Interaktionen von N-Carbamoylglutamat, einem Orphan Drug zur Behandlung der N-Acetylglutamat-Defizienz mit Glutamattransportern der SLC1-Genfamilie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Birgitta C. Burckhardt
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275317313

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Eine angeborene Defizienz der N-Acetylglutamatsynthase (NAGS) führt zu Störungen des Harnstoffzyklus, erhöhten Ammoniumkonzentrationen im Blut und damit verbundenen neuronalen Störungen. Die orale Gabe von N-Carbamoylglutamat (NCG), einem synthetischen Analogon von N-Acetylglutamat (NAG), reduziert die Blutammoniumkonzentrationen der betroffenen Patienten. Aufgrund struktureller Übereinstimmungen zwischen Glutamat und NCG wurde postuliert, dass nach oraler Gabe von NCG dieses über Excitatory Amino Acid Transporters (EAATs) sowohl in den Körper als auch anschließend in die Leber aufgenommen werden könnte. Dies sollte an Xenopus laevis Oozyten, die die EAATs exprimiert hatten und die Zwei-Elektrodenspannungsklemme über NCG-mediierte Einwärtsströme nachgewiesen werden. L-Aspartat und L-Glutamat, die Referenzsubstrate der EAATs, induzierten sättigbare Einwärtsströme mit K M-Werten <30 µM. NCG zeigte nur in EAAT3-exprimierenden Oozyten einen Einwärtsstrom geringer Amplitude, der, da signifikant von den Wasser-injizierten Kontrolloozyten verschieden, einen Teil der Aufnahme von NCG über Darm und Leber vermitteln könnte. Im Gegensatz zu NCG, das nur als ein Substrat des EAAT3 identifiziert werden konnte, interagierte NAG mit allen EAATs. Für NAG konnte am EAAT3 eine KM von 409 µM bestimmt werden. Da andere Arbeitsgruppen EAAT3 in Enterozyten und Hepatozyten nachweisen konnten, wird davon ausgegangen, dass NCG über EAAT3 in diese Organe aufgenommen werden kann. Neben den EAATs wurde der natriumabhängige Dikarboxylattransporter 3 (NaDC3) mit in das Arbeitsprogramm aufgenommen. Überraschend war, dass sich für die Substratakzeptanz des EAAT3 und des NaDC3 ein spiegelbildliches Verhalten ergab, wobei Aspartat und Glutamat hoch-affine Substrate des EAAT3 sind und nur geringe Stromamplituden in NaDC3-exprimierenden Oozyten aufweisen, bilden NAG und OAA ein Bindeglied zwischen beiden Transportern.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Human organic anion transporter 2 is distinct from organic anion transporters 1 and 3 with respect to transport function. Am J Physiol Renal Physiol 309: F843-F852, 2015
  Henjakovic M, Hagos Y, Krick W, Burckhardt G, Burckhardt BC
  
• The isoquinolone derived prolyl hydroxylase inhibitor ICA is a potent substrate of the organic anion transporters 1 and 3. Nephron Physiology 131: 285-289, 2015
  Schulz K, Hagos Y, Schley G, Burzlaff N, Willam C, Burckhardt BC
  
• Transport organischer Ionen in der Niere. Nephrologe 10: 322-326, 2015
  Burckhardt BC
  
• Counter-flow suggests transport of dantrolene and 5-OH dantrolene by the organic anion transporters 2 (OAT2) and 3 (OAT3). Pflügers Arch-Europ J Physiol 468: 1909-1918, 2016. Erratum: 468: 1919-1920, 2016
  Burckhardt BC, Henjakovic M, Hagos Y, Burckhardt G
  
• Distribution of organic anion transporters NaDC3 and OAT1-3 along the human nephron. Am J Physiol Renal Physiol 311: F227-F238, 2016
  Breljak D, Ljubojević M, Hagos Y, Micek V, Balen Eror D, Vrhovac Madunić I, Brzica H, Karaica D, Radović N, Kraus O, Anzai N, Koepsell H, Burckhardt G, Burckhardt BC, Sabolić I
  
• Differential interaction of dantrolene, glafenine, nalidixic acid, and prazosin with human organic anion transporters 1 and 3 (OAT1; OAT3). J Pharmacol Exp Ther 362: 450-458, 2017
  Burckhardt BC, Henjakovic M, Hagos Y, Burckhardt G
  
• Interaction of excitatory amino acid transporters 1 – 3 (EAAT1, EAAT2, EAAT3) with N-carbamoylglutamate and N-acetylglutamate. Cell Physiol Biochem 43: 1907-1916, 2017
  Burckhardt BC, Burckhardt G