Posttranslationale Regulation der Transportaktivität humaner kationischer Aminosäuretransporter (human cationic aminoacid transporter: hCATs)

Abstract

Cells depend on transporters for communication, interaction, and the selective uptake of nutrients and other molecules. Despite their importance, the intricate regulatory mecha-nisms that govern transporter activity and surface expression are not fully understood for many of these vital membrane proteins. This work investigated the post-translational regulation of human cationic amino acid transporters (hCATs) by protein kinase C (PKC) involving Rho-GTPases (Cdc42, Rac1, and RhoA) and other potentially involved proteins. The central finding of the work is that both PKC and Rho-GTPases, especially Cdc42, play a crucial role in modulating the transport activity of all four hCAT isoforms. Activation of PKC leads to a significant reduction in arginine uptake by the hCATs. This effect was demonstrated in Xenopus laevis oocytes as a model system and various human cell lines. Interestingly, the reduced arginine uptake is caused by the altered membrane localization of the transporters (induced endocytosis). An important aspect of this work is the investigation of the interplay of Rho-GTPases in regulating hCAT transporters showing the involvement of these GTPases in adapting transporter activity to meet cellular arginine demand. The results suggest that the simul-taneous activation of PKC and Rho-GTPases could lead to complex regulation of hCAT transporters, involving a reduced localization of the transporters in the plasma mem-brane. The importance of membrane localization for the function of hCAT transporters was par-ticularly emphasized in this work. Understanding the mechanisms that regulate mem-brane proteins, especially transporter proteins, is of central importance, as they represent both targets and sensors for the cell's environment. In summary, this research makes an important contribution to understanding the com-plex regulation of amino acid transporters, especially hCATs. The results show that PKC and Rho-GTPases play a crucial role in modulating transport activity and that membrane localization of the transporters is an important factor for their function. The interaction between PKC and Rho-GTPases could represent a finely tuned system that controls amino acid uptake as needed.

In dieser Arbeit wurde die posttranslationale Regulation der kationischen Aminosäuret-ransporter (hCATs) durch Proteinkinase C (PKC) unter Beteiligung der Rho-GTPasen (Cdc42, Rac1 und RhoA) und anderen potenziellen beteiligten Proteinen untersucht. Zentrale Erkenntnis der Arbeit ist, dass sowohl PKC als auch Rho-GTPasen, insbesondere Cdc42, eine entscheidende Rolle bei der Modulation der Transportaktivität aller vier hCAT-Isoformen spielen. Die Aktivierung von PKC führt zu einer signifikanten Reduktion der Argininaufnahme durch die hCATs. Dieser Effekt konnte sowohl im Modellsystem der Xenopus-Oocyten als auch in verschiedenen humanen Zelllinien nachgewiesen werden. Interessanterweise wird die verminderte Argininaufnahme durch die veränderte Memb-ranlokalisation der Transporter (wahrscheinlich induzierte Endozytose) verursacht. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Arbeit ist die Untersuchung des Zusammenspiels von Rho-GTPasen bei der Regulation der hCAT-Transporter. Die Aktivierung von Rho-GTPasen z.B. durch EGF, deutet auf eine Beteiligung dieser GTPasen bei der Regulation der Trans-portaktivität hin. Die Ergebnisse legen nahe, dass die gleichzeitige Aktivierung von PKC und Rho-GTPasen zu einer komplexen Regulation der hCAT-Transporter führt, die sich in einer reduzierten Oberflächenexpression der Transporter äußert. Die Bedeutung der Membranlokalisation für die Funktion der hCAT-Transporter wurde in dieser Arbeit besonders hervorgehoben. Es ist von zentraler Bedeutung, die Mechanismen zu verstehen, die die Membranproteine, insbesondere die Transporterproteine, regulie-ren, da sie sowohl Angriffspunkte als auch Sensoren für die Umgebung der Zelle darstel-len. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Forschungsarbeit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der komplexen Regulation von Aminosäuretransportern, insbesondere der hCATs, leistet. Die Ergebnisse zeigen, dass PKC und Rho-GTPasen eine entscheidende Rolle bei der Modulation der Transportaktivität spielen und dass die Membranlokalisati-on der Transporter ein wichtiger Faktor für ihre Funktion ist. Die Interaktion zwischen PKC und Rho-GTPasen könnte ein fein abgestimmtes System darstellen, das die Aminosäu-reaufnahme bedarfsgerecht steuert.