Pathologische Mutationen im Monocarboxylattransporter 8 (MCT8, SLC16A2), die das Allan-Herndon-Dudley Syndrom (AHDS) verursachen, sind für die Inaktivierung der Transportfunktion des Proteins verantwortlich. AHDS- Patienten leiden unter neuro-logischen Defekten, die möglicherweise durch eine Unterversorgung des Gehirns mit Schilddrüsenhormonen während kritischer Phasen der Entwicklung hervorgerufen werden. Interessanterweise sind Mct8-defiziente Mäuse neurologisch unauffällig, weshalb Ulrich Schweizer und Kollegen die Hypothese kompensierender Schilddrüsenhormontransporter vorschlugen, die den Funktionsverlust von Mct8 in manchen Zellen ausgleichen könnten. Ein potentieller Kandidat ist der L Typ Aminosäuretransporter 2 (Lat2, Slc7a8), der neben Aminosäuren auch Schilddrüsenhormone transportieren kann. Er wird in verschiedenen Zelltypen des murinen embryonalen Gehirns exprimiert, konnte allerdings nicht in humanen embryonalen Neuronen wie den Pyramidenzellen des Kortex nachgewiesen werden. Zur Aufklärung der Lat2-Funktion in Mäusen wurden Slc7a8-defiziente Mäuse generiert und in der vorliegenden Arbeit erstmalig untersucht. Interessanterweise ist der Phänotyp Slc7a8-defizienter Mäuse relativ mild. Die Mäuse zeigten zwar eine Aminoazidurie, aber keine Veränderungen der Schilddrüsenhormonachse oder der Expression T3-responsiver Gene. Lediglich leichte Störungen in der Bewegungskoordination konnten beobachtet werden, die zum einen auf einen verminderten Schilddrüsenhormontransport und/oder auf Störungen im Neurotransmittermetabolismus zurückzuführen sein könnten. Die dreidimensionale Struktur von MCT8 und damit die genaue Wirkungsweise des Transporters sind unbekannt. Sequenzvergleiche zwischen anderen Mitgliedern der MCT-Familie und MCT8 sowie Struktur-Funktionsanalysen führten zu einem MCT8-Homologiemodell, das auf der Grundlage der Kristallstruktur des bakteriellen Glycerol-3-Phosphattransporters basiert. Mithilfe des Homologiemodells wurden potentiell an der Substratbindung beteiligte Aminosäuren (His192, His415 und R301) identifiziert und durch Einführung von Mutationen in die MCT8-Sequenz charakterisiert. Es zeigte sich, dass His415 und R301 essentiell für den MCT8-vermittelten T3 Transport bzw. die T3 Bindung sind. Außerdem offenbarte die Mutation von His192 zu Glutamin unterschiedliche Wechselwirkungen dieser Aminosäure mit den Jodthyroninen T3 und T4. Interessanterweise ist eine neue Mutation (N193I) die Ursache für AHDS bei einer weiblichen Patientin. AHDS betrifft als X-chromosomal rezessiv vererbte Krankheit vor allem Knaben. Nichtsdestotrotz konnten sich AHDS-typische Symptome bei einer weiblichen Patientin manifestieren, da es neben der pathologischen N193I-Mutation in MCT8 vermutlich zu einer 70%igen Inaktivierung des X Chromosoms kam, welches nicht von der MCT8-Mutation betroffen war. Biochemische Untersuchungen der N193I- Mutation zeigten, dass der T3-Transport aber nicht die T3-Bindung gestört ist. Tyrosinkinase Inhibitoren (TKIs) dienen der Behandlung verschiedener Krebsarten wie dem Nierenzellkarzinom oder dem gastrointestinalen Strumatumor. Als Nebenwirkung wird oft Hypothyreose beobachtet. Selbst athyreote Krebspatienten, die unter Levothyroxin-Substitution stehen, zeigen anormale Schilddrüsenfunktionstests. Eine mögliche Erklärung ist eine verminderte Absorption des Levothyroxins im Darm oder eine mangelnde Reabsorption von Schilddrüsenhormonen in der Niere hervorgerufen durch eine TKI-vermittelte Inhibition von MCT8. Die Wirkungen der TKIs Sunitinib, Imatinib, Dasatinib und Bosutinib auf MCT8 wurden biochemisch im Zellkulturmodell untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass TKIs eine nicht-kompetitive Hemmung des MCT8-vermittelten T3-Transports hervorrufen.
Monocarboxylate transporter 8 (MCT8, SLC16A2) is a specific thyroid hormone transporter. Mutations in MCT8 leading to the Allan-Herndon-Dudley syndrome (AHDS), a severe mental retardation disease, impair its thyroid hormone transport function. It is hypothesized that patients suffer from a thyroid hormone transport defect into the different brain cells during critical stages of embryonic development. Surprisingly, mice deficient in Mct8 do not show neurological impairments prompting Ulrich Schweizer and colleagues to suggest the hypothesis that alternative transporter proteins compensate for the lack of Mct8 function in mice. The L-type amino acid transporter 2 (Lat2, Slc7a8) facilitates the transport of amino acids as well as thyroid hormones. It is expressed in different cell types of the embryonic mouse brain, but could not be detected in human cortical pyramidal cells during early embryonic stages. In order to investigate the physiological function of Lat2, Slc7a8-deficient mice were generated, that exhibited only a mild phenotype. Mice showed aminoaciduria of small neutral amino acids, while thyroid hormone metabolism was not affected. However, movement coordination was slightly impaired in Slc7a8-deficient mice what might be due to a diminished thyroid hormone transport and/or a dysfunction in neurotransmitter metabolism. The 3-dimensional structure of MCT8 is unknown so far. Sequence alignments and structure-function analysis lead to a MCT8 homology model based on the structure of the bacterial glycerol-3-phosphate transporter. Analysis of the MCT8 homology model revealed two “His-Arg clamp” motifs possibly involved in substrate recognition and substrate translocation. Mutations of the conserved His and Arg residues in human MCT8 were biochemically investigated. The results demonstrated that His415 and Arg301 are critically involved in MCT8-mediated transport of T3. In addition, the mutations of His192 to glutamine displayed different interaction possibilities with the iodothyronines T3 and T4. AHDS is an X-linked mental retardation disease with males generally affected and females being heterozygous carriers of the mutation. Nevertheless a female AHDS patient was identified with a new Asn to Ile mutation at position 193 and a skewed inactivation of the second X-chromosome not carrying the mutation by 70%. Biochemically investigations of MCT8N193I showed that T3 transport but not T3 binding is disturbed. Tyrosine kinase inhibitors (TKI) are used for the treatment of various types of cancer. Case reports and clinical trials have reported abnormal thyroid function tests (TFT) as well as an increased requirement of levothyroxine in thyroidectomized patients during TKI treatment. A possible explanation could be a diminished intestinal absorption of levothyroxine or a lack of renal reabsorption of thyroid hormones due to TKI-mediated inhibition of MCT8. Therefore, sunitinib, imatinib, dasatinib and bosutinib were biochemically investigated concerning their effects on MCT8 transport activity. I showed that TKIs lead to a non- competitive inhibition of MCT8-mediated iodothyronine transport.
