Exogenous ornithine is an effective precursor and the delta-ornithine amino transferase pathway contributes to proline accumulation under high N recycling in salt-stressed cashew leaves

The role of the delta-ornithine amino transferase (OAT) pathway in proline synthesis is still controversial and was assessed in leaves of cashew plants subjected to salinity. The activities of enzymes and the concentrations of metabolites involved in proline synthesis were examined in parallel with the capacity of exogenous ornithine and glutamate to induce proline accumulation. Proline accumulation was best correlated with OAT activity, which increased 4-fold and was paralleled by NADH oxidation coupled to the activities of OAT and Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate reductase (P5CR), demonstrating the potential of proline synthesis via OAT/P5C. Overall, the activities of GS. GOGAT and aminating GDH remained practically unchanged under salinity. The activity of P5CR did not respond to NaCl whereas Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase was sharply repressed by salinity. We suggest that if the export of P5C from the mitochondria to the cytosol is possible, its subsequent conversion to proline by P5CR may be important. In a time-course experiment, proline accumulation was associated with disturbances in amino acid metabolism as indicated by large increases in the concentrations of ammonia, free amino acids, glutamine, arginine and ornithine. Conversely, glutamate concentrations increased moderately and only within the first 24 h. Exogenous feeding of ornithine as a precursor was very effective in inducing proline accumulation in intact plants and leaf discs, in which proline concentrations were several times higher than glutamate-fed or salt-treated plants. Our data suggest that proline accumulation might be a consequence of salt-induced increase in N recycling, resulting in increased levels of ornithine and other metabolites involved with proline synthesis and OAT activity. Under these metabolic circumstances the OAT pathway might contribute significantly to proline accumulation in salt-stressed cashew leaves. (C) 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Fatty acids as a tool to compare cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) (Siluriformes: Pimelodidae) and hybrid (Pseudoplatystoma corruscans x Pseudoplatystoma reticulatum) larvae during early development

In this study, we investigated the physiological alterations during ontogeny for cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) and their hybrid larvae (Pseudoplatystoma corruscans x P. reticulatum) using lipids and fatty acids as physiological tools to elucidate the basis for differences in these groups' productivity in an industrial setting. Eggs and larvae samples were collected during January and February of 2008 in the city of Bandeirantes, MS, and were divided into three primary phases: phase I (0-16 h after fertilization); phase II (24 h after fertilization to 6 days after fertilization); and phase III (7-25 days after fertilization). The larvae of both groups showed a high degree of similarity, suggesting that the hybrid larvae showed a high level of heritability from the cachara broodstock. Analysis of the total lipid content provided evidence that there is no alteration in lipid concentration during ontogeny for both groups (i.e., the cachara and hybrids). However, the fatty acid profile showed that during the endogenous feeding period (phase II), when the larvae must use the energy reserves from the mother, the cachara larvae used mainly monounsaturated fatty acids for development. This is typical for most fish species, though notably, the hybrids preferentially used saturated fatty acids. Furthermore, certain specific changes demonstrate unique patterns of energy utilization and structural substrates, which may aid in elucidating the empirical differences reported by fish farmers (i.e., that the hybrids perform better than cacharas in captivity).

Protein turnover, amino acid requirements and recommendations for athletes and active populations

Skeletal muscle is the major deposit of protein molecules. As for any cell or tissue, total muscle protein reflects a dynamic turnover between net protein synthesis and degradation. Noninvasive and invasive techniques have been applied to determine amino acid catabolism and muscle protein building at rest, during exercise and during the recovery period after a single experiment or training sessions. Stable isotopic tracers (13C-lysine, 15N-glycine, ²H5-phenylalanine) and arteriovenous differences have been used in studies of skeletal muscle and collagen tissues under resting and exercise conditions. There are different fractional synthesis rates in skeletal muscle and tendon tissues, but there is no major difference between collagen and myofibrillar protein synthesis. Strenuous exercise provokes increased proteolysis and decreased protein synthesis, the opposite occurring during the recovery period. Individuals who exercise respond differently when resistance and endurance types of contractions are compared. Endurance exercise induces a greater oxidative capacity (enzymes) compared to resistance exercise, which induces fiber hypertrophy (myofibrils). Nitrogen balance (difference between protein intake and protein degradation) for athletes is usually balanced when the intake of protein reaches 1.2 g·kg-1·day-1 compared to 0.8 g·kg-1·day-1 in resting individuals. Muscular activities promote a cascade of signals leading to the stimulation of eukaryotic initiation of myofibrillar protein synthesis. As suggested in several publications, a bolus of 15-20 g protein (from skimmed milk or whey proteins) and carbohydrate (± 30 g maltodextrine) drinks is needed immediately after stopping exercise to stimulate muscle protein and tendon collagen turnover within 1 h.

