The area code hypothesis revisited: Olfactory receptors and other related transmembrane receptors may function as the last digits in a cell surface code for assembling embryos

Recent evidence emerging from several laboratories, integrated with new data obtained by searching the genome databases, suggests that the area code hypothesis provides a good heuristic model for explaining the remarkable specificity of cell migration and tissue assembly that occurs throughout embryogenesis. The area code hypothesis proposes that cells assemble organisms, including their brains and nervous systems, with the aid of a molecular-addressing code that functions much like the country, area, regional, and local portions of the telephone dialing system. The complexity of the information required to code cells for the construction of entire organisms is so enormous that we assume that the code must make combinatorial use of members of large multigene families. Such a system would reuse the same receptors as molecular digits in various regions of the embryo, thus greatly reducing the total number of genes required. We present the hypothesis that members of the very large families of olfactory receptors and vomeronasal receptors fulfill the criteria proposed for area code molecules and could serve as the last digits in such a code. We discuss our evidence indicating that receptors of these families are expressed in many parts of developing embryos and suggest that they play a key functional role in cell recognition and targeting not only in the olfactory system but also throughout the brain and numerous other organs as they are assembled.

BDNF but not NT-4 is required for normal flexion reflex plasticity and function

Neurotrophins can directly modulate the function of diverse types of central nervous system synapses. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) might be released by nociceptors onto spinal neurons and mediate central sensitization associated with chronic pain. We have studied the role of BDNF and neurotrophin-4 (NT-4), both ligands of the trkB tyrosine kinase receptor, in synaptic transmission and reflex plasticity in the mouse spinal cord. We used an in vitro spinal cord preparation to measure monosynaptic and polysynaptic reflexes evoked by primary afferents in BDNF- and NT-4-deficient mice. In situ hybridization studies show that both these neurotrophins are synthesized by sensory neurons, and NT-4, but not BDNF, also is expressed by spinal neurons. BDNF null mutants display selective deficits in the ventral root potential (VRP) evoked by stimulating nociceptive primary afferents whereas the non-nociceptive portion of the VRP remained unaltered. In addition, activity-dependent plasticity of the VRP evoked by repetitive (1 Hz) stimulation of nociceptive primary afferents (termed wind-up) was substantially reduced in BDNF-deficient mice. This plasticity also was reduced in a reversible manner by the protein kinase inhibitor K252a. Although the trkB ligand NT-4 is normally present, reflex properties in NT-4 null mutant mice were normal. Pharmacological studies also indicated that spinal N-methyl-d-aspartate receptor function was unaltered in BDNF-deficient mice. Using immunocytochemistry for markers of nociceptive neurons we found no evidence that their number or connectivity was substantially altered in BDNF-deficient mice. Our data therefore are consistent with a direct role for presynaptic BDNF release from sensory neurons in the modulation of pain-related neurotransmission.

The function of herpes simplex virus genes: a primer for genetic engineering of novel vectors.

Herpes simplex virus vectors are being developed for delivery and expression of human genes to the central nervous system, selective destruction of cancer cells, and as carriers for genes encoding antigens that induce protective immunity against infectious agents. Vectors constructed to meet these objectives must differ from wild-type virus with respect to host range, reactivation from latency, and expression of viral genes. The vectors currently being developed are (i) helper free amplicons, (ii) replication defective viruses, and (iii) genetically engineered replication competent viruses with restricted host range. Whereas the former two types of vectors require stable, continuous cell lines expressing viral genes for their replication, the replication competent viruses will replicate on approved primary human cell strains.

Myocardial signaling defects and impaired cardiac function of a human beta 2-adrenergic receptor polymorphism expressed in transgenic mice.

A threonine to isoleucine polymorphism at amino acid 164 in the fourth transmembrane spanning domain of the beta 2-adrenergic receptor (beta 2AR) is known to occur in the human population. The functional consequences of this polymorphism to catecholamine signaling in relevant cells or to end-organ responsiveness, however, are not known. To explore potential differences between the two receptors, site-directed mutagenesis was carried out to mimic the polymorphism. Transgenic FVB/N mice were then created overexpressing wild-type (wt) beta 2AR or the mutant Ile-164 receptor in a targeted manner in the heart using a murine alpha myosin heavy chain promoter. The functional properties of the two receptors were then assessed at the level of in vitro cardiac myocyte signaling and in vivo cardiac responses in intact animals. The expression levels of these receptors in the two lines chosen for study were approximately 1200 fmol/mg protein in cardiac membranes, which represents a approximately 45-fold increase in expression over endogenous beta AR. Myocyte membrane adenylyl cyclase activity in the basal state was significantly lower in the Ile-164 mice (19.5 +/- 2.7 pmol/min/mg) compared with wt beta 2AR mice (35.0 +/- 4.1 pmol/min/mg), as was the maximal isoproterenol-stimulated activity (49.8 +/- 7.8 versus 77.1 +/ 7.3 pmol/min/mg). In intact animals, resting heart rate (441 +/- 21 versus 534 +/- 17 bpm) and dP/dtmax (10,923 +/- 730 versus 15,308 +/- 471 mmHg/sec) were less in the Ile-164 mice as compared with wt beta 2AR mice. Similarly, the physiologic responses to infused isoproterenol were notably less in the mutant expressing mice. Indeed, these values, as well as other contractile parameters, were indistinguishable between Ile-164 mice and nontransgenic littermates. Taken together, these results demonstrate that the Ile-164 polymorphism is substantially dysfunctional in a relevant target tissue, as indicated by depressed receptor coupling to adenylyl cyclase in myocardial membranes and impaired receptor mediated cardiac function in vivo. Under normal homeostatic conditions or in circumstances where sympathetic responses are compromised due to diseased states, such as heart failure, this impairment may have important pathophysiologic consequences.

