Molekulare und funktionelle Charakterisierung des humanen Sodium-dependent Organic Anion Transporters (SOAT)

Abstract

Die SLC10-Familie ist bekannt als die Familie der Na+-abhängigen Gallensäuretransporter.NTCP und ASBT sind die Gründungsmitglieder dieser Familie und verantwortlich für dieAufrechterhaltung des enterohepatischen Kreislaufs der Gallensäuren. Die Identifizierungweiterer Mitglieder führte zu einer Neubetrachtung dieser Familie. In der vorgelegten Arbeitwurde zum ersten Mal das sechste Familienmitglied, der humane Sodium-dependent OrganicAnion Transporter SOAT (SLC10A6), molekular und funktionell charakterisiert. Der humaneSOAT ist ein Protein mit 377 Aminosäuren und besitzt das SLC10-Signaturmotiv ALGMMPL . Seine höchste Verwandtschaft hat SOAT zum ASBT, mit welchem er eineSubfamilie bildet. SOAT ist ein transmembranäres Glykoprotein mit wahrscheinlich siebenTMD und einer Nex/Cin-Topologie. In stabil transfizierten Zellen wurde SOAT auf seineTransporteigenschaften untersucht. Im Gegensatz zu NTCP und ASBT zeigt SOAT keinenTransport der Gallensäuren Taurocholat, Cholat, Lithocholat, Deoxycholat und Chenodeoxycholat.Stattdessen transportiert er die sulfatierten Steroidhormone DHEAS, E1S und PREGS,welche auch Substrate des NTCP, aber nicht des ASBT sind. Weiterhin stellen die sulfatierteGallensäure TLCS und die Xenobiotika 2-SMP und 4-SMP Substrate des SOAT dar. InHemmstudien zeigten insbesondere Substanzen mit mindestens zwei Hydrocarbonringen undeiner negativ geladenen Sulfatgruppe eine starke Interaktion mit dem SOAT-Transport. DerTransport über den SOAT ist Na+-abhängig und erreicht erst bei physiologischen Na+-Konzentrationen sein Transportmaximum. Weiterhin weist dieser bei pH-Werten <7,4 höhereTransportraten auf als bei pH≥7,4. NTCP besitzt für den Transport von Steroidsulfaten undGallensäuren eine jeweils unterschiedliche Na+-Affinität und pH-Abhängigkeit. Daher vermutenwir im NTCP zwei Substratbindungsstellen, eine für Gallensäuren und eine fürSteroidsulfate, welche im Laufe der Evolution jeweils nur im ASBT (Gallensäuren) bzw.SOAT (Steroidsulfate) funktionell erhalten geblieben sind. SOAT ist am höchsten im Hodenund relativ hoch in Plazenta und Brustdrüse exprimiert. Dieses Expressionsmuster steht imGegensatz zur Expression von NTCP in Leber und ASBT in Ileum und Niere. Aufgrund derTransportfunktion von SOAT und der Expression in hormonabhängigen Geweben gehen wirdavon aus, dass die physiologische Funktion des SOAT im Import sulfatierter Steroide liegt.Diese können intrazellulär durch die katalytische Aktivität der Steroidsulfatase in aktiveSteroide überführt werden (Konzept der intrakrinen Hormonsynthese). Da SOAT, wie auchdie Steroidsulfatase, in Brustkrebsgewebe nachweisbar ist, wird auch eine Beziehung zur Entstehunghormonabhängiger Mammakarzinome diskutiert. In diesem Zusammenhang giltSOAT als neues Drug Target für die Therapie hormonabhängiger Mammakarzinome. The SLC10-family is well known as the family of sodium-dependent bile acid transportersSBAT. The founding members NTCP and ASBT are responsible for the maintenance of theenterohepatic circulation of bile acids. With the identification of new members (SLC10A4-SLC10A7) we got new insights into the relevance of this carrier family. The present workdescribes for the first time the molecular and functional characterization of the novel carrierSLC10A6, named Sodium-dependent Organic Anion Transporter SOAT. Human SOAT consistsof 377 amino acids and contains the SLC10-signature motif ALGMMPL . SOAT andASBT have the closest relationship within the SLC10-family and both derive from a commonancestor. SOAT is a transmembrane glycoprotein with a 7 predicted transmembrane topologyand a Nex/Cin-topology. Transport measurements were performed in stably transfected SOATHEK293cells to gain information about transport characteristics of human SOAT. In contrastto NTCP and ASBT, SOAT has no transport activity for the bile acids taurocholic acid, cholicacid, lithocholic acid, deoxycholic acid, and chenodeoxycholic acid. Instead the sulfatedsteroids DHEAS, E1S, and PREGS are transported. These compounds are also substrates ofNTCP, but not ASBT. Furthermore the sulfated bile acid TLCS and the xenobiotics 2-SMPand 4-SMP are transported by SOAT. Strong inhibition of SOAT transport was demonstratedfor compounds with at least two hydrocarbon rings and a negatively charged sulfate moietyincluding α-Naphthylsulfate, 2-SMP, 4-SMP, 1omega-SEP and sulfated bile acids. Transportby SOAT is Na+-dependent and reached maximal transport activity at physiological Na+-concentrations. Transport rates are higher at pH<7,4 than ≥7,4. The carrier NTCP showeddifferent transport characteristics regarding Na+-affinity and pH-dependency for bile acidsand steroid sulfates. For this we assume that two substrate binding pockets are present inNTCP, one for bile acids and one for steroid sulfates. During phylogenetic developmentASBT and SOAT conserved only one of the functional properties of NTCP, bile acids andsteroid sulfates, respectively. In man, SOAT is dominantly expressed in testis and showedalso relatively high expression in placenta and mammary gland. This expression pattern iscompletely different to the expression of NTCP (liver) and ASBT (ileum, kidney). Because ofthe high expression in hormone-dependent tissues and its substrate pattern we assume thephysiological function of SOAT in the cellular import of sulfated steroids. These circulatingprecursor steroids can be converted into active steroids after intracellular cleavage of the sulfategroup by the steroid sulfatase (concept of intracrine hormone synthesis). As SOAT andsteroid sulfatase were shown to be highly expressed in breast carcinoma, a role of SOAT forthe pathophysiology of breast carcinoma is discussed.