Untersuchungen zur stereokontrollierten Synthese von 3-Mercaptolysinderivaten und Untersuchungen zur Synthese von Ansa-Seco-Steroiden

Untersuchungen zur stereokontrollierten Synthese von 3-Mercaptolysinderivaten: 3-Mercaptolysin und Peptide mit einer 3-Mercaptolysin-Einheit sind als Liganden für Nukleardiagnostika in der Kontrastmittelforschung von großem Interesse. Für das Screening Gewebe-selektiver Diagnostika sollten Mercaptolysinderivate, die sich für den Einbau in Peptide eignen, stereokontrolliert aufgebaut werden. Als Grundlage wurde im Rahmen dieser Arbeit eine sehr effiziente Synthese von Methoxymethyl-(4-oxo-butyl)-carbaminsäure-tert-butylester aus Pent-4-en-1-ol entwickelt. Nach Olefinierung des Aldehyds konnten Auxiliar-substituierte 6-Amino-hexensäure-derivate in guten Ausbeuten erhalten werden. Diese bildeten die Startmaterialien für auxiliargesteuerte Aziridinierungen mit anschließender Ringöffnung durch Schwefel-Nukleophile. Zudem wurden Azidierungen an Auxiliar-bewehrten Substraten, Michael-Additionen von Schwefel-Nukleophilen an Dehydroaminosäuren und viele weitere Reaktionen untersucht. Es galt dabei auf patentrechtlich geschützte Reaktionen zu verzichten, weil die Produkte ggf. in großem Maßstab kommerziell genutzt werden sollen. Dabei konnten alle vier stereoisomeren 2-Acetylamino-6-(tert-butoxycarbonyl-methoxymethyl-amino)-3-(4-methoxy-benzylsulfanyl)-hexansäurementhylester in guter Ausbeute synthetisiert werden. Nach Herstellung größerer Mengen der entsprechenden am Schwefelatom ungeschützten N-Fmoc-Aminosäurederivate sollen alle vier Stereoisomere in Peptide eingebaut und auf ihre Eignung als Liganden in Nukleardiagnostika untersucht werden. Untersuchungen zur Synthese neuartiger Ansa-Steroide: Über die Synthese von Ansa-Seco-Steroiden mittels eine Kaskade von intermolekularer Diels-Alder-Reaktion und anschließender Retro-Diels-Alder-Reaktion an 5,6,7,8-Tetradehydrosteroiden wurde erstmals 1986 von E. Winterfeldt et al. berichtet. Die damit eröffnete Möglichkeit eines völlig neuen Zugangs zu pharmakologisch interessanten Makrolid-Substraten konnte aber bislang nicht effektiv genutzt werden, weil insbesondere im Zusammenhang mit der Diels-Alder-Reaktion erhebliche präparative Probleme auftraten: Brauchbare Reaktivität nur bei sehr wenigen Dienophilen, Regioselektivitätsprobleme, etc. Hier galt es zu untersuchen, inwiefern sich diese Probleme durch die intramolekulare Reaktionsführung der Cycloaddition unterdrücken lassen können. Für die intramolekulare Diels-Alder-Reaktion zwischen der 5,7-Dien-Einheit des Steroids und einer an das Substrat gebundenen Dienophil-Einheit ist die Möglichkeit einer günstigen Anordnung der beiden Reaktanden-Gruppen entscheidend. Dafür wurden umfangreiche Untersuchungen zur alpha-konfigurierten Anbindung eines Dienophils in die 3-Position an 3-Hydroxy-5,6,7,8-Tetradehydrosteroiden durchgeführt: Mitsunobu-Reaktionen, Oxidations-Reduktions-Sequenzen, Oxidations-Ketalisierungs-Sequenzen, etc. Hierbei wurden zahlreiche neue Steroide synthetisiert. Es gelang jedoch nicht, 5,6,7,8-Tetradehydrosteroide mit axial in Position 3 eingebundenen Dienophilen in präparativ nutzbaren Mengen zu synthetisieren. Bei der Untersuchung intermolekularer Diels-Alder-Reaktionen zwischen Ergosterol und Brommaleinsäureanhydrid wurde vorzugsweise die Bildung der Addukte des 7,8,14,15-Tetradehydroisomers des Ergosterols beobachtet.

Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn

Evolutionäre Veränderungen in der Nutzung redox-aktiver Aminosäuren und ihre Ursachen

Gewebe, Zellen und speziell Zellkompartimente unterscheiden sich in ihrer Sauerstoffkonzentration, Stoffwechselrate und in der Konzentration an gebildeten reaktiven Sauerstoffspezies. Um eine mögliche Änderung in der Aminosäurennutzung durch den Einfluss von Sauerstoff und seinen reaktiven Spezies untersuchen zu können wurden, Bereiche bzw. Kompartimente der menschlichen Zelle definiert, die einen Referenzrahmen bildeten und bekannt dafür sind, einen relativ hohen Grad an reaktiven Sauerstoffspezies aufzuweisen. Aus dem Vergleich wurde deutlich, dass vor allem die beiden redox-aktiven und schwefeltragenden Aminosäuren Cystein und Methionin durch eine besondere Verteilung und Nutzung charakterisiert sind. Cystein ist hierbei diejenige Aminosäure mit den deutlichsten Änderungen in den fünf untersuchten Modellen der oxidativen Belastung. In all diesen Modellen war die Nutzung von Cystein deutlich reduziert, wohingegen Methionin in Proteinen des Mitochondriums und der Elektronentransportkette angereichert war. Dieser auf den ersten Blick paradoxe Unterschied zwischen Cystein und Methionin wurde näher untersucht, indem die differenzierte Methioninnutzung in verschiedenen Zellkompartimenten von Homo sapiens charakterisiert wurde.rnDie sehr leicht zu oxidierende Aminosäure Methionin zeigt ein ungewöhnliches Verteilungsmuster in ihrer Nutzungshäufigkeit. Entgegen mancher Erwartung wird Methionin in zellulären Bereichen hoher oxidativer Belastung und starker Radikalproduktion intensiv verwendet. Dieses Verteilungsmuster findet man sowohl im intrazellulären Vergleich, als auch im Vergleich verschiedener Spezies untereinander, was daraufhin deutet, dass es einen lokalen Bedarf an redox-aktiven Aminosäuren gibt, der einen sehr starken Effekt auf die Nutzungshäufigkeit von Methionin ausübt. Eine hohe Stoffwechselrate, die im Allgemeinen mit einer erhöhten Produktion von Oxidantien assoziiert wird, scheint ein maßgeblicher Faktor der Akkumulation von Methionin in Proteinen der Atmungskette zu sein. Die Notwendigkeit, oxidiertes Antioxidans wieder zu reduzieren, findet auch bei Methionin Anwendung, denn zu Methioninsulfoxid oxidiertes Methionin wird durch die Methioninsulfoxidreduktase wieder zu Methionin reduziert. Daher kann die spezifische Akkumulation von Methionin in Proteinen, die verstärkt reaktiven Sauerstoffspezies ausgesetzt sind, als eine systematische Strategie angesehen werden, um andere labile Strukturen vor ungewollter Oxidation zu schützen. rnDa Cystein in allen untersuchten Modellen der oxidativen Belastung und im Besonderen in Membranproteinen der inneren Mitochondrienmembran lebensspannenabhängig depletiert war, wurde dieses Merkmal näher untersucht. Deshalb wurde die Hypothese getestet, ob ein besonderer Redox-Mechanismus der Thiolfunktion für diese selektive Depletion einer im Allgemeinen als harmlos oder antioxidativ geltenden Aminosäure verantwortlich ist. Um den Effekt von Cysteinresten in Membranen nachzustellen, wurden primäre humane Lungenfibroblasten (IMR90) mit diversen Modellsubstanzen behandelt. Geringe Konzentrationen der lipophilen Substanz Dodecanthiol verursachten eine signifikante Toxizität in IMR90-Zellen, die von einer schnellen Zunahme an polyubiquitinierten Proteinen und anderen Indikatoren des proteotoxischen Stresses, wie Sequestosom 1 (P62), HSP70 und HSP90 begleitet wurde. Dieser Effekt konnte spezifisch der Chemie der Thiolfunktion in Membranen zugeordnet werden, da Dodecanol (DOH), Dodecylmethylsulfid (DMS), Butanthiol oder wasserlösliche Thiole weder eine cytotoxische Wirkung noch eine Polyubiquitinierung von Proteinen verursachten. Die Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, dass Thiole innerhalb von biologischen Membranen als radikalische Kettentransferagentien wirken. Diese Eigenschaft wird in der Polymerchemie durch Nutzung von lipophilen Thiolen in hydrophoben Milieus technisch für die Produktion von Polymeren benutzt. Da die Thiylradikal-spezifische Reaktion von cis-Fettsäuren zu trans-Fettsäuren in 12SH behandelten Zellen verstärkt ablief, kann gefolgert werden, dass 12SH zellulär radikalisiert wurde. In lebenden Organismen kann demnach die Oxidation von Cystein die Schädigung von Membranen beschleunigen und damit Einfallstore für die laterale Radikalisierung von integralen Membranproteinen schaffen, welche möglicherweise der Langlebigkeit abträglich ist, zumindest, wenn sie in der inneren Mitochondrienmembran auftritt.

