Einfluss der Aminosäure Phenylalanin an Position 244 des organischen Kationentransporters OCT1 auf die Transportaktivität

The influence of the amino acid phenylalanine at position 244 of the organic cation transporter OCT1 on transport activity.

by Carla Wittern née Carla Isabel Wittern
Doctoral thesis
Date of Examination:2026-01-16
Date of issue:2026-01-06
Advisor:Prof. Dr. Jürgen Brockmöller
Referee:Dr. Abass Eidizadeh
Referee:Prof. Dr. Dr. Philipp Kauffmann
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11642

 

 

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Abstract

English

Membrane transporter proteins such as OCT1 from the SLC family are important for the distribution and homeostasis of drugs and endogenous substances in tissues. OCT1 is known for its polyspecificity, transporting at least 150 different substrates. Studies have shown that both negative charges and aromatic residues can enhance substrate binding. In this study, we compared the uptake of substrates in the wild-type OCT1 protein with a mutation, where the aromatic amino acid phenylalanine at position 244 was replaced by the non-aromatic amino acid alanine (Phe244Ala). Transport rates between the wild-type and the mutation varied widely. Only around four percent of substrates showed a notably increased transport rate. 39 percent of substrates exhibited a significantly reduced transport rate. Higher transport rates were seen with substrates that were larger, more hydrophobic and had more aromatic structures, whereas lower transport rates were seen with substrates that were smaller, less hydrophobic and had fewer aromatic structures. Increased uptake was shown by substrates with high affinity and low capacity in the variant Phe244Ala; lower transport rates were observed for substrates with low affinity and high capacity. The study demonstrates the important functional role of an aromatic amino acid in OCT1 substrate transport. Substituting phenylalanine with alanine leads to lower substrate binding, different transport rates and lower inhibition.
Keywords: OCT1; binding pocket; polyspecificity; substrate translocation; SLC

German

Der organische Kationentransporter 1 (OCT1) ist ein Transportprotein aus der SLC-Familie, dieser ist wichtig für die Verteilung und Elimination von Arzneimitteln sowie endogenen Substanzen im Gewebe. OCT1 ist für seine Polyspezifität bekannt, mindestens 150 verschiedene Substrate sind vorhanden. Studien haben gezeigt, dass sowohl negative Ladungen als auch aromatische Reste die Substratbindung beeinflussen. In dieser Studie haben wir die Aufnahme von Substraten im Wildtyp-OCT1-Protein mit einer Mutation verglichen, bei der die aromatische Aminosäure Phenylalanin an Position 244 durch die nicht-aromatische Aminosäure Alanin (F244A) ersetzt wurde. Die Transportraten variierten stark zwischen Wildtyp und Mutation. Nur etwa vier Prozent der Substrate zeigten eine deutlich erhöhte Transportrate. 39 Prozent der Substrate wiesen eine signifikant verringerte Transportrate auf. Höhere Transportraten wurden bei Substraten beobachtet, die größere Molekülstrukturen aufwiesen, hydrophober bei physiologischem pH-Wert waren und aromatischer waren, Niedrigere Transportraten traten bei Substraten auf, die kleiner, weniger hydrophob und weniger aromatisch waren. Eine erhöhte Aufnahme wurde bei Substraten mit hoher Affinität und geringer Kapazität in der F244A-Variante festgestellt. Niedrigere Transportraten wurden hingegen bei Substraten mit geringer Affinität und hoher Kapazität beobachtet. Die Studie zeigt die wichtige funktionelle Rolle einer aromatischen Aminosäure beim Transport von OCT1-Substraten. Die Substitution von Phenylalanin durch Alanin führt zu einer geringeren Substratbindung, zu veränderten Transportraten und zu einer geringeren Hemmung.
Schlagwörter: OCT1; Kationentransporter; Polyspezifität; Bindetasche; SLC