Fibroblast growth factor (FGF) homologous factors: new members of the FGF family implicated in nervous system development.

Four new members of the fibroblast growth factor (FGF) family, referred to as fibroblast growth factor homologous factors (FHFs), have been identified by a combination of random cDNA sequencing, data base searches, and degenerate PCR. Pairwise comparisons between the four FHFs show between 58% and 71% amino acid sequence identity, but each FHF shows less than 30% identity when compared with other FGFs. Like FGF-1 (acidic FGF) and FGF-2 (basic FGF), the FHFs lack a classical signal sequence and contain clusters of basic residues that can act as nuclear localization signals. In transiently transfected 293 cells FHF-1 accumulates in the nucleus and is not secreted. Each FHF is expressed in the developing and adult nervous systems, suggesting a role for this branch of the FGF family in nervous system development and function.

Involvement of specific macrophage-lineage cells surrounding arterioles in barrier and scavenger function in brain cortex.

The transport of solutes between blood and brain is regulated by a specific barrier. Capillary endothelial cells of brain are known to mediate barrier function and facilitate transport. Here we report that specific cells surrounding arterioles, known as Mato's fluorescent granular perithelial (FGP) cells or perivascular microglial cells, contribute to the barrier function. Immunohistochemical and in situ hybridization studies indicate that, in normal brain cortex, type I and type II macrophage scavenger receptors are expressed only in FGP/perivascular microglial cells, and surface markers of macrophage lineage are also detected on them. These cells mediate the uptake of macromolecules, including modified low density lipoprotein, horseradish peroxidase, and ferritin injected either into the blood or into the cerebral ventricles. Accumulation of scavenged materials with aging or after the administration of a high-fat diet results in the formation of honeycomb-like foam cells and the narrowing of the lumen of arterioles in the brain cortex. These results indicate involvement of FGP/perivascular microglial cells in the barrier and scavenger functions in the central nervous system.

Reduced sympathetic innervation after alteration of target cell neurotransmitter phenotype in transgenic mice.

Neurotransmitters play a variety of important roles during nervous system development. In the present study, we hypothesized that neurotransmitter phenotype of both projecting and target cells is an important factor for the final synaptic linkage and its specificity. To test this hypothesis, we used transgenic techniques to convert serotonin/melatonin-producing cells of the pineal gland into cells that also produce dopamine and investigated the innervation of the phenotypically altered target cells. This phenotypic alteration markedly reduced the noradrenergic innervation originating from the superior cervical ganglia. Although the mechanism by which the reduction occurs is presently unknown, quantitative enzyme-linked immunoassay showed the presence of the equivalent amounts of nerve growth factor (NGF) in the control and transgenic pineal glands, suggesting that it occurred in a NGF-independent manner. The results suggest that target neurotransmitter phenotype influences the formation of afferent connections during development.

Nonlinear control of heart rate variability in human infants.

Nonlinear analyses of infant heart rhythms reveal a marked rise in the complexity of the electrocardiogram with maturation. We find that normal mature infants (gestation greater than or equal to 35 weeks) have complex and distinctly nonlinear heart rhythms (consistent with recent reports for healthy adults) but that such nonlinearity is lacking in preterm infants (gestation > or = to 27 weeks) where parasympathetic-sympathetic interaction and function are presumed to be less well developed. Our study further shows that infants with clinical brain death and those treated with atropine exhibit a similar lack of nonlinear feedback control. These three lines of evidence support the hypothesis championed by Goldberger et al. [Goldberger, A.L., Rigney, D.R. & West, B.J. (1990) Sci. Am. 262, 43-49] that autonomic nervous system control underlies the nonlinearity and possible chaos of normal heart rhythms. This report demonstrates the acquisition of nonlinear heart rate dynamics and possible chaos in developing human infants and its loss in brain death and with the administration of atropine. It parallels earlier work documenting changes in the variability of heart rhythms in each of these cases and suggests that nonlinearity may provide additional power in characterizing physiological states.

Spontaneous inflammatory demyelinating disease in transgenic mice showing central nervous system-specific expression of tumor necrosis factor alpha.