Dog bites man or man bites dog? The enigma of the amino acid conjugations

The proposition posed is that the value of amino acid conjugation to the organism is not, as in the traditional view, to use amino acids for the detoxication of aromatic acids. Rather, the converse is more likely, to use aromatic acids that originate from the diet and gut microbiota to assist in the regulation of body stores of amino acids, such as glycine, glutamate, and, in certain invertebrates, arginine, that are key neurotransmitters in the central nervous system (CNS). As such, the amino acid conjugations are not so much detoxication reactions, rather they are homeostatic and neuroregulatory processes. Experimental data have been culled in support of this hypothesis from a broad range of scientific and clinical literature. Such data include the low detoxication value of amino acid conjugations and the Janus nature of certain amino acids that are both neurotransmitters and apparent conjugating agents. Amino acid scavenging mechanisms in blood deplete brain amino acids. Amino acids glutamate and glycine when trafficked from brain are metabolized to conjugates of aromatic acids in hepatic mitochondria and then irreversibly excreted into urine. This process is used clinically to deplete excess nitrogen in cases of urea cycle enzymopathies through excretion of glycine or glutamine as their aromatic acid conjugates. Untoward effects of high-dose phenylacetic acid surround CNS toxicity. There appears to be a relationship between extent of glycine scavenging by benzoic acid and psychomotor function. Glycine and glutamine scavenging by conjugation with aromatic acids may have important psychosomatic consequences that link diet to health, wellbeing, and disease.

