharmazeutischer Relevanz. Es erfolgten Untersuchungen zum Transportmechanismus von hPAT1, insbesondere zur Bestimmung der Rolle des cotransportierten H+-Ions. Als in-vitro-Modelle dienten die humane Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 und HRPE-PAT1-Zellen. Das cotransportierte H+-Ion aktiviert hPAT1, indem es dessen Substrataffinität erhöht. Die maximale Transportgeschwindigkeit bleibt unverändert. Nach der Behandlung von Caco-2-Zellen mit DEPC, einem Histidin-blockierenden Agens, war ausschließlich die Affinität des L-Prolintransportes und nicht dessen maximale Geschwindigkeit beeinflusst. Das Histidin 55 wurde als ein für die PAT1-Transportaktivität essentieller Aminosäurerest identifiziert und ist sehr wahrscheinlich an der Bindung und Translokation des H+-Ions beteiligt. Die essentiellen Strukturmerkmale von PAT1-Substraten wurden aufgeklärt. Die Auswertung eines aus 87 Substanzen bestehenden Datensatzes zur Substratspezifität machte eine Klassifizierung von PAT1-Substraten in drei Gruppen möglich und ergab folgende Merkmale für eine hoch affine Interaktion: (i) transportierte Substrate sind kleine unverzweigte Aminosäuren, (ii) eine freie Iminogruppe wird im Vergleich zu einer primären Aminogruppe bevorzugt und (iii) eine freie Carboxyl- oder Sulfongruppe in α-Position zur Imino- bzw. Aminogruppe ist essentiell. L-Tryptophan, Serotonin und weitere Indol-Derivate wurden als Inhibitoren identifiziert, die mit PAT1 mit hoher Affinität interagieren, jedoch nicht transportiert werden. Der Transport bekannter und neuer pharmazeutisch-relevanter Substrate über PAT1 wurde belegt. PAT1 ist ein vielversprechender Kandidat für neue Wege des Arzneistofftransportes.

The recently cloned proton-coupled amino acid transporter 1 (PAT1) is expressed at the brush border membrane of the human intestine. The system may serve as a new oral drug delivery route. In this study the transport mechanism of PAT1 regarding the cotransported proton was investigated using the human intestinal cellline Caco-2 and HRPE-PAT1-cells. H+ altered only the apparent affinity of L-proline transport and not the maximal transport velocity. Similarly, treatment of the cells with diethylpyrocarbonate (DEPC), known to chemically modify histidyl residues and block their function, affected only the Kt value of L-proline transport. H+ stimulated hPAT1 primarily by increasing the substrate affinity with no detectable influence on the maximal transport velocity of the transporter. Three histidine residues are conserved among the H+-coupled amino acid transporters PAT1 to 4 from different animal species. Histidine 55 was found to be essential for the catalytic activity of hPAT1. It might be responsible for binding and translocation of H+ in the course of cellular amino acid uptake by PAT1. The structural requirements for PAT1 substrates were systematically analyzed the by testing 87 amino acids, proline homologs, indoles, and derivatives. For aliphatic amino acids, a blocked carboxyl group, the distance between amino and carboxyl group, and the position of the hydroxyl group are affinity limiting factors. Methylation of the amino group enhances substrate affinity and hetero atoms in the proline template are well tolerated. Aromatic α-amino acids display low affinity. Serotonin, L-tryptophan and tryptamine bind to PAT1 with potencies similar to the prototype substrates, inhibit transport function but are not transported by this carrier protein. They may be considered as the carriers’ naturally occurring inhibitors that may alter the transport function of PAT1. The transport of known and new pharmaceutically active compounds via PAT1 was demonstrated. PAT1 is a promising candidate for new ways of oral drug delivery.