Cytokines are now recognized to play important roles in the physiology of the central nervous system (CNS) during health and disease. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) has been implicated in the pathogenesis of several human CNS disorders including multiple sclerosis, AIDS dementia, and cerebral malaria. We have generated transgenic mice that constitutively express a murine TNF-alpha transgene, under the control of its own promoter, specifically in their CNS and that spontaneously develop a chronic inflammatory demyelinating disease with 100% penetrance from around 3-8 weeks of age. High-level expression of the transgene was seen in neurons distributed throughout the brain. Disease is manifested by ataxia, seizures, and paresis and leads to early death. Histopathological analysis revealed infiltration of the meninges and CNS parenchyma by CD4+ and CD8+ T lymphocytes, widespread reactive astrocytosis and microgliosis, and focal demyelination. The direct action of TNF-alpha in the pathogenesis of this disease was confirmed by peripheral administration of a neutralizing anti-murine TNF-alpha antibody. This treatment completely prevented the development of neurological symptoms, T-cell infiltration into the CNS parenchyma, astrocytosis, and demyelination, and greatly reduced the severity of reactive microgliosis. These results demonstrate that overexpression of TNF-alpha in the CNS can cause abnormalities in nervous system structure and function. The disease induced in TNF-alpha transgenic mice shows clinical and histopathological features characteristic of inflammatory demyelinating CNS disorders in humans, and these mice represent a relevant in vivo model for their further study.

A role for ciliary neurotrophic factor as an inducer of reactive gliosis, the glial response to central nervous system injury.

Within the central nervous system (CNS) ciliary neurotrophic factor (CNTF) is expressed by astrocytes where it remains stored as an intracellular protein; its release and function as an extracellular ligand are thought to occur in the event of cellular injury. We find that overexpression of CNTF in transgenic mice recapitulates the glial response to CNS lesion, as does its injection into the uninjured brain. These results demonstrate that CNTF functions as an inducer of reactive gliosis, a condition associated with a number of neurological diseases of the CNS.

bcl-x is expressed in embryonic and postnatal neural tissues and functions to prevent neuronal cell death.

Previous studies have implicated the bcl-2 protooncogene as a potential regulator of neuronal survival. However, mice lacking functional bcl-2 exhibited normal development and maintenance of the central nervous system (CNS). Since bcl-2 appears dispensable for neuronal survival, we have examined the expression and function of bcl-x, another member of the bcl-2 family of death regulatory genes. Bcl-2 is expressed in neuronal tissues during embryonic development but is down-regulated in the adult CNS. In contrast, Bcl-xL expression is retained in neurons of the adult CNS. Two different forms of bcl-x mRNA and their corresponding products, Bcl-xL and Bcl-x beta, were expressed in embryonic and adult neurons of the CNS. Microinjection of bcl-xL and bcl-x beta cDNAs into primary sympathetic neurons inhibited their death induced by nerve growth factor withdrawal. Thus, Bcl-x proteins appear to play an important role in the regulation of neuronal survival in the adult CNS.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

A treatise on neuralgic diseases, dependent upon irritation of the spinal marrow and ganglia of the sympathetic nerve.

Mode of access: Internet.

Neurally-mediated increase in calcineurin activity regulates cardiac contractile function in absence of hypertrophy

Objective: The calcineurin pathway has been involved in the development of cardiac hypertrophy, yet it remains unknown whether calcineurin activity can be regulated in myocardium independently from hypertrophy and cardiac load. Methods: To test that hypothesis, we measured calcineurin activity in a rat model of infrarenal aortic constriction (IR), which affects neurohormonal pathways without increasing cardiac afterload. Results: In this model, there was no change in arterial pressure over the 4-week experimental period, and the left ventricle/body weight ratio did not increase. At 2 weeks after IR, calcineurin activity was increased 1.8-fold (P

Role of proline residues in the expression and function of the human noradrenaline transporter

The aim was to investigate the roles of proline residues in extracellular loop 2 (P172, P183, P188 and P209) and transmembrane domains 2, 5, 11 and 12 (P108, P270, P526, P551, P552 and P570) in determining noradrenaline transporter (NET) expression and function. Mutants of human NET with these residues mutated to alanine were pharmacologically characterized. Mutation of P108, P270 and P526 disrupted cell surface expression, from [H-3]nisoxetine binding and confocal microscopy data. Mutations of P526, P551 and P570 reduced transporter turnover (V-max of [H-3]noradrenaline uptake/B-max of [H-3]nisoxetine binding) by 1.5-1.7-fold compared with wild-type NET, so these residues might be involved in conformational changes associated with substrate translocation. Conversely, mutations of P172, P183, P188 and P209 increased V-max/B-max by 2-3-fold compared with wild-type, indicating that the presence of these proline residues limits turnover of the NET. The mutations had few effects on apparent affinities of substrates or affinities of inhibitors, except decreases in inhibitor affinities after mutations of the P270 and P570 residues, and increases after mutation of the P526 residue. Hence, proline residues in extracellular loop 2 and in transmembrane domains have a range of roles in determining expression and function of the NET.