Identification of a highly conserved valine-glycine-phenylalanine amino acid triplet required for HIV-1 Nef function

Background The Nef protein of HIV facilitates virus replication and disease progression in infected patients. This role as pathogenesis factor depends on several genetically separable Nef functions that are mediated by interactions of highly conserved protein-protein interaction motifs with different host cell proteins. By studying the functionality of a series of nef alleles from clinical isolates, we identified a dysfunctional HIV group O Nef in which a highly conserved valine-glycine-phenylalanine (VGF) region, which links a preceding acidic cluster with the following proline-rich motif into an amphipathic surface was deleted. In this study, we aimed to study the functional importance of this VGF region. Results The dysfunctional HIV group O8 nef allele was restored to the consensus sequence, and mutants of canonical (NL4.3, NA-7, SF2) and non-canonical (B2 and C1422) HIV-1 group M nef alleles were generated in which the amino acids of the VGF region were changed into alanines (VGF→AAA) and tested for their capacity to interfere with surface receptor trafficking, signal transduction and enhancement of viral replication and infectivity. We found the VGF motif, and each individual amino acid of this motif, to be critical for downregulation of MHC-I and CXCR4. Moreover, Nef’s association with the cellular p21-activated kinase 2 (PAK2), the resulting deregulation of cofilin and inhibition of host cell actin remodeling, and targeting of Lck kinase to the trans-golgi-network (TGN) were affected as well. Of particular interest, VGF integrity was essential for Nef-mediated enhancement of HIV virion infectivity and HIV replication in peripheral blood lymphocytes. For targeting of Lck kinase to the TGN and viral infectivity, especially the phenylalanine of the triplet was essential. At the molecular level, the VGF motif was required for the physical interaction of the adjacent proline-rich motif with Hck. Conclusion Based on these findings, we propose that this highly conserved three amino acid VGF motif together with the acidic cluster and the proline-rich motif form a previously unrecognized amphipathic surface on Nef. This surface appears to be essential for the majority of Nef functions and thus represents a prime target for the pharmacological inhibition of Nef.

Different amino acid substitutions at the same position in rhodopsin lead to distinct phenotypes

PURPOSE: Identification of a novel rhodopsin mutation in a family with retinitis pigmentosa and comparison of the clinical phenotype to a known mutation at the same amino acid position. METHODS: Screening for mutations in rhodopsin was performed in 78 patients with retinitis pigmentosa. All exons and flanking intronic regions were amplified by PCR, sequenced, and compared to the reference sequence derived from the National Center for Biotechnology Information (NCBI, Bethesda, MD) database. Patients were characterized clinically according to the results of best corrected visual acuity testing (BCVA), slit lamp examination (SLE), funduscopy, Goldmann perimetry (GP), dark adaptometry (DA), and electroretinography (ERG). Structural analyses of the rhodopsin protein were performed with the Swiss-Pdb Viewer program available on-line (http://www.expasy.org.spdvbv/ provided in the public domain by Swiss Institute of Bioinformatics, Geneva, Switzerland). RESULTS: A novel rhodopsin mutation (Gly90Val) was identified in a Swiss family of three generations. The pedigree indicated autosomal dominant inheritance. No additional mutation was found in this family in other autosomal dominant genes. The BCVA of affected family members ranged from 20/25 to 20/20. Fundus examination showed fine pigment mottling in patients of the third generation and well-defined bone spicules in patients of the second generation. GP showed concentric constriction. DA demonstrated monophasic cone adaptation only. ERG revealed severely reduced rod and cone signals. The clinical picture is compatible with retinitis pigmentosa. A previously reported amino acid substitution at the same position in rhodopsin leads to a phenotype resembling night blindness in mutation carriers, whereas patients reported in the current study showed the classic retinitis pigmentosa phenotype. The effect of different amino acid substitutions on the three-dimensional structure of rhodopsin was analyzed by homology modeling. Distinct distortions of position 90 (shifts in amino acids 112 and 113) and additional hydrogen bonds were found. CONCLUSIONS: Different amino acid substitutions at position 90 of rhodopsin can lead to night blindness or retinitis pigmentosa. The data suggest that the property of the substituted amino acid distinguishes between the phenotypes.

