L型アミノ酸輸送体1（LAT1）によって媒介されるアミノ酸関連化合物の輸送：基質認識のメカニズムへの洞察

L型アミノ酸トランスポーター1（LAT1）は、Na（+） - アミノ酸輸送システムLに補助する独立した中性アミノ酸トランスポーターです。原形質膜を介したアミノ酸関連薬物。基質認識のメカニズムを理解するために、アフリカツメガエル卵母細胞発現システムを使用してLAT1を介した輸送を調べました。LAT1を介した[（14）C]フェニルアラニンの取り込みは、L-DOPA、アルファメチルドパ、メルファラン、トライヨウ素、およびシロキシンを含む芳香族アミノ酸誘導体により、競合的な方法で強く阻害されました。ドーパミン、チラミン、カルビドパ、およびドロキシドパは、[（14）C]フェニルアラニンの取り込みを阻害しませんでした。ガンマアミノ酸であるガバペンチンも、LAT1を介した[（14）C]フェニルアラニンの取り込みに競合的阻害を行いました。LAT1を介した取り込みを阻害した化合物のほとんどは、[（14）c]フェニルアラニンの排出を誘導することができましたが、義務交換メカニズムを介してLAT1を発現する卵母細胞にプリロードしたフェニルアラニン、メルファラン、トリオヨーロニン、およびチロキシンは有意な排出を引き起こしませんでした。実験的および半経験的な計算分析に基づいて、芳香族アミノ酸がLAT1基質であるためには、遊離カルボキシルとアミノ基が必要であることが提案されています。アミノ基に近いカルボニル酸素は、約-0.56の-0.55の計算電荷が必要であり、水素結合に関与してはなりません。さらに、基質側鎖とLAT1の基質結合部位との間の疎水性相互作用は、基質結合にとって重要であると思われます。ただし、コノリーアクセス可能な領域が大きくなると、基質はブロッカーになり、/または分子はメルファラン、トリオヨーロニン、サイロキシンのような計算されたLOGP値が高くなります。

The L-type amino acid transporter 1 (LAT1) is an Na(+)-independent neutral amino acid transporter subserving the amino acid transport system L. Because of its broad substrate selectivity, system L has been proposed to be responsible for the permeation of amino acid-related drugs through the plasma membrane. To understand the mechanisms of substrate recognition, we have examined the LAT1-mediated transport using a Xenopus laevis oocyte expression system. LAT1-mediated [(14)C]phenylalanine uptake was strongly inhibited in a competitive manner by aromatic-amino acid derivatives including L-dopa, alpha-methyldopa, melphalan, triiodothyronine, and thyroxine, whereas phenylalanine methyl ester, N-methyl phenylalanine, dopamine, tyramine, carbidopa, and droxidopa did not inhibit [(14)C]phenylalanine uptake. Gabapentin, a gamma-amino acid, also exerted a competitive inhibition on LAT1-mediated [(14)C]phenylalanine uptake. Although most of the compounds that inhibited LAT1-mediated uptake were able to induce the efflux of [(14)C]phenylalanine preloaded to the oocytes expressing LAT1 through the obligatory exchange mechanism, melphalan, triiodothyronine, and thyroxine did not induce the significant efflux. Based on the experimental and semiempirical computational analyses, it is proposed that, for an aromatic amino acid to be a LAT1 substrate, it must have a free carboxyl and an amino group. The carbonyl oxygen closer to the amino group needs a computed charge of -0.55 approximately -0.56 and must not participate in hydrogen bonding. In addition, the hydrophobic interaction between the substrate side chain and the substrate binding site of LAT1 seems to be crucial for the substrate binding. A substrate, however, becomes a blocker once Connolly accessible areas become large and/or the molecule has a high calculated logP value, such as those for melphalan, triiodothyronine, and thyroxine.