分岐鎖アミノトランスフェラーゼタンパク質のヒト脳における分布とグルタミン酸調節におけるそれらの役割

分岐鎖アミノトランスフェラーゼ酵素（BCAT）は、ラット脳におけるde novoグルタミン酸合成の30％の生産のために窒素ドナーとして機能します。この主要な代謝物と興奮性神経伝達物質の重要性にもかかわらず、ヒト脳（HBCAT）におけるBCATタンパク質の分布は報告されていません。これを研究し、ミトコンドリアアイソフォームであるHBCATMは主に血管内皮細胞に限定されているのに対し、細胞質HBCATCはニューロンに限定されていることを初めて報告しました。HBCATC標識ニューロンの大部分は、細胞体と軸索染色の両方を示すGABA作動性またはグルタミン酸作動性のいずれかであり、励起中のグルタミン酸産生とグルタミン酸放出の両方においてHBCATCの役割を示しています。ホルモン分泌細胞の強い染色は、インスリン分泌のために提案されているものと潜在的に類似したホルモン調節におけるトランスアミナーゼのさらなる役割を示唆しています。血管系の内皮細胞におけるHBCATMの発現は、これらの細胞のアミノトランフェラーゼによってグルタミン酸が代謝されることを初めて示しています。これは、グルタミン酸酸性毒性につながるグルタミン酸代謝の調節不全が、過剰なグルタミン酸をより顕著に代謝するHBCATMの役割がより顕著に存在するいくつかの神経変性条件の病因に重要な貢献者であることを考えると、重要な意味を持っています。

The branched chain aminotransferase enzymes (BCAT) serve as nitrogen donors for the production of 30% of de novo glutamate synthesis in rat brain. Despite the importance of this major metabolite and excitatory neurotransmitter, the distribution of BCAT proteins in the human brain (hBCAT) remains unreported. We have studied this and report, for the first time, that the mitochondrial isoform, hBCATm is largely confined to vascular endothelial cells, whereas the cytosolic hBCATc is restricted to neurons. The majority of hBCATc-labelled neurons were either GABA-ergic or glutamatergic showing both cell body and axonal staining indicating a role for hBCATc in both glutamate production and glutamate release during excitation. Strong staining in hormone secreting cells suggests a further role for the transaminases in hormone regulation potentially similar to that proposed for insulin secretion. Expression of hBCATm in the endothelial cells of the vasculature demonstrates for the first time that glutamate could be metabolized by aminotranferases in these cells. This has important implications given that the dysregulation of glutamate metabolism, leading to glutamate excitotoxicity, is an important contributor to the pathogenesis of several neurodegenerative conditions, where the role of hBCATm in metabolizing excess glutamate may factor more prominently.