Functional and structural characterization of the first prokaryotic member of the L-amino acid transporter (LAT) family: a model for APC transporters

We have identified YkbA from Bacillus subtilis as a novel member of the L-amino acid transporter (LAT) family of amino acid transporters. The protein is approximately 30% identical in amino acid sequence to the light subunits of human heteromeric amino acid transporters. Purified His-tagged YkbA from Escherichia coli membranes reconstituted in proteoliposomes exhibited sodium-independent, obligatory exchange activity for L-serine and L-threonine and also for aromatic amino acids, albeit with less activity. Thus, we propose that YkbA be renamed SteT (Ser/Thr exchanger transporter). Kinetic analysis supports a sequential mechanism of exchange for SteT. Freeze-fracture analysis of purified, functionally active SteT in proteoliposomes, together with blue native polyacrylamide gel electrophoresis and transmission electron microscopy of detergent-solubilized purified SteT, suggest that the transporter exists in a monomeric form. Freeze-fracture analysis showed spherical particles with a diameter of 7.4 nm. Transmission electron microscopy revealed elliptical particles (diameters 6 x 7 nm) with a distinct central depression. To our knowledge, this is the first functional characterization of a prokaryotic member of the LAT family and the first structural data on an APC (amino acids, polyamines, and choline for organocations) transporter. SteT represents an excellent model to study the molecular architecture of the light subunits of heteromeric amino acid transporters and other APC transporters.

Culture-induced changes in blood-brain barrier transcriptome: implications for amino-acid transporters in vivo

Tight homeostatic control of brain amino acids (AA) depends on transport by solute carrier family proteins expressed by the blood-brain barrier (BBB) microvascular endothelial cells (BMEC). To characterize the mouse BMEC transcriptome and probe culture-induced changes, microarray analyses of platelet endothelial cell adhesion molecule-1-positive (PECAM1(+)) endothelial cells (ppMBMECs) were compared with primary MBMECs (pMBMEC) cultured in the presence or absence of glial cells and with b.End5 endothelioma cell line. Selected cell marker and AA transporter mRNA levels were further verified by reverse transcription real-time PCR. Regardless of glial coculture, expression of a large subset of genes was strongly altered by a brief culture step. This is consistent with the known dependence of BMECs on in vivo interactions to maintain physiologic functions, for example, tight barrier formation, and their consequent dedifferentiation in culture. Seven (4F2hc, Lat1, Taut, Snat3, Snat5, Xpct, and Cat1) of nine AA transporter mRNAs highly expressed in freshly isolated ppMBMECs were strongly downregulated for all cultures and two (Snat2 and Eaat3) were variably regulated. In contrast, five AA transporter mRNAs with low expression in ppMBMECs, including y(+)Lat2, xCT, and Snat1, were upregulated by culture. We hypothesized that the AA transporters highly expressed in ppMBMECs and downregulated in culture have a major in vivo function for BBB transendothelial transport.

A versatile proline/alanine transporter in the unicellular pathogen Leishmania donovani regulates amino acid homoeostasis and osmotic stress responses

Unlike all other organisms, parasitic protozoa of the family Trypanosomatidae maintain a large cellular pool of proline that, together with the alanine pool, serve as alternative carbon sources as well as reservoirs of organic osmolytes. These reflect adaptation to their insect vectors whose haemolymphs are exceptionally rich in the two amino acids. In the present study we identify and characterize a new neutral amino acid transporter, LdAAP24, that translocates proline and alanine across the Leishmania donovani plasma membrane. This transporter fulfils multiple functions: it is the sole supplier for the intracellular pool of proline and contributes to the alanine pool; it is essential for cell volume regulation after osmotic stress; and it regulates the transport and homoeostasis of glutamate and arginine, none of which are its substrates. Notably, we provide evidence that proline and alanine exhibit different roles in the parasitic response to hypotonic shock; alanine affects swelling, whereas proline influences the rate of volume recovery. On the basis of our data we suggest that LdAAP24 plays a key role in parasite adaptation to its varying environments in host and vector, a phenomenon essential for successful parasitism.

