GABA-Transporter 1
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Molekulare Mechanismen und strukturelle Grundlagen von GAT1
Die γ-Aminobuttersäure (GABA) ist der wichtigste hemmende Neurotransmitter im Zentralnervensystem (ZNS) von Säugetieren. Da die rasche Beendigung der Aktion des Neurotransmitters eine essenzielle Eigenschaft der synaptischen Übertragung ist, spielt der GABA-Transporter (GAT) eine entscheidende Rolle für die Regulation der GABA-Konzentration in der Synapsenkluft. Funktionsstörungen der GABA-Signalübertragung in der Synapse können verschiedene Krankheiten im ZNS hervorrufen (Abb. 1).
Untersuchung der biologische Bedeutung der N-Glykosylierung des GABA Transporter 1
Der Zellmembrantransporter für die Neurotransmitter γ-Aminobuttersäure (GABA) gehört zu der Familie des sekundären aktiven Transporters, der durch den elektrochemischen Gradienten von Na+ und Cl– angetrieben wird [1]. Der GABA-Transporter Typ 1 (GAT1) besitzt ein einziges Polypeptid von ca. 67 kDa mit 12 putativen transmembranären Domänen. Die große extrazelluläre Schleife zwischen den transmembranären Domänen 3 und 4 enthält drei N-Glykosylierungsstellen: Asn176, Asn181 and Asn184 (Abb. 5).
In der vergangenen Zeit haben wir den Einfluss der N-Glykosylierungsmutanten und der Hemmung der N-Glykosylierungsmodifikation auf die biologischen Eigenschaften und Funktionen des GABA-Transporter 1 (GAT1) untersucht. Wir haben herausgefunden, dass eine defekte N-Glykosylierung zur Reduktion der Stabilität des Proteins und seiner Expression auf der Zelloberfläche führt. Die Hemmung der N-Glykosylierungsmodifikation durch 1-Deoxymannojirimycin (dMM) beeinträchtigte weder die Expression auf der Zelloberfläche noch die Stabilität des Proteins, führte jedoch zu einer starken Reduktion der GABA-Transportsaktivität des GAT1. Das bedeutet, dass N-Glykane, besonders die periphere Struktur der N-Glykane, am GABA-Transport des GAT1 beteiligt sind (Abb. 2A, 2B). Schließlich haben wir herausgefunden, dass die Defizienz der N-Glykosylierung nicht die Affinität des GAT1 zu GABA beeinträchtigt (Abb. 2C). Die beobachtete Reduktion der GAT1-spezifischen GABA-Aufnahme liegt an der Reduktion der Affinität des GAT1 zu den extrazellulären Na+-Ionen. Dieses führt wiederum zu einer Reduktion des kinetischen Transportzyklus (Veröffentlichung: Cai et al., 2005).
Beteiligung der Sialinsäure der N-Glykane an der Regulation der GABA-Aufnahme durch GAT1
Die Rolle der Sialinsäure für die GABA-Aufnahme durch GAT1 wurde erforscht. Für diesen Zweck wurden zuerst CHOLec3 Zellen verwendet. CHOLec3 Zellen sind CHO Mutanten, die Mutationen in dem GNE-Enzym haben, das für die Synthese der Sialinsäure eine entscheidende Rolle spielt. Wir haben herausgefunden, dass die Expression und Stabilität des GAT1 auf der Zelloberfläche in CHOLec3 Zellen nicht geändert ist. Trotzdem zeigte es, dass nicht nur die Menge der Sialinsäure, sondern auch die Aktivität der GABA-Aufnahme durch GAT1 in diesen Zellen stark reduziert wurde. Weiterhin wurde die Sialinsäure von der Zelloberfläche durch Sialidase abgetragen. Es führte ebenfalls zu einer starken Reduktion der Aktivität der GABA-Aufnahme des GAT1. Ferner wurde die Sialinsäure durch NaIO4 oxidiert. Gleichfalls verminderte die Oxidation der Sialinsäure auch deutlich die Aktivität der GABA-Aufnahme des GAT1. Durch diese Ergebnisse haben wir erstmals nachgewiesen, dass die Sialinsäure, die an der letzten Position der N-Glykankette lokalisiert ist, eine wichtige Rolle für die Regulation der Aktivität der GABA-Aufnahme des GAT1 spielt (Veröffentlichung: Hu et al., 2011, 2012, 2017).