The SLC3 and SLC7 families of amino acid transporters

Amino acids are necessary for all living cells and organisms. Specialized transporters mediate the transfer of amino acids across plasma membranes. Malfunction of these proteins can affect whole-body homoeostasis giving raise to diverse human diseases. Here, we review the main features of the SLC3 and SLC7 families of amino acid transporters. The SLC7 family is divided into two subfamilies, the cationic amino acid transporters (CATs), and the L-type amino acid transporters (LATs). The latter are the light or catalytic subunits of the heteromeric amino acid transporters (HATs), which are associated by a disulfide bridge with the heavy subunits 4F2hc or rBAT. These two subunits are glycoproteins and form the SLC3 family. Most CAT subfamily members were functionally characterized and shown to function as facilitated diffusers mediating the entry and efflux of cationic amino acids. In certain cells, CATs play an important role in the delivery of L-arginine for the synthesis of nitric oxide. HATs are mostly exchangers with a broad spectrum of substrates and are crucial in renal and intestinal re-absorption and cell redox balance. Furthermore, the role of the HAT 4F2hc/LAT1 in tumor growth and the application of LAT1 inhibitors and PET tracers for reduction of tumor progression and imaging of tumors are discussed. Finally, we describe the link between specific mutations in HATs and the primary inherited aminoacidurias, cystinuria and lysinuric protein intolerance.

The small SLC43 family: facilitator system l amino acid transporters and the orphan EEG1

The SLC43 family is composed of only three genes coding for the plasma membrane facilitator system l amino acid transporters LAT3 (SLC43A1; TC 2.A.1.44.1) and LAT4 (SLC43A2; TC 2.A.1.44.2), and the orphan protein EEG1 (SLC43A3; TC 2.A.1.44.3). Besides the known mechanism of transport of LAT3 and LAT4, their physiological roles still remain quite obscure. Morphants suggested a role of LAT3 in renal podocyte development in zebrafish. Expression in liver and skeletal muscle, and up-regulation by starvation suggest a role of LAT3 in the flux of branched-chain amino acids (BCAAs) from liver and skeletal muscle to the bloodstream. Finally, LAT3 is up-regulated in androgen-dependent cancers, suggesting a role in mTORC1 signaling in this type of tumors. In addition, LAT4 might contribute to the transfer of BCAAs from mother to fetus. Unfortunately, the EEG1 mouse model (EEG1(Y221∗)) described here has not yet offered a clue to the physiological role of this orphan protein.

The SLC1 high-affinity glutamate and neutral amino acid transporter family

Glutamate transporters play important roles in the termination of excitatory neurotransmission and in providing cells throughout the body with glutamate for metabolic purposes. The high-affinity glutamate transporters EAAC1 (SLC1A1), GLT1 (SLC1A2), GLAST (SLC1A3), EAAT4 (SLC1A6), and EAAT5 (SLC1A7) mediate the cellular uptake of glutamate by the co-transport of three sodium ions (Na(+)) and one proton (H(+)), with the counter-transport of one potassium ion (K(+)). Thereby, they protect the CNS from glutamate-induced neurotoxicity. Loss of function of glutamate transporters has been implicated in the pathogenesis of several diseases, including amyotrophic lateral sclerosis and Alzheimer's disease. In addition, glutamate transporters play a role in glutamate excitotoxicity following an ischemic stroke, due to reversed glutamate transport. Besides glutamate transporters, the SLC1 family encompasses two transporters of neutral amino acids, ASCT1 (SLC1A4) and ASCT2 (SLC1A5). Both transporters facilitate electroneutral exchange of amino acids in neurons and/or cells of the peripheral tissues. Some years ago, a high resolution structure of an archaeal homologue of the SLC1 family was determined, followed by the elucidation of its structure in the presence of the substrate aspartate and the inhibitor d,l-threo-benzyloxy aspartate (d,l-TBOA). Historically, the first few known inhibitors of SLC1 transporters were based on constrained glutamate analogs which were active in the high micromolar range but often also showed off-target activity at glutamate receptors. Further development led to the discovery of l-threo-β-hydroxyaspartate derivatives, some of which effectively inhibited SLC1 transporters at nanomolar concentrations. More recently, small molecule inhibitors have been identified whose structures are not based on amino acids. Activators of SLC1 family members have also been discovered but there are only